SE516126C2 - Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode - Google Patents

Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode

Info

Publication number
SE516126C2
SE516126C2 SE0000438A SE0000438A SE516126C2 SE 516126 C2 SE516126 C2 SE 516126C2 SE 0000438 A SE0000438 A SE 0000438A SE 0000438 A SE0000438 A SE 0000438A SE 516126 C2 SE516126 C2 SE 516126C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
avalanche
anode
cathode
electric field
electrons
Prior art date
Application number
SE0000438A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE0000438L (en
SE0000438D0 (en
Inventor
Tom Francke
Vladimir Peskov
Original Assignee
Xcounter Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xcounter Ab filed Critical Xcounter Ab
Priority to SE0000438A priority Critical patent/SE516126C2/en
Publication of SE0000438D0 publication Critical patent/SE0000438D0/en
Priority to US09/563,333 priority patent/US6365902B1/en
Priority to CNB01804168XA priority patent/CN1237350C/en
Priority to PCT/SE2001/000234 priority patent/WO2001059479A1/en
Priority to JP2001558755A priority patent/JP2003522954A/en
Priority to CA002396820A priority patent/CA2396820A1/en
Priority to EP01904722A priority patent/EP1254382A1/en
Priority to AU32549/01A priority patent/AU779257B2/en
Priority to KR1020027009138A priority patent/KR100682079B1/en
Publication of SE0000438L publication Critical patent/SE0000438L/en
Publication of SE516126C2 publication Critical patent/SE516126C2/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • H01J47/026—Gas flow ionisation chambers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/185—Measuring radiation intensity with ionisation chamber arrangements

Abstract

An ionizing radiation detector comprises a focusing electrode arranged between an avalanche cathode and anode, and having a hole with an area smaller than the cathode hole but larger than the anode hole. An ionizing radiation detector comprises a chamber filled with ionizable medium, first electrode arrangement(s), and read-out element arrangement(s) (15). The first electrode arrangement is provided in the chamber and includes an electron avalanche amplification unit (17) having avalanche cathode(s) (18) and anode(s) (4), between which a voltage is applied for creating an electric field for avalanche amplification. The read-out element arrangement detects electron avalanches. The avalanche cathode has hole(s) with a top view area larger than that of associated anode. The anode is centered w.r.t the hole. A focusing electrode (19) is arranged between the cathode and anode, and has a hole with an area smaller than the cathode hole but larger than the anode hole. An Independent claim is also included for a method of detecting ionizing radiation by: (a) forming in each of at least one region including at least one avalanche cathode and anode a concentrated electric field for causing electron avalanches; (b) detecting the electron avalanches with read-out elements; (c) focusing the electrons with at least one anode; (d) subjecting the electrons to a first electric field in a conversion and drift volume, where the first electric field forces the electrons to enter at least one region with a concentrated electric field; and (e) focusing the electrons with at least one focusing electrode.

Description

25 5 15 1 25 523 få - ÃÉÉÃÉÉ - ÃÄÉÉÄÉI fokuseringseffekten gör att plasmakanaler får svårare att bildas jämfört med kända utformningar. 25 5 15 1 25 523 few - ÃÉÉÃÉÉ - ÃÄÉÉÄÉI The focusing effect makes plasma channels more difficult to form compared to known designs.

Detta och andra syften uppnås med en detektor enligt patentkrav 1.This and other objects are achieved with a detector according to claim 1.

Men uppfinningen àstadkommes även en detektor som kan arbeta med höga röntgenstràlflöden utan prestandaförsämringar och som har läng livslängd.But the invention also provides a detector which can operate with high X-ray currents without deterioration in performance and which has a long service life.

Med särdragen enligt patentkrav 1 àstadkommes även en detektor för effektiv detektering av vilken som helst typ av strålning, innefattande elektromagnetisk strålning såväl sonl infallande partiklar, vilka omfattar elementarpartiklar.The features of claim 1 also provide a detector for efficiently detecting any type of radiation, including electromagnetic radiation as well as incident particles, which comprise elementary particles.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för användning vid radiografi, innefattande detektorn för detektering av joniserande strålning, vilken anordning utnyttjar lavinförstärkning, åstadkommer väldefinierade laviner' och kan tillverkas på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt.Another object of the invention is to provide a device for use in radiography, comprising the detector for detecting ionizing radiation, which device uses avalanche amplification, provides well-defined avalanches and can be manufactured in a simple and cost-effective manner.

Detta och andra syften uppnàs med en anordning enligt patentkrav 5.This and other objects are achieved with a device according to claim 5.

Med iuppfinningen àstadkommes dessuton1 en anordning för användning vid radiografi, innefattande en enkel och billig detektor som uppvisar hög detekteringseffektivitet med avseende pà röntgenstràlar och som uppvisar god energiupplösning med avseende pà röntgenstràlar.The invention further provides a device for use in radiography, comprising a simple and inexpensive detector which exhibits high detection efficiency with respect to X-rays and which exhibits good energy resolution with respect to X-rays.

Med uppfinningen àstadkommes även en anordning för användning vid radiografi, innefattande en. detektor soul kan arbeta 'vid höga röntgenstràlflöden utan prestandaförsämringar och som har en làng livslängd. 2382201100; 01-02-01 lO 15 20 25 30 5.16 126 . , n a .- . :...- - ; ... - --~¿,:=- - - ¿" . a. U _ . n Med uppfinningen àstadkommes dessutom ett förfarande för detektering av joniserande strålning, medelst vilket förfarande lavinförstärkning utnyttjas, väldefinierade laviner och fokusering av elektronerna medelst minst en fokuseringselektrod ästadkommes, vilket förfarande kan implementeras pà ett enkelt och kostnadseffektivt sätt.The invention also provides a device for use in radiography, comprising a. detector soul can work 'at high X-ray currents without performance degradation and which has a long service life. 2382201100; 01-02-01 lO 15 20 25 30 5.16 126. , n a .-. : ...- -; ... - - ~ ¿,: = - - - ¿". A. U _. N. focusing electrode is provided, which procedure can be implemented in a simple and cost-effective manner.

Detta och andra syften uppnàs med ett förfarande enligt patentkrav 6.This and other objects are achieved by a method according to claim 6.

Med uppfinningen àstadkommes även ett förfarande, vilket kan utnyttjas vid höga röntgensträlflöden.The invention also provides a method which can be used at high X-ray beam currents.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, pà vilken fig 1 àskàdliggör schematiskt i en en detektor för översiktlig vy radiografi, fig 2 är en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en första särskild utföringsform av uppfinningen, fig 3 är en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av andra särskild utföringsform av en detektor enligt en uppfinningen, fig 4 är en schematisk tvärsektionsvy av en andra utföringsform av en anod, fig 5 är en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en tredje särskild utföringsform av uppfinningen, och fig' 6 är en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en fjärde särskild utföringsform av uppfinningen.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 schematically illustrates in a detector for general view radiography, Fig. 2 is a schematic, partly enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 of a detector according to a first particular embodiment of the invention, Fig. 3 is a schematic, partially enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 of another particular embodiment of a detector according to an invention, Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment of an anode, Figs. Fig. 5 is a schematic, partially enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 of a detector according to a third particular embodiment of the invention, and Fig. 6 is a schematic, partially enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1. of a detector according to a fourth particular embodiment of the invention.

Fig 1 är en sektionsvy i ett plan vinkelrätt mot planet för ett plant röntgenstràlknippe 9 till en detektor för radiografi.Fig. 1 is a sectional view in a plane perpendicular to the plane of a planar X-ray beam 9 of a radiography detector.

En. huvuddel av de infallande röntgenfotonerna detekteras i detektorn 64 som innefattar en omvandlings- och driftvolym 13 23822C.dOC; 01-02-01 10 15 20 25 30 516 126 - samt organ 17 för elektronlavinförstärkning_ Röntgenfotonerna kan tränga in fràn sidan mellan tvà elektrodarrangemang 1, 2, mellan vilka ett elektriskt fält för förflyttning av elektroner och joner i omvandlings- och driftvolymen 13 bildas eller kan alternativt tränga in i. detektorn från vilken som helst riktning inom intervallet O-180°, där O° definieras såsom sammanfallande med den ovannämnda inträngningen fràn sidan.One. the majority of the incident X-ray photons are detected in the detector 64 which includes a conversion and operating volume of 23822C.dOC; 01-02-01 10 15 20 25 30 516 126 - and means 17 for electron avalanche amplification_ The X-ray photons can penetrate from the side between two electrode arrangements 1, 2, between which an electric field for the movement of electrons and ions in the conversion and operating volume 13 is formed or may alternatively penetrate the detector from any direction within the range O-180 °, where 0 ° is defined as coinciding with the above-mentioned side intrusion.

Detektorn och driften av densamma enligt uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan.The detector and its operation according to the invention will be described in more detail below.

Detektorn 64 innefattar ett första driftelektrodarrangemang, som utgöres av en katodplatta 2, och ett andra driftelektrodarrangemang, som utgöres av en anodplatta 1. De är inbördes parallella och ett mellanrum eller omrâde 13 dem innefattar ett medium, såsom ett emellan joniserbart gasformigt medium, ett vätskeformigt medium eller ett fast medium, som utgöres av en omvandlings- och driftvolym, och ett Alternativt kan organ 17 för elektronlavinförstärkning. plattorna vara icke-parallella.The detector 64 comprises a first operating electrode arrangement, which consists of a cathode plate 2, and a second operating electrode arrangement, which consists of an anode plate 1. They are mutually parallel and a space or area 13 they comprise a medium, such as an intermediate ionizable gaseous medium, a liquid medium or a solid medium, which consists of a conversion and operating volume, and an Alternatively, means 17 for electron avalanche amplification means. the plates be non-parallel.

En spänning pàläggs mellan anodplattan 1 och katodplattan 2, flera pàläggs Detta resulterar j. att och en eller spänningar elektronlavinförstärkningsorganet 17. ett driftfält, sonx orsakar drift av elektroner och joner i mellanrummet 13, och elektronlavinförstärkningsfält i elektronlavinförstärkningsorganet 17. I anslutning till anodplattan 1. finns ett arrangemang eller uppsättning 15 av utläsningselement för detektering av uppkomna elektronlaviner.A voltage is applied between the anode plate 1 and the cathode plate 2, several are applied. there is an arrangement or set of readout elements for detecting generated electron avalanches.

Uppsättningen av utläsningselement 15 utgör företrädesvis även Alternativt kan anodelektroden. uppsättningen av utläsningselement 15 vara utformad i anslutning till katodplattan 2 eller elektronlavinförstärkningsorganet 17. Den kan även vara utformad pà den anod- eller katodplatta, som är 23822c .doc; 01-02-01 10 15 20 25 30 516.126 . . . . . . . . . . . -__- _; _ , , . . . . - - - - '- . . 5 skild fràn anod- eller katodelektroden medelst ett dielektriskt skikt eller substrat. I detta fall är det nödvändigt att anod- eller katodelektroden är halvgenomtränglig för inducerade pulser, t ex utformad sàsom remsor eller dynor.The set of readout elements 15 preferably also constitutes the anode electrode. the set of readout elements 15 may be formed in connection with the cathode plate 2 or the electron avalanche amplifier 17. It may also be formed on the anode or cathode plate which is 23822c .doc; 01-02-01 10 15 20 25 30 516.126. . . . . . . . . . . -__- _; _,,. . . . - - - - '-. . Separated from the anode or cathode electrode by a dielectric layer or substrate. In this case, it is necessary that the anode or cathode electrode be semi-permeable to induced pulses, for example designed as strips or pads.

När det gäller röntgensträlar som infaller fràn sidan i detektorn mellan katodplattan 2 och anodplattan 1 kan detektorn pá ett enkelt sätt utformas med en tillräckligt läng växelverkande väg för att tillåta att en huvuddel av de infallande röntgenfotonerna växelverkar och kan detekteras. En kollimator kan utnyttjas. Den skall företrädesvis vara anordnad så att den tunna plana stràlen infaller i detektorn i närheten av elektronlavinförstärkningsorganet 17 och företrädesvis parallellt därmed.In the case of X-rays incident on the side of the detector between the cathode plate 2 and the anode plate 1, the detector can be easily designed with a sufficiently long interaction path to allow a major part of the incident X-ray photons to interact and be detected. A collimator can be used. It should preferably be arranged so that the thin flat beam is incident on the detector in the vicinity of the electron avalanche amplifier 17 and preferably parallel thereto.

Det gasformiga, joniserbara mediet kan utgöras av en blandning av t ex 90% krypton och 10% koldioxid eller en blandning av t ex 80% xenon och 20% koldioxid. Gasen kan stà under tryck, företrädesvis inonl intervallet 1-20 atm. Av denna anledning innefattar detektorn ett gastätt hus 91 med ett fönster 92 i form av en smal slits, via vilket röntgenstràlarna 9 infaller tillverkat av ett material som i detektorn. Fönstret är släpper igenom strålningen, t ex Mylar®, eller en tunn aluminiumfolie. Detta är en särskilt fördelaktig' ytterligare effekt hos uppfinningen, nämligen detektering av fràn sidan infallande stràlar i en gasfylld lavinkammare 64. Fönstret 92 i form av en smal slits är anordnad vid ett annat ställe pà huset 91 än det som visas i fig 1, dà röntgenstràlarna infaller i detektorn från en riktning som inte är från sidan, dvs # O eller 180°, alternativt kan huset 91 vara tillverkat av ett material som släpper igenom röntgenstràlarna. 23822C.dOC; 01-02-01 10 15 20 25 30 516. 126 g Det vätskeformiga, joniserbara mediet kan t ex utgöras av TME (trimetyleter) eller TMP (trimetylpentan) eller något annat vätskeformigt, joniserbart medium med liknande egenskaper.The gaseous ionizable medium may be a mixture of, for example, 90% krypton and 10% carbon dioxide or a mixture of, for example, 80% xenon and 20% carbon dioxide. The gas can be under pressure, preferably in the range of 1-20 atm. For this reason, the detector comprises a gas-tight housing 91 with a window 92 in the form of a narrow slit, via which the X-rays 9 incident made of a material as in the detector. The window is transmitting radiation, such as Mylar®, or a thin aluminum foil. This is a particularly advantageous additional effect of the invention, namely detection of side incident beams in a gas-filled avalanche chamber 64. The window 92 in the form of a narrow slot is arranged at a different location on the housing 91 than that shown in Fig. 1, when the X-rays fall into the detector from a direction which is not from the side, i.e. # 0 or 180 °, alternatively the housing 91 may be made of a material which transmits the X-rays. 23822C.dOC; 0162-01 10 15 20 25 30 516. 126 g The liquid, ionizable medium can for example consist of TME (trimethyl ether) or TMP (trimethylpentane) or some other liquid, ionizable medium with similar properties.

Det fasta, joniserbara mediet kan t ex utgöras av ett halvledande material, t ex kisel. När det joniserbara mediet utgöres av ett fast medium kan huset 91 uteslutas.The solid, ionizable medium may, for example, consist of a semiconducting material, for example silicon. When the ionizable medium is a solid medium, the housing 91 can be omitted.

Vid drift intränger de infallande röntgenstràlarna 9 i detektorn och gär genom gasen, vätskan eller det fasta, joniserbara mediet i en riktning inom intervallet 0-180°, sàsom definierats ovan. Varje röntgenfoton alstrar ett primärt joniserat elektron-jonpar inuti gasen, vätskan eller det fasta, joniserbara mediet, såsom ett resultat av växelverkan med en atom i mediet. Denna alstring orsakas av fotoeffekten, Compton-effekten eller Auger-effekten. Varje alstrad primär elektron 11 förlorar sin kinetiska energi via växelverkan med som orsakar ytterligare nya atomer, alstring av elektron- jonpar (sekundärt joniserade elektron-jonpar). Vanligtvis alstras mellan nägra fä hundra och nägra få tusen sekundärt joniserade elektron-jonpar från en 20 keV röntgenfoton under denna process. De sekundärt joniserade elektronerna 16 (tillsammans med den primärt joniserade elektronen 11) kommer att driva. mot elektronlavinförstärkningsorganet 17 tack 'vare det elektriska fältet över omvandlings- och driftvolymen 13.In operation, the incident X-rays 9 penetrate the detector and pass through the gas, liquid or solid ionizable medium in a direction in the range 0-180 °, as defined above. Each X-ray photon generates a primary ionized electron-ion pair within the gas, liquid or solid ionizable medium, as a result of interaction with an atom in the medium. This generation is caused by the photo effect, the Compton effect or the Auger effect. Each generated primary electron 11 loses its kinetic energy through interaction with which causes additional new atoms, the generation of electron-ion pairs (secondarily ionized electron-ion pairs). Usually between a few hundred and a few thousand secondarily ionized electron-ion pairs are generated from a 20 keV X-ray photon during this process. The secondary ionized electrons 16 (together with the primary ionized electron 11) will drive. against the electron avalanche amplifier 17 due to the electric field above the conversion and operating volume 13.

När elektronerna tränger in i områden av fokuserade fältlinjer i elektronlavinförstärkningsorganet 17 kommer de att orsaka lavinförstärkning, vilken kommer att beskrivas närmare nedan.As the electrons penetrate areas of focused field lines in the electron avalanche amplifier 17, they will cause avalanche amplification, which will be described in more detail below.

Rörelserna hos lavinelektroderna och -jonerna inducerar elektriska signaler i arrangemanget 15 av utlösningselement för detektering av elektronlaviner. Dessa signaler tas upp i anslutning till elektronlavinförstärkningsorganet 17, katodplattan 2 eller anodplattan 1, eller en kombination av 23822c.doc; 01-02-01 10 15 20 25 30 5 16 . 12 6 ¿::= - j',ï_=_ - _',§=_ två eller flera av dessa ställen. Signalerna förstärks och bearbetas dessutom medelst utläsningkretsen 14 för erhållande ställena för röntgenfotonernas av noggranna mätningar av växelverkan och eventuellt röntgenfotonenergierna.The motions of the avalanche electrodes and ions induce electrical signals in the arrangement of trigger elements for detecting electron avalanches. These signals are received in connection with the electron avalanche amplifier 17, the cathode plate 2 or the anode plate 1, or a combination of 23822c.doc; 01-02-01 10 15 20 25 30 5 16. 12 6 ¿:: = - j ', ï _ = _ - _', § = _ two or more of these places. The signals are further amplified and processed by the reading circuit 14 to obtain the locations of the X-ray photons by accurate measurements of the interaction and possibly the X-ray photon energies.

Fig 2 åskådliggör en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en första särskild utföringsform av uppfinningen. Såsom framgår innefattar katodplattan 2 ett dielektriskt substrat 6 och ett ledande skikt 5 vilka utgör en katodelektrod. Anoden 1 innefattar ett dielektriskt substrat 3 och ett ledande skikt 4 vilka utgör en anodelektrod. Mellan mellanrummet 13 och anoden 1 är ett elektronlavinförstärkningsorgan. 17 anordnat. Detta förstärkningsorgan 17 innefattar en lavinförstärkningskatod 18 och en fokuserande elektrod 19, vilka är åtskilda av ett dielektriskt material 24. Detta kan utgöras av en gas, vätska eller ett fast substrat 24, soul uppbär katoden 18 och den fokuserande elektroden 19, såsom visas i figuren.Fig. 2 illustrates a schematic, partially enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 of a detector according to a first particular embodiment of the invention. As can be seen, the cathode plate 2 comprises a dielectric substrate 6 and a conductive layer 5 which form a cathode electrode. The anode 1 comprises a dielectric substrate 3 and a conductive layer 4 which form an anode electrode. Between the gap 13 and the anode 1 is an electron avalanche amplifier. 17 arranged. This amplifying means 17 comprises an avalanche amplifying cathode 18 and a focusing electrode 19, which are separated by a dielectric material 24. This may be a gas, liquid or a solid substrate 24, the soul supporting the cathode 18 and the focusing electrode 19, as shown in the figure. .

Mellan katoden 18 och den fokuserande elektroden 19 pàläggs en spänning medelst ett likspänt effekttillförselorgan 7 för bildande av ett mycket kraftigt, fokuserande elektriskt fält inom ett lavinförstärkningsområde 25.A voltage is applied between the cathode 18 and the focusing electrode 19 by means of a DC voltage supply means 7 for forming a very strong, focusing electric field within an avalanche amplification region 25.

Lavinförstärkningsområdet 25 bildas inom ett område mellan och runt de kanter av lavinkatoden 18 vilka är riktade mot varandra, där ett koncentrerat elektriskt fält kommer att uppträda tack vare de pálagda spänningarna. Det likspända effekttillförselorganet 7 är även anslutet till katodelektroden 5 och anodelektroden 4 (19). De pálagda spänningarna väljs så att ett svagare elektriskt fält, driftfält, bildas över mellanrummet 13. Elektroner (primära och. sekundära elektroner) som frigjorts genonx växelverkan i omvandlings- och driftvolymen 13 kommer att strömma tack vare driftfältet mot förstärkningsorganet 17. De kommer att tränga 23822C.C1OC; 01-02-01 10 15 20 25 30 s 16 , 126 in i de mycket kraftiga lavinförstärkningsfälten och accelereras. De accelererade elektronerna ll, 16 kommer att växelverka med andra atomer inom området 25, vilket åstadkommer ytterligare alstring av elektron-jonpar. Även de så alstrade elektroderna kommer att accelereras av fältet och kommer att växelverka med nya atomer, vilket orsakar att ytterligare elektron-jonpar alstras. Denna process fortsätter under elektronernas färd i lavinområdet mot anoden 4, och en elektronlavin bildas.The avalanche gain area 25 is formed within an area between and around the edges of the avalanche cathode 18 which face each other, where a concentrated electric field will occur due to the applied voltages. The DC power supply means 7 is also connected to the cathode electrode 5 and the anode electrode 4 (19). The applied voltages are selected so that a weaker electric field, operating field, is formed across the gap 13. Electrons (primary and secondary electrons) released by the interaction of the conversion and operating volume 13 will flow thanks to the operating field towards the amplifying means 17. 23822C1C1OC; 01-02-01 10 15 20 25 30 s 16, 126 into the very strong avalanche amplification fields and accelerated. The accelerated electrons 11, 16 will interact with other atoms within the region 25, causing further generation of electron ion pairs. The electrodes thus generated will also be accelerated by the field and will interact with new atoms, causing additional electron-ion pairs to be generated. This process continues during the movement of the electrons in the avalanche region towards the anode 4, and an electron avalanche is formed.

Lavinomràdet 25 är bildat av en öppning eller kanal i katoden 18 och det dielektriska substratet 24 om detta förefinns. Öppningen i kanalen kan ha vilken som helst form, t ex cirkulär, kvadratisk, triangulär, rektangulär, elliptisk form etc, sett ovanifràn, eller kontinuerlig, längsgående form som sträcker sig mellan tvà kanter av substratet 24 om detta förefinns och katoden 18. I det fall öppningarna eller kanalerna har cirkulär form, sett ovanifràn, är de anordnade i rader, varvid varje rad av öppningar eller hål innefattar ett flertal cirkulära öppningar eller kanaler. Ett flertal längsgående öppningar eller kanaler eller rader av cirkulära kanaler är utformade sida vid sida parallellt med varandra eller med de infallande röntgenstràlarna. Alternativt kan de cirkulära öppningarna eller kanalerna vara anordnade i andra mönster.The avalanche region 25 is formed by an opening or channel in the cathode 18 and the dielectric substrate 24 if present. The opening in the channel can have any shape, eg circular, square, triangular, rectangular, elliptical shape, etc., seen from above, or continuous, longitudinal shape extending between two edges of the substrate 24 if present and the cathode 18. In the In case the openings or channels are circular in shape, seen from above, they are arranged in rows, each row of openings or holes comprising a plurality of circular openings or channels. A plurality of longitudinal openings or channels or rows of circular channels are formed side by side parallel to each other or with the incident X-rays. Alternatively, the circular openings or channels may be arranged in other patterns.

I form av ett exempel kan de längsgående kanalerna i katoden 18 ha en bredd inom intervallet 0,1-1 mm. De längsgående öppningarna eller hålen. i den fokuserande elektroden 18 är mindre än de tillhörande längsgående öppningarna eller hålen i katoden 18. Det dielektriska substratet 24 uppvisar en lutande yta 26 i förhållande till en normal till en yta hos lavinkatoden 18. Den lutande ytan 26 bildar en begränsningsyta till ett område för lavinförstärkning. Storleken hos anodens 4 23822C.dOC; 01-02-01 10 15 20 25 s 1 s 12 e ==,:t= - ïlëïlšï - ïlšï yta, sett ovanifrån, är mindre än den tillhörande ytan hos den fokuserande elektroden 19.By way of example, the longitudinal channels in the cathode 18 may have a width in the range 0.1-1 mm. The longitudinal openings or holes. in the focusing electrode 18 is smaller than the associated longitudinal openings or holes in the cathode 18. The dielectric substrate 24 has an inclined surface 26 relative to a normal to a surface of the avalanche cathode 18. The inclined surface 26 forms a confining surface to an area of avalanche amplification. The size of the anode 4 23822C.dOC; 01-02-01 10 15 20 25 s 1 s 12 e == ,: t = - ïlëïlšï - ïlšï surface, seen from above, is smaller than the associated surface of the focusing electrode 19.

Skillnaden i storlek hos hålen eller öppningarna i katoden 18, den fokuserande elektroden 19 och anoden 4 säkerställer kraftigare fokuseringseffekt jämfört med hål eller' öppningar av samma storlek. Om en plasmakanal uppträder vid höga förstärkningar kommer den att vara självslocknande.The difference in size of the holes or openings in the cathode 18, the focusing electrode 19 and the anode 4 ensures a stronger focusing effect compared to holes or openings of the same size. If a plasma channel occurs at high gains, it will be self-extinguishing.

Anledningen till att den självslocknar är de fokuserande fältlinjerna och det radiella beroendet hos fältstyrkan sett från lavinomràdet 25.The reason why it self-extinguishes is the focusing field lines and the radial dependence of the field strength seen from the avalanche area 25.

Alternativt kan de ledande skikten. 5, 4 vara ersatta av' en resistiv bärare av t ex kiselmonoxid, ledande glas eller diamant med de dielektriska substraten. 3, 6 ersatta av ett ledande skikt.Alternatively, the conductive layers can. 5, 4 may be replaced by a resistive support of, for example, silicon monoxide, conductive glass or diamond with the dielectric substrates. 3, 6 replaced by a conductive layer.

Ett elektriskt fält bildas mellan anodelektroderna 4 och den fokuserande elektroden 19. Detta fält kan utgöras av ett driftfält, dvs ett svagare fält, ett lavinförstärkningsfält, dvs ett mycket kraftigt elektriskt fält.An electric field is formed between the anode electrodes 4 and the focusing electrode 19. This field can consist of an operating field, i.e. a weaker field, an avalanche amplification field, i.e. a very strong electric field.

I en alternativ utföringsform kan det elektriska fältet över omvandlings- och driftmellanrummet 13 (volymen) hållas tillräckligt kraftigt för att åstadkomma elektronlaviner för att således utnyttjas i ett förförstärkningstillstånd.In an alternative embodiment, the electric field across the conversion and operating gap 13 (volume) may be held strong enough to produce electron avalanches so as to be utilized in a pre-amplification state.

Avståndet mellan katodplattan 2 och elektronlavinförstärkningsorganet 17 ligger inom intervallet O-10 mm, men företrädesvis inom intervallet 100-5000 pm.The distance between the cathode plate 2 and the electron avalanche amplifier 17 is in the range 0-10 mm, but preferably in the range 100-5000 μm.

Avståndet mellan lavinförstärkningskatoden 18 och den fokuserande elektroden 19 ligger inom intervallet O-10 mm, men företrädesvis inom Avståndet ligger intervallet 50-500 pm. mellan den fokuserande elektroden 19 och anodsubstratet 3 23822C.dC>C; 01-02-01 10 15 20 25 30 s 1 e 126 ¿::= - ilší - Ilšï 10 ligger inom intervallet 0-1 mm, företrädesvis inom intervallet 50-500 pm.The distance between the avalanche amplification cathode 18 and the focusing electrode 19 is in the range 0-10 mm, but preferably in the distance is the range 50-500 μm. between the focusing electrode 19 and the anode substrate 3 23822C.dC> C; 01-02-01 10 15 20 25 30 s 1 e 126 ¿:: = - ilší - Ilšï 10 is in the range 0-1 mm, preferably in the range 50-500 pm.

Fig 3 åskådliggör en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en andra särskild utföringsform av uppfinningen. Såsom framgår innefattar katodplattan 2 ett dielektriskt substrat 6 och ett ledande skikt 5, vilka utgör en katodelektrod. Anoden 1 innefattar ett dielektriskt substrat 3 och. ett utsträckt, ledande skikt 4, vilka utgör en anodelektrod. Lavinkatoden 18 utgör i denna utföringsform lavinförstärkningsorganet 17, dvs avståndet i fig 2 mellan lavinkatoden 18 och den fokuserande elektroden 19 är ndnskad till O i. denna utföringsform. Tack vare formen hos den utsträckta anoden 4 kommer flera fältlinjer per~ ytenhet att infalla vid. det övre partiet av varigenom detektorns anoden jämfört med den lutande ytan, förstärkning ökar. Ytan hos den utsträckta anoden 4, sedd ovanifràn, är mindre än den tillhörande ytan hos hålet eller öppningen i lavinkatoden 18.Fig. 3 illustrates a schematic, partially enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 of a detector according to a second particular embodiment of the invention. As can be seen, the cathode plate 2 comprises a dielectric substrate 6 and a conductive layer 5, which form a cathode electrode. The anode 1 comprises a dielectric substrate 3 and. an elongated conductive layer 4, which constitutes an anode electrode. The avalanche cathode 18 in this embodiment constitutes the avalanche amplifying means 17, i.e. the distance in Fig. 2 between the avalanche cathode 18 and the focusing electrode 19 is desired to be 0 in this embodiment. Due to the shape of the elongated anode 4, several field lines per unit area will be incident at. the upper portion of whereby the anode of the detector compared with the inclined surface, gain increases. The area of the elongated anode 4, seen from above, is smaller than the associated area of the hole or opening in the avalanche cathode 18.

I fig 4 àskàdliggörs en annan utföringsform av den utsträckta anoden 4, vilken är anordnad på substratet 3. I denna utföringsform har den utsträckta anoden 4 en jämn form, t ex i form av en halvellips. Höjden hos den utsträckta anoden kan vara sà hög som avståndet mellan substratet 3 och den fokuserande elektroden 19, om den förefinns, eller lavinkatoden 18, då den fokuserande elektroden 19 inte förefinns.Fig. 4 illustrates another embodiment of the elongated anode 4, which is arranged on the substrate 3. In this embodiment, the elongated anode 4 has a smooth shape, for example in the form of a half ellipse. The height of the extended anode may be as high as the distance between the substrate 3 and the focusing electrode 19, if present, or the avalanche cathode 18, when the focusing electrode 19 is not present.

Fig 5 “visar en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en tredje särskild utföringsform av uppfinningen. Anoden 1 innefattar ett dielektriskt substrat 3 och ett utsträckt ledande skikt 4, vilka utgör en anodelektrod. Lavinkatoden 18 23822C .dOC; 01-02-01 10 15 20 25 30 516. 126 1LEi-ïIfiíLEi 11 och den fokuserande elektroden 19 utgör i denna utföringsform lavinförstärkningsorganet 17. Avståndet mellan katoden 2, som omfattar ett dielektriskt substrat 6 och ett ledande skikt 5, och lavinkatoden 18 är minskat till 0 i denna utföringsform, såsom 'visas i figi 5, varigenom 'volymen 13 elimineras, dvs drift- och omvandlingsvolymen. I denna utföringsform kommer de infallande röntgenstrålarna att tränga in i detektorn 64 direkt i lavinomràdet 26 där det elektriska fältet är mycket kraftigt. Tack vare formen hos den utsträckta anoden 4 kommer flera fältlinjer per ytenhet att infalla vid den övre delen av anoden jämfört med den lutande ytan, varigenom lägesupplösningen hos anoden ökar. Området hos den utsträckta anoden 4, sett ovanifràn, är mindre än det tillhörande området av hålet eller öppningen i lavinkatoden 18 och ytan av hålet eller öppningen i den fokuserande detektorn. En anordning som detektorn enligt omfattar en innefattar uppfinningen röntgenstrålkälla för bestràlning av ett föremål som skall avbildas. Röntgenstrålarna från röntgenstrålkällan sänds genom föremålet och infaller i detektorn 64 enligt uppfinningen.Fig. 5 shows a schematic, partly enlarged, cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 1 of a detector according to a third particular embodiment of the invention. The anode 1 comprises a dielectric substrate 3 and an elongated conductive layer 4, which form an anode electrode. Avalanche cathode 18 23822C .dOC; 01-02-01 10 15 20 25 30 516. 126 1LEi-ïI fi íLEi 11 and the focusing electrode 19 in this embodiment constitute the avalanche amplifying means 17. The distance between the cathode 2, which comprises a dielectric substrate 6 and a conductive layer 5, and the avalanche cathode 18 is reduced to 0 in this embodiment, as shown in Fig. 5, thereby eliminating the volume 13, i.e. the operating and conversion volume. In this embodiment, the incident X-rays will penetrate the detector 64 directly into the avalanche area 26 where the electric field is very strong. Due to the shape of the elongated anode 4, several field lines per unit area will be incident at the upper part of the anode compared to the inclined surface, whereby the position resolution of the anode increases. The area of the elongated anode 4, seen from above, is smaller than the associated area of the hole or aperture in the avalanche cathode 18 and the surface of the hole or aperture in the focusing detector. A device according to which the detector comprises an X-ray source according to the invention for irradiating an object to be imaged. The X-rays from the X-ray source are transmitted through the object and are incident on the detector 64 according to the invention.

Allmänt gäller för alla utföringsformerna att volymen av gas, vätska eller fast material är mycket liten, vilket resulterar i ett snabbt avlägsnande av joner, vilket leder till låg eller ingen ackumulering av rymdladdningar. Detta möjliggör drift vid höga flöden.In general, for all embodiments, the volume of gas, liquid or solid material is very small, resulting in a rapid removal of ions, leading to low or no accumulation of space charges. This enables operation at high flows.

Allmänt gäller även för alla utföringsformer att de små avstànden leder till låga driftspänningar, vilket resulterar i låg energi hos eventuella gnistor, vilket är fördelaktigt med avseende på elektroniken.In general, it also applies to all embodiments that the small distances lead to low operating voltages, which results in low energy of any sparks, which is advantageous with respect to the electronics.

Fokuseringen av fältlinjerna i utföringsformerna är även fördelaktig med avseende på undertryckande av bildandet av 2382204100; 01-02-01 s 1 e 126 J: 12 plasmakanaler. Detta leder till en minskad risk för gnistbildning. Även om uppfinningen har beskrivits i anslutning till ett antal föredragna utföringsformer, skall det förstås att olika modifieringar kan göras utan att frángá uppfinningens tanke och omfång såsom den definieras i de vidhängande patentkraven.The focusing of the field lines in the embodiments is also advantageous with respect to suppressing the formation of 2382204100; 01-02-01 s 1 e 126 J: 12 plasma channels. This leads to a reduced risk of sparking. Although the invention has been described in connection with a number of preferred embodiments, it is to be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

Spänningarna kan t ex pàläggas pà andra sätt så länge som de beskrivna elektriska fälten bildas. 23822c.doc; 01-02-01The voltages can, for example, be applied in other ways as long as the described electric fields are formed. 23822c.doc; 01-02-01

Claims (6)

10 15 20 25 30 . . ø . oo ~ 516 126 13 P a t e n t k r a v10 15 20 25 30. . ø. oo ~ 516 126 13 P a t e n t k r a v 1. Detektor (64) för detektering av joniserande strålning, innefattande: - en kammare fylld med ett joniserbart medium, - minst ett första elektrodarrangemang, som är anordnat i kammaren och som innefattar organ för elektronlavinförstärkning (17), vilka i. sin tur innefattar en lavinkatod och en lavinanod, mellan vilka en spänning är avsedd att pàläggas för àstadkommande av ett elektriskt fält för lavinförstärkning, - minst ett arrangemang av utläsningselement för detektering av elektronlaviner, varvid lavinkatoden omfattar minst ett hål eller öppning, vilka häls eller öppningars yta i lavinkatoden är större än tillhörande anoders yta, sett ovanifràn, och att anoderna är centrerade i förhållande till de tillhörande hålen eller öppningarna i katoden, k ä n n e- t e c: k I1 a d a v' att minst en fokuseringselektrod är anordnad mellan lavinkatoden och lavinanoden och försedd med en öppning eller ett häl som har mindre yta än vart och ett av hålen i lavinkatoderna men som har större yta än anodens yta.A detector (64) for detecting ionizing radiation, comprising: - a chamber filled with an ionizable medium, - at least a first electrode arrangement, which is arranged in the chamber and which comprises means for electron avalanche amplification (17), which in turn comprise an avalanche cathode and an avalanche anode, between which a voltage is intended to be applied to provide an electric field for avalanche amplification, is larger than the surface of the associated anodes, seen from above, and that the anodes are centered in relation to the associated holes or openings in the cathode, it is known that at least one focusing electrode is arranged between the avalanche cathode and the avalanche anode and provided with an opening or heel which has a smaller area than each of the holes in the avalanche cathodes but which has a larger area than anode surface. 2. Detektor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det joniserbara mediet är ett fast medium.2. A detector according to claim 1, characterized in that the ionizable medium is a solid medium. 3. Detektor enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d a v att lavinkatoden, fokuseringselektroden och lavinanoden är anordnade såsom staplade skikt med dielektriskt material dem emellan.3. A detector as claimed in Claim 1 or 2, characterized in that the avalanche cathode, the focusing electrode and the avalanche anode are arranged as stacked layers with dielectric material between them. 4. Detektor enligt patentkrav 3, Jc ä n 11 e t e c:]< n a d a v att en yta av det dielektriska materialet bildar minst en begränsningsyta till ett omrâde för lavinförstärkning, vilken yta lutar i förhållande till en yta hos lavinkatoden. 23B22C.dOC; 01-02-01 lO 15 20 25 516 126 14A detector according to claim 3, wherein a surface of the dielectric material forms at least one boundary surface to an area of avalanche amplification, which surface is inclined relative to a surface of the avalanche cathode. 23B22C.dOC; 01-02-01 lO 15 20 25 516 126 14 5. Anordning för användning vid radiografi, innefattande en röntgenstràlkälla, k ä n n e t e c k n a d a v att den även innefattar en detektor enligt något av patentkraven l-4.Device for use in radiography, comprising an X-ray source source, characterized in that it also comprises a detector according to any one of claims 1-4. 6. Förfarande för detektering av joniserande strålning med användning av en anordning enligt patentkrav 5, varvid strålningen växelverkar med atomer i. en volym fylld med ett joniserbart medium, för bildande av frigjorda elektroner, vilket förfarande innefattar: - bildande i vart och ett av minst ett omrâde, som omfattar en lavinkatod och en lavinanod, ett koncentrerat elektriskt fält för àstadkommande av elektronlaviner, - detektering av elektronlavinerna medelst utläsningselement, - fokusering av elektronerna medelst anoder som har en mindre yta än tillhörande hàls eller öppningars yta i katoden, centrerade i förhållande till de varvid anodytorna är tillhörande hålen eller öppningarna i katoden, - behandling av elektronerna med ett första elektriskt fält i en omvandlings- och driftvolym, vilket första elektriska fält tvingar elektronerna att tränga in i minst ett av områdena med ett koncentrerat elektriskt fält, k ä n n e- t e c k n a t a v fokusering av elektronerna medelst minst en fokuseringselektrod, som är anordnad mellan lavinkatoden och lavinanoden, vilken fokuseringselektroden uppvisar ett häl eller en öppning som är mindre än ett hål eller en öppning i lavinkatoden. 23B22C.d0C; 01-02-01A method of detecting ionizing radiation using a device according to claim 5, wherein the radiation interacts with atoms in a volume filled with an ionizable medium, to form liberated electrons, which method comprises: - forming in each of at least an area comprising an avalanche cathode and an avalanche anode, a concentrated electric field for generating electron avalanches, - detecting the electron avalanches by means of readout elements, - focusing the electrons by means of anodes having a smaller surface area to which the anode surfaces are associated with the holes or openings in the cathode, - treating the electrons with a first electric field in a conversion and operating volume, which first electric field forces the electrons to penetrate into at least one of the areas with a concentrated electric field, k ä nn e- sign of focusing the electrons by means of at least one focusing electrode, which is arranged between the avalanche cathode and the avalanche anode, which focusing electrode has a heel or an opening which is smaller than a hole or an opening in the avalanche cathode. 23B22C.d0C; 01-02-01
SE0000438A 1999-11-19 2000-02-11 Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode SE516126C2 (en)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0000438A SE516126C2 (en) 2000-02-11 2000-02-11 Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode
US09/563,333 US6365902B1 (en) 1999-11-19 2000-05-03 Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation
KR1020027009138A KR100682079B1 (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation
JP2001558755A JP2003522954A (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, apparatus used for radiography, and method for detecting ionized radiation
PCT/SE2001/000234 WO2001059479A1 (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation
CNB01804168XA CN1237350C (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, apparatus for use in radiography and method for detecting ionizing radiation
CA002396820A CA2396820A1 (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation
EP01904722A EP1254382A1 (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation
AU32549/01A AU779257B2 (en) 2000-02-11 2001-02-07 Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0000438A SE516126C2 (en) 2000-02-11 2000-02-11 Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE0000438D0 SE0000438D0 (en) 2000-02-11
SE0000438L SE0000438L (en) 2001-08-12
SE516126C2 true SE516126C2 (en) 2001-11-19

Family

ID=20278416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0000438A SE516126C2 (en) 1999-11-19 2000-02-11 Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE516126C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SE0000438L (en) 2001-08-12
SE0000438D0 (en) 2000-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE514472C2 (en) Radiation detector and apparatus for use in radiography
US6476397B1 (en) Detector and method for detection of ionizing radiation
SE514475C2 (en) Radiation detector, a device for use in flat beam radiography and a method for detecting ionizing radiation
JP3354551B2 (en) Particle beam image detector using gas amplification with pixel electrodes
KR100690918B1 (en) A method for detecting ionizing radiation, a radiation detector and an apparatus for use in planar beam radiography
SE514443C2 (en) Radiation detector and a device for use in flat beam radiography
SE515884C2 (en) Method and apparatus for radiography and radiation detector
US6365902B1 (en) Radiation detector, an apparatus for use in radiography and a method for detecting ionizing radiation
US20010032935A1 (en) Multi-grid type microstrip gas chamber
SE516126C2 (en) Ionizing radiation detector for radiography, comprises focusing electrode arranged between avalanche cathode and anode
WO2002025313A1 (en) Parallax-free detection of ionizing radiation
SE518802C2 (en) Ionizing radiation detector for use in planar beam radiography, includes chamber filled with ionizable gas, and electron avalanche amplifier, and read-out arrangement
Whetten et al. Improvements in X-ray detectors

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed