SE521032C2 - Anordning och förfarande för detektering av joniserande strålning innefattande ljusdämpare mellan fotokatod och elektronlavinförstärkare - Google Patents

Description

25 30 521 032 2 anordningarna i uppsättningen, varvid summering av de elektriska utmatningssignalerna ger ett mått på energinivån hos den initiala, infallande strålningen. Den låga effektiviteten hos ljusledaren och den svaga fotoemissionsomvandlingen hos fotomultiplikatorerna resulterar i en betydande statistisk fluktuation av de insamlade ljusfotonerna, vilket orsakar försämrad rums- och energinivåupplösning. Dessutom har Anger- kameror relativt låga beräkningshastigheter, eftersom varje infallande gammastråle som växelverkar med scintillatormaterialet resulterar i att huvudsakligen hela uppsättningen försätts i ett icke-responsivt tillstånd tills ljuset genererat från den tidigare växelverkan har avtagit.

En annan vanlig anordning enligt teknikens ståndpunkt är känd såsom en gammakamera med bildförstärkare. I en sådan anordning utformas scintillatorn att vara tätt kopplad till det transparenta fönstret hos ett bildförstärkningsrör med stort synfält, som laddar ur fotoelektronenergipaket som svar på ljussignalen från scintillatorn. Fotoelektronpaketen accelereras och fokuseras på katodluminiscent fosfor deponerat på en fiberoptisk utmatningsplatta, vilket genererar ytterligare ljusfotonskurar. Multipla bildförstärkningssteg kan kopplas samman för att ytterligare förstärka signalen. Den slutliga skuren av fotoelektroner kommer att generera laddningar hos en resistiv laddningsuppdelare, från vilken tyngdpunkten hos pulsen rekonstrueras. Kameror med bildförstärkare har ansenlig vikt, storlek och kostnad, vilket för många tillämpningar hindrar deras praktiska användningar.

En strålningsdetektor av fasttillståndstyp visas i US- 5,l44,141. I denna detektor passerar mot detektorn infallande strålning genom en kollimator och träffar en scintillator, som är delad i. ett flertal scintillatorelement anordnade i. rader och kolumner. En matris av interna förstärkningsfotodetektorer 10 15 20 25 30 521 032 3 uppdelade i rader och kolonner är optiskt anslutna till scintillatorelementen. Varje fotodetektor är elektriskt kopplad till en respektive detekterings- och hållkrets som förstärker och lagrar pulsen genererad av fotodetektorn. De lagrade pulserna samplas via ett multiplexerat kopplingsarrangemang för att tillåta att den lagrade signalen från varje detekterings- och hâllkrets kan behandlas för att skapa en digitaliserad avbildningssignal som nwtsvarar energinivån, och positionen i matrisen för den detekterade, infallande strålningen. Den digitaliserade avbildningssignalen levereras till ett indikatorenhetsminne och analysutrustning hos anordningen.

Särskilt för strålningsavbildare som används i medicinska sammanhang, varvid det är önskvärt att utsätta patienten för den minsta möjliga mängden joniserande strålning, är det viktigt att avbildningsanordningen är känslig för låga strålningsnivåer och fortfarande är i stånd att avgränsa bakgrundsstrålning. Fasttillståndsdetektorer har en något begränsad förstärkning på grund av förluster, och således i vissa tillämpningar uppvisar de inte tillräckligt höga signal till bruskvoter.

Förbättrad rumsupplösning kräver användning av ett stort antal fotodetektorer och ett scintillatorsystem, som genererar ljusfotoner endast i scintillatorsegmentet, vari den infallande absorberades. ett strålningen stort Användningen av antal fotodetektorer i en stor matris för att öka upplösningen hos anordningen resulterar snabbt i en väldigt komplex och dyr anordning.

Vidare är fotodetektorer känsliga för direkt bestrålning av de infallande röntgenstrålarna och således måste åtgärder vidtagas för att förhindra den infallande strålningen från att nå fotodetektorerna. 10 15 20 25 30 521 032 4 Dessutom har detektorer av fasttillståndstyp en begränsad hastighet. De kräver normalt långa integreringstider i elektroniken, flera mikrosekunder, för att fånga en stor del av signalen. och hålla brusnivån låg. Detta förhindrar dem j. de flesta tillämpningar från att användas för singelfoton- detektering. Vidare är brusnivån i fasttillståndsdetektorer normal för hög för att kunna detektera enstaka fotoner.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är följaktligen ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en anordning respektive ett förfarande för detektering av joniserande strålning, särskilt röntgenstrålar, som sörjer för en effektiv förstärkning och som uppvisar höga signal-till-bruskvoter.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma en sådan anordning respektive förfarande för detektering, som sörjer för hög känslighet och kan således fungera vid väldigt låga röntgenflöden. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en sådan anordning respektive förfarande för detektering, där detekteringselement är okänsliga för direkt bestrålning av den joniserande strålningen.

Det är ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en anordning respektive ett förfarande för detektering, som är kapabla att detektera och upplösa enstaka ljusfotoner utsända från en scintillator på grund av en enda röntgenfoton. Detta tillåter en mer noggrann bestämning av röntgenfotonenergin än konventionella integreringstekniker. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en sådan anordning respektive förfarande för detektering, som är effektiva, snabba, noggranna, tillförlitliga och billiga. 10 15 20 25 521 052 5 Dessa syften bland andra uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst anordningar respektive förfaranden i enlighet med de bifogade patentkraven.

Genom att använda lavinförstärkning av elektroner frigjorda från fotokatoden hos detekteringsanordningen erhålls en särskilt känslig anordning respektive förfarande, låga som sörjer för användning av extremt strålningsdoser, varvid fortfarande signalnivåer erhålls som är tillräckligt höga för att konstruera tvådimensionella bilder med låga brusnivåer.

En ytterligare fördel med den uppfinningsenliga detektorn är att den inte är väldigt känslig för magnetfält.

Ytterligare en fördel med uppfinningen är att den sörjer för tillverkning och användning av känsliga storytsdetektorer till en låg kostnad.

Ytterligare kännetecken hos uppfinningen och fördelar med densamma kommer att bli uppenbara från den följande, detaljerade beskrivningen av föredragna utföringsformer av uppfinningen, vilka visas på de medföljande ritningarna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning kommer att bättre förstås från den detaljerade beskrivningen av utföringsformer av uppfinningen given här nedan och de medföljande figurerna l-2, som är givna endast i illustrativa syften och skall således inte begränsa uppfinningen.

Fig. 1 illustrerar schematiskt huvuddelarna hos en detektor- anordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 illustrerar schematiskt, i tvärsektionsvy, en särskild utföringsform av detektoranordningen enligt uppfinningen. 10 15 20 25 521 032 e DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I följande beskrivning i förklarande och icke begränsande syfte är särskilda detaljer angivna såsom särskilda dimensioner och material för att erbjuda en grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. Det skall emellertid vara uppenbart för fackmannen inom området att uppfinningen kan utövas i andra utföringsformer som. avviker från dessa särskilda detaljer. I andra fall är detaljerade beskrivningar av välkända anordningar och processer utelämnade för att inte tynga beskrivningen av uppfinningen med onödiga detaljer.

Med hänvisning till Fig. 1, som schematiskt visar huvuddelarna hos en uppfinningsenlig detektoranordning l, kommer de allmänna principerna för föreliggande uppfinning att beskrivas.

Detektoranordningen innefattar en scintillatoranordning 3, vars främre yta är riktad mot den joniserande strålningen 5 som skall mätas. Strålningen konverteras till ljus inuti scintillatoranordningen 3 genom olika fysiska växelverkningar, som. kommer att beskrivas närmare nedan. Scintillatorn är en fast konverterare eller kan den innefatta en vätskeformig scintillerande substans, till exempel vätskeformigt xenon eller argon, eller en fast scintillerande substans.

Strålningen är företrädesvis röntgenstrålar, men uppfinningen är användbar med varje typ av joniserande strålning sonx en scintillatoranordning är kapabel att konvertera till ljus.

Vidare är en fotokatod 7 belägen vid den bakre ytan hos scintillatorn 3, samt anordnad så att den frigör elektroner i beroende av att ljusfotoner träffar den. Katoden skall vara tunn så att den är kapabel att frigöra elektroner från en yta, som är motsatt ytan mot vilken fotonerna faller in. 10 15 20 25 30 521 032 7 En elektronlavinförstärkningsanordning 9 är anordnad intill fotokatoden 7. Lavinförstärkningsanordningen 9 är företrädesvis försedd med två elektroder; en lavinkatod och en lavinanod (icke indikerat i Fig. 1), och är anordnad att samla in fotoelektroner frigjorda från fotokatoden 7 och att kraftigt lavinförstärka dessa. Geometrier och förstärkningsmaterial hos elektronlavinförstärkningsanordningen 9 och elektriska potentialer, vid vilka lavinelektroderna hålles, väljes för att erhålla en lämplig förstärkning.

Företrädesvis innefattar elektronlavinförstärkningsanordningen 9 en sluten kammare mellan elektroderna, som innehåller en gas lämplig för elektronlavinförstärkning. Sådant lämpligt förstärkningsmedium innefattar exempelvis xenon, eller blandningar av xenon och argon. Alternativt kan vätskeformiga eller fasta elektronförstärkningssubstanser användas.

Dessutom innefattar detektoranordningen l ett utläsnings- arrangemang ll, företrädesvis anordnat i närheten av lavin- anoden, varvid arrangemanget är anpassat att detektera pulser inducerade av lavinelektronerna och/eller på nmtsvarande sätt skapade joner. Utläsningsarrangemanget ll är anslutet till en signalbehandlingsanordning 13 för nödvändig och/eller önskad efterbehandling av insamlad signaldata. En signalindikatorenhet 15 är slutligen anordnad för att visa den behandlade signaldatan.

Genom att använda principerna hos föreliggande uppfinning, dvs. genom att konvertera ljuset från scintillatorn till elektroner och genom att lavinförstärka dessa i en lämplig substans före detektering, i stället för att använda en konventionell scintillatordetektor, erhålls en snabb och känslig detektor till en låg kostnad. Förstärkningen är mer effektiv än med konventionella fasttillståndsbaserade detektorer. 10 15 20 25 30 5218052 fqïhïš Närmast med hänvisning till Fig. 2, som schematiskt och i tvärsektionsvy illustrerar en uppfinningsenlig detektor- anordning 21, kommer en särskild utföringsform av föreliggande uppfinning att mera i detalj beskrivas.

Anordningen 21 innefattar ett flertal scintillatorelement 23 anordnade i en matris 25 och exponerade för infallande strålning 27. Varje scintillatorelement är optiskt kopplat till ett fotokatodarrangemang 29 innefattande ett fotokatodskikt 31 och valfritt ett skyddande skikt 33. En elektronlavin- förstärkningsdetektor 35 är anordnad intill fotokatod- arrangemanget 29, varvid detektorn innefattar en matris 36 med utläsningselement 37, av vilka vart och ett är elektriskt kopplat till en signalbehandlingskrets 39 medelst en respektive signalledning 40. Signalbehandlingskretsen 39 kan vidare vara ansluten till en signalindikatorenhet (icke visad i Fig. 2).

Infallande strålning 27 innefattar typiskt röntgenstrålar.

Strukturen hos detektoranordningen enligt uppfinningen är emellertid anpassningsbar för detektering av andra typer av strålning förutsatt att lämpliga scintillatormaterial och strålningsabsorberande material i förekommande mellanliggande barriärer väljes. För att förenkla beskrivningen benämnes infallande strålning häri strålar, skall även om, beroende på typen av strålning som detekteras, partiklar eller annan terminologi använd inom teknikområdet på liknande vis kan för att beskriva strålningen. Strålning används för till användas att hänvisa den elektromagnetiska som skall energin avbildningsanordningen detektera (till exempel röntgenstrålar) och orden ljus eller optisk används för att hänvisa till ljusenergin eller fotonerna som skapas av scintillatormaterialet då det interagerar med den infallande strålningen. I typiska avbildningsanordningar kan energinivån hos den infallande strålningen variera mellan omkring lO keV 10 15 20 25 30 521 052 9 och 500 keV. Inom detta energiintervall innefattar typiska växelverkningar mellan den infallande strålningen och scintillatormaterialet fotoelektrisk absorption och Compton- spridning. Båda dessa processer resulterar i att elektroner emitteras från atomer i scintillatorn som träffas av den infallande strålningen, och allt eftersom dessa elektroner passerar genom scintillatormaterialet konverteras deras energi till synlig, strålande ljusenergi.

En kollimator 41 är valfritt anordnad intill scintillator- matrisen 25 så att kollimatorn ligger över scintillator- matrisen. Kollimatorn 41 är belägen vid detektoranordningen 21 så att mot anordningen infallande strålning måste passera genom kollimatorpassager 43 för att träda in i scintillatorelementen 23. För att förenkla illustrationen visas endast ett begränsat antal passager 43 i Fig. 1. Det skall emellertid noteras att kollimatorn 41 typiskt kan ha ett stort antal sådana passager, sammanfaller med scintillatorelement. vilka underliggande Kollimatorn är företrädesvis gjord i bly, eller varje annat grundämne med högt atomnummer.

Scintillatorelementen 23 bildar typiskt en MxN-matris, men kan alternativt ha varje form lämplig för användning av en särskild anordning. Scintillatorelementen har typiskt en parallell- epipedisk fornl och kan som. exempel och icke begränsning har tvärsnittsdimensioner av 0.01 - 10 mm x 0.01-10 mm och ett djup av 0.1-100 mm. Scintillatormatrisen kan framställas genom skärning eller tärning av elementen från ett block av scintillatormaterial eller alternativt kan elementen individuellt "växas" såsom nålar eller stavar till exempel genom förångning eller andra kända tekniker såsom sputtring eller CVD (Chemical Vapor Deposition). I en storytsmatris, såsom skulle användas för medicinska avbildningsändamål, kan en matris ha typiskt flera tusen scintillatorelement och yttre 10 15 20 25 30 521 032 10 dimensioner av upp till 50 cm. x 50 cm. En liten matrisyta använd för vissa tillämpningar kan vara mindre än 1 mm x l mm.

Scintillatorelementen 23 är företrädesvis framställda av ett material med en relativt hög effektivitet avseende konvertering av infallande strålning till optisk energi, en relativt snabb avklingningskonstant, och god optisk transparens. Cesiumjodid har visat sig vara ett bra scintillatormaterial för detektering av röntgenstrålar, och har en hög omvandlingseffektivitet, en avklingningskonstant av 1 nukrosekund, samt ett brytningsindex av 1.8. Alternativt kan andra kända scintillatormaterial såsom t.ex. NaI, BaF2 eller polymermaterial användas i anordningen enligt föreliggande uppfinning.

I enlighet med föreliggande uppfinning kan mellanliggande barriärer 45 valfritt anordnas mellan scintillatorelementen 23 för att separera varje scintillatorelement från intilliggande element. De mellanliggande barriärerna 45 är gjorda i ett material som effektivt absorberar infallande och sekundära strålar, varvid därigenom ljus huvudsakligen förhindras från att passera mellan scintillatorelementen. En sådan ljus- absorberande barriär är särskilt viktig i storytsanordningar för att tillförsäkra en god rumsupplösning, dvs. bestämning av positionen på matrisen, vilken den infallande strålen träffar.

Optiskt reflekterande skikt 47 kan valfritt anordnas mellan angränsande ytor hos de mellanliggande barriärerna 45 och scintillatorelementen 23 och möjligen tvärsöver delen av scintillatormatrisen genom. vilken den infallande strålningen träder in (icke visad i Fig. 2). De optiskt reflekterande skikten 47 tjänar till att isolera scintillatorelementen från varandra genom att inuti ett scintillatorelement innesluta det synliga ljuset genererat genom absorption av infallande strålning i elementet. De reflekterande skikten 47 innefattar relativt tunna, dvs. omkring 0,01 pm till 0.5 um skikt, av 10 15 20 25 30 521 032 ll silver, aluminium eller liknande material som är optiskt reflekterande och strålningsgenomsläppligt, dvs. som inte huvudsakligen växelverkar med den infallande strålningen. De reflekterande skikten kan vara, men behöver icke nödvändigtvis vara, deponerade på alla scintillatorelementytor.

Fotokatodarrangemanget 29 innefattar fotokatodskiktet 31, som företrädesvis är ett 0,00001-0,1 mm tjockt skikt av exempelvis cesiumjodid eller en organisk fotokonverterare eller varje annan effektiv gasformig, vätskeformig eller fast foto- konverterare, och det skyddande skiktet 33, som företrädesvis är ett 0.01-l um tjockt skikt av exempelvis cesiumjodid.

Fotokatoder är i allmänhet känsliga för små föroreningar i varje gas som kommer i kontakt med dem, vilka föroreningar orsakar degradering av kvanteffektiviteten hos fotokatoden med Således skall skydda katodskiktet 31 från direkt kontakt med förstärkningsmediumet, tiden. det skyddande skiktet 33 dvs. men skall från lavingasen, hos lavinförstärkningsdetektorn 35, vara transparent för elektronerna frigjorda foto- katodskiktytan. Vidare skall med fördel det skyddande skiktet vara opakt för ljus eftersonl det kan uppträda fluorescens i lavinförstärkningsdetektorn 35 och detta fluorescerande ljus måste förhindras från att nå fotokatodskiktet och från att slå ut fler elektroner, vilket skulle påverka detekteringen på ett oönskat sätt. Om det skyddande skiktet inte är opakt för ljus kan det täckas med ett tunt metalliskt skikt, som är opakt för ljus och transparent för elektroner.

Elektronlavinförstärkningsdetektorn 35 innefattar sidoväggar 49, som tillsammans med fotokatodarrangemanget 29 och matrisen 36 med utläsningselement, utgör ett lufttätt hus. Det inre av detta hus utgör en optisk driv- och förstärkningsvolym 51 och är fyllt med en substans lämplig för elektronlavinförstärkning, såsom en gas, till exempel C02 eller en blandning av till 10 15 20 25 30 521 032 12 exempel helium och isobutan, eller varje annan gas lämplig för elektronlavinmultiplicering. Gasen är företrädesvis vid atmosfärstryck, men kan vara både vid under- respektive övertryck.

Alternativt innesluter inte detektorn själv lavinförstärknings- substansen, utan är placerad inuti en extern inneslutning.

Vidare, innefattar elektronlavinförstärkningsdetektorn 35 ett lavinkatodarrangemang 53 och ett lavinanodarrangemang, som i föreliggande utföringsform är identiskt med matrisen 36 med utläsningselement 37. Lavinkatoden 53 är företrädesvis av ett elektriskt ledande material och lavinanodarrangemanget 36 innefattar typiskt ett isolerande substrat 54, vari utläsningselementen 37, som är av ett elektriskt ledande material, är anordnade.

Alternativt kan lavinanoden formas separat från utläsnings- arrangemanget 36 (icke visat i Fig. 2).

De elektriska potentialerna, vid vilka fotokatoden 29, lavinkatoden 53 och lavinanoden 36 hålles, väljes så att ett svagare elektriskt fält, ett drivfält, skapas mellan fotokatoden 29 och lavinkatoden 53 som orsakar drift av fotoelektroner frigjorda från fotokatoden 29 mot lavinkatoden 53, och ett starkare elektriskt fält, ett lavinförstärknings- fält, skapas mellan lavinkatoden 53 och lavinanoden 36, som orsakar lavinmultiplikation av fotoelektronerna då de accelereras mot lavinanoden, eller matrisen med utläsnings- element 36. Elektriska fältlinjer mellan ett enstaka av utläsningselementen 37 och fotokatoden 29 visas schematiskt i Fig. 2 medelst hänvisningsbeteckning 55 i illustrativt syfte.

Ett dielektrikmn 57 kan vara anordnat mellan lavinkatoden 53 och lavinanoden 36. Detta kan vara en gas eller ett fast substrat som uppbär katoden 53 och anoden 36, såsom visas i 10 15 20 25 30 521 G52 13 Fig. 2. Således skapar de anbringade spänningarna ett starkt elektriskt fält i. en matris med lavinförstärkningsområden 59.

Lavinområdena 59 är bildade i ett område mellan och runt kanterna hos lavinkatoden 53 som är riktade mot varandra och mellan lavinkatoden 53 och lavinanoden 36.

Lavinområdena 59 definieras som öppningar eller kanaler i katoden 53 och i det dielektriska substratet 57, om detta är närvarande. Öppningarna eller kanalerna kan vara av en godtycklig form, till exempel ha ett cirkulärt eller fyrkantigt tvärsnitt. Öppningarna eller kanalerna kan vara anordnade i rader, där varje rad med öppningar eller kanaler innefattar ett flertal öppningar eller kanaler. Ett flertal longitudinella öppningar eller kanaler eller rader med kanaler är bildade bredvid varandra, parallellt med varandra eller med de infallande röntgenstrålarna. Alternativt kan öppningarna eller kanalerna vara anordnade i andra mönster.

Företrädesvis är kollimatorpassagerna 43 hos kollimatorn 41, scintillatorelementen 23 hos scintillatorn 25 och lavinområdena 59 hos lavindetektorn 35 linjerade med och överliggande varandra.

Vidare är utläsningselementen 37 anordnade i anslutning till öppningarna eller kanalerna som bildar lavinområdena 59.

Företrädesvis är åtminstone ett element 37 anordnat vid varje öppning eller kanal. Elementen 37 är elektriskt isolerade från varandra genom det dielektriska substratet 54 och separat anslutna till signalbehandlingskretsen 39 medelst individuella signalledningar 40.

Genom att skapa en tvådimensionell matris med kollimator- passager 43, scintillatorelement 23, lavinområden 59 och utläsningselement 37 erhålls en detektoranordning 21, vari elektronlaviner härledningsbara huvudsakligen från jonisation 10 15 20 25 14 av i sidled separerade delar av den infallande strålen 27 är separat detekterbara. Härigenom sörjer anordningen 21 för tvådimensionell avbildning. På liknande sätt genom att utnyttja endimensionella matriser med respektive element erhålls en anordning för endimensionell avbildning.

Vid användning placeras detektoranordningen 21 i Fig. l i banan för strålningen som man önskar detektera. Strålar hos den infallande strålningen som härrör direkt från föremålet som skall undersökas kommer att färdas i en bana för att passera genom kanalerna 43 i kollimatorn 41 och träda in i scintillatorelementen 23, emedan oönskad strålning spridd från föremålet som undersöks och mot detekteringsanordningen kommer att typiskt färdas i någon vinkel till kollimatorns plan och kommer således icke vara i stånd att passera igenom någon av kanalerna 43.

Växelverkan mellan den infallande strålningen och scintillatormaterialet resulterar i generering av ljusfotoner.

På grund av den optiskt reflekterande beläggningen 47 kommer ljusfotoner i allmänhet vara riktade mot fotokatodarrangemanget 29. De ljusabsorberande, mellanliggande barriärerna 45 resulterar i att varje scintillatorelement är isolerat från närliggande element, varvid således överhörning mellan elementen huvudsakligen elimineras.

Ljusfotoner som träffar fotokatodarrangemanget 29 kommer att orsaka att elektroner, så kallade fotoelektroner, emitteras.

Det är viktigt att materialet i fotokatoden har en karakteristisk energi kallad utträdesarbete (dvs. bindnings- energin för katodelektronerna) som är lägre än fotonenergin för det infallande ljuset så att elektroner kan frigöras samt att fotokatoden är 'illräckligt tunn för att vara kapabel att emittera elektroner från dess baksida, dvs. icke ytan, mot vilken ljusfotonerna faller in. 10 15 20 25 30 521 052 15 De frigjorda elektronerna, som kommer att ha en kinetisk energi som är differensen mellan fotonenergin och katodutträdes- arbetet, drivs mot lavinkatoden 53 (som. hålles vid en högre elektrisk potential än fotokatoden 31). Vid lavinkatoden 53 kommer fotoelektronerna att accelereras på grund av det starka elektriska fältet mellan lavinkatoden 53 och anoden 36 (lavinanoden hålls vid en ännu högre elektrisk potential än lavinkatoden).

De accelererade elektronerna kommer att växelverka med annat material (till exempel atomer, molekyler etc.) i områdena 59, och orsaka att elektronjonpar skapas. Dessa skapade elektroner kommer också att accelereras i fältet och kommer att interagera repetitivt med ny materia och orsaka att ytterligare elektronjonpar produceras. Denna process fortsätter under elektronernas färd i lavinområdet mot anodarrangemanget 36 beläget i nedre änden av lavinområdet, och på så sätt skapas elektronlaviner.

Elektronlavinerna inducerar elektriska pulser i utläsnings- elementen hos detektorn 35, som detekteras individuellt eftersom varje utläsningselement har sin egen signalledning 40 till signalprocessorn 39. Signalbehandlingselektroniken behandlar pulserna; möjligen formar den pulserna och integrerar eller räknar därefter pulserna från varje utläsningselement.

I utföringsformen beskriven ovan är särskilda positioner och geometrier hos kollimatorn, scintillatorn, katoden, anoden och utläsningsarrangemanget beskrivna. Det finns emellertid ett flertal andra positioner och geometrier som är lika lämpliga i samband med föreliggande uppfinning.

Det är allmänt för uppfinningen att varje infallande röntgenfoton orsakar en inducerad puls i ett eller flera detektorelektrodelement 37. 10 15 20 25 30 ..» .H 521 052 16 Det är också allmänt för uppfinningen att interelektrod- utrymmena är tunna, vilket resulterar i snabbt avlägsnande av joner, vilket leder till liten eller ingen ackumulering av rymdladdningar. Detta möjliggör funktion vid höga hastigheter.

De korta avstånden leder också till låga driftsspänningar vilket resulterar i låg energi i eventuella gnistor, vilket är föredraget för elektroniken. Fokuseringen av fältlinjer i lavinområdena är också föredraget för att undertrycka formering av så kallade streamers, vilket leder till en minskad risk för gnistor.

Såsom ett alternativ, åtminstone i vissa fall, kan katodarrangemanget 53 utelämnas och ett elektriskt fält mellan fotokatodarrangemanget 29 och anodmatrisen 36 kan hållas tillräckligt starkt för att orsaka elektronlavinförstärkning inuti hela volymen såsom definierad av områdena 51 och 59.

Såsom ett ytterligare alternativ kan den ljusopaka funktionaliteten hos det skyddande skiktet 33 avvaras, och istället kan en ljusdämpare (icke visad i Fig. 2) anordnas mellan fotokatodarrangemanget 29 och lavinförstärknings- detektorn 35. Denna ljusdämpare skall förhindra varje ljus skapat inuti lavinförstärkningsdetektorn 35, och möjligen inuti den själv, från att nå fotokatodskiktet 31, och innefattar till exempel en matris med glaskapillärrör anordnade så att scintillatorelementen ligger över och är linjerade med kapillärrören. En tunn, metallisk skiktstruktur kan vara anordnad vid botten av kapillärrören, dvs. intill lavinförstärkningsdetektorn 35, och möjligen också vid ovandelen av kapillärrören, dvs. intill fotokatodarrangemanget 29. Sådana skikt är opaka för ljus och transparenta för elektroner. Genom att anbringa en lämplig spänning över kapillärrörens längd kan fotoelektroner frigjorda från fotokatodskiktet 3l drivas genom ljusdämparen utan förluster. 10 15 20 25 30 521 032 17 Ett ytterligare alternativ är att använda den ovan beskrivna ljusdämparen också såsom lavinförstärkningsdetektor. Således är kapillärrören fyllda med ett lämpligt lavinförstärkningsmedium och utläsningselementen är anordnade vid botten av kapillär- rören så att kapillärrören är liggande över och linjerade med utläsningselementen.

Vidare kan alla elektrodytor vara täckta av ett högresistivt eller halvledande material för att minska energin i eventuella gnistor, vilket skulle påverka mätningarna och eventuellt förstöra den elektroniska utrustningen hos detektorn. Sådana resistiva skikt beskrivs vidare i vår inneliggande svenska patentansökning nr. 9901327-8 med titeln Radiation detector and an apparatus for use in radiography, som inlämnades den 14 april 1999. Denna ansökning innefattas härmed genom denna hänvisning.

Alternativt, av samma anledning, kan hela eller delar av katod- och anodarrangemangen vara gjorda av ett halvledande material, till exempel kisel.

Fotokatoden är i. det illustrerade fallet direkt kopplad till scintillatorn. Det skall emellertid 'vara uppenbart att foto- katoden icke desto mindre kan ordnas vid ett avstånd från I sådant fall är fotokatoden valfritt täckt av Det skall också scintillatorn. ett respektive skyddande skikt på varje sida. elektronlavin- I sådant fall inses att den scintillerande substansen och förstärkningssubstansen kan vara samma substans. kan fotokatoden vara anordnad inuti denna kombinerade scintillerande och lavinförstärkande substans.

Förfarandet och anordningen kan i vissa fall även användas för att räkna fotoner skapade i scintillatorn av en enstaka röntgenstråle och således tillåta mer noggrann bestämning av röntgenenergin. 521 G52 18 Det skall vara uppenbart att uppfinningen kan varieras på ett flertal sätt. Sådana variationer skall inte betraktas som en avvikelse från uppfinningens skyddsomfång. Alla sådana modifikationer som är uppenbara för fackmannen inom teknik- området är avsedda att innefattas inom skyddsomfånget för bifogade patentkrav.

Claims (30)

10 15 20 25 521 052 /9 PATENTKRAV

1. Anordning (1, 21) för detektering av joniserande strålning innefattande: - en scintillator (3, 25) anordnad att konvertera infallande joniserande strålning (5, 27) till ljus, - en fotokatod (7, 31) anordnad att frigöra fotoelektroner i beroende av att den träffas av nämnda ljus och - en elektronlavinförstärkare (9, innefattande en kammare fylld 35) med en gas eller gasblandning lämplig för elektronlavinförstärkning, varvid förstärkaren är anordnad att lavinförstärka nämnda fotoelektroner genom växelverkan med nämnda gas eller gasblandning, k ä n n e t e c k n a d a v - ett utläsningsarrangemang (ll, 36) nämnda lavinförstärkta elektroner och anpassat att detektera - en ljusdämpare anordnad mellan nämnda fotokatod och nämnda elektronlavinförstärkare, ett skikt (33) varvid nämnda ljusdämpare innefattar anordnat på fotokatoden yta, vilket skikt är transparent för elektroner och opakt för ljus för att förhindra ljus skapat inuti elektronlavinförstärkaren från att nå nämnda fotokatod.

2. Anordning enligt krav 1, varvid nämnda kammare innefattar en matris av lavinförstärkningsområden (59).

3. Anordning enligt krav 2, varvid de individuella lavin- förstärkningsområdena (59) är separerade från varandra medelst ett dielektrikum.

4. Anordning enligt krav 2, varvid matrisen med lavin- förstärkningsområden (59) innefattar ett flertal dielektriska rör. 10 15 20 25 521 052 .2O

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, varvid elektronlavinförstärkaren (9, 35) innefattar en lavinkatod (53) och en lavinanod (36).

6. Anordning enligt krav 5, varvid lavinkatoden (53) är permeabel för elektroner.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, varvid nämnda kammare fylld med nämnda gas eller gasblandning är vid atmosfärstryck.

8. Anordning enligt något av kraven 1-6, varvid nämnda kammare fylld med nämnda gas eller gasblandning är vid ett tryck över det atmosfäriska. något av kraven varvid (ll, 36)

9. Anordning enligt 1-8, utläsningsarrangemanget innefattar en matris med utläsningselement (37).

10. Anordning enligt krav 9, när detta är beroende av något av 2-4, områden (59) kraven varvid nämnda matriser med lavinförstärknings- och med utläsningselement (37) är var och en en matris och varvid lavin- (59) (37) tvådimensionell varje förstärkningsområde är linjerat med ett respektive av utläsningselementen för att erbjuda tvådimensionell avbildning av den infallande joniserande strålningen.

11. ll. Anordning enligt något av kraven 1-10, varvid fotokatoden är anordnad att frigöra elektroner från en första yta, en baksideyta, i beroende av att nämnda ljus faller in. mot en andra yta, en framsideyta, hos fotokatoden, där nämnda första och andra ytor är belägna motsatt varandra.

12. Anordning enligt krav ll, varvid fotokatoden är ett 0.000l- 0.1 mm tjockt skikt (31).

13. Anordning enligt krav något av kraven 1-12, varvid nämnda skikt (33) anordnat på fotokatoden yta är ett skyddande skikt. 10 15 20 25 521 032 m

14. Anordning enligt något av kraven 1-13, varvid nämnda skikt (33) anordnat på fotokatoden yta är ett tunt skikt, företrädesvis 0.01-1 um tjockt.

15. Anordning enligt krav 14, varvid nämnda tunna skikt (33) anordnat på fotokatoden yta är ett metalliskt skikt.

16. Anordning enligt något av kraven 1-15, varvid fotokatoden är direktkopplad till scintillatorn.

17. Anordning enligt något av kraven 1-15, varvid fotokatoden är anordnad vid ett avstånd från scintillatorn, och är valfritt täckt med ett respektive skyddande skikt på var sida.

18. Anordning enligt något av kraven 1-17 ytterligare innefattande en ljusdämpare som inkluderar en matris med glaskapillärrör och är anpassad att undertrycka ljus som propagerar från elektronlavinförstärkaren mot fotokatoden.

19. Anordning enligt något av kraven 1-18, varvid scintillatorn innefattar en matris med scintillatorelement (23).

20. Anordning enligt något av kraven 1-19, varvid scintillatorn innefattar en vätskeformig, scintillerande substans, till exempel vätskeformigt xenon eller argon.

21. Anordning enligt något av kraven 1-20 ytterligare innefattande en kollimator (41) anordnad att kollimera nämnda infallande joniserande strålning.

22. Förfarande för detektering av joniserande strålning innefattande: - att infallande joniserande strålning (5, 27) konverteras till ljus medelst en scintillator (3, 25), - att fotoelektroner frigörs från en fotokatod (7, 31) i beroende av nämnda ljus, och 10 15 20 25 521 032 2.2 - att nämnda fotoelektroner lavinförstärks i eller en gas gasblandning, k ä n n e t e c k n a t a v : - att nämnda lavinförstärkta elektroner detekteras medelst ett (ll, 36), elektronlavinförstärkaren hindras från att nå nämnda fotokatod (33) utläsningsarrangemang varvid ljus skapat inuti medelst ett skikt anordnat på fotokatoden yta vänd. mot elektronlavinförstärkaren, vilket skikt är transparent för elektroner och opakt för ljus.

23. Förfarande enligt krav 22, varvid nämnda fotoelektroner förstärks i en matris med förstärkningsområden (59).

24. Förfarande enligt krav 22 eller 23, varvid nämnda fotoelektroner förstärks genom att en spänning anbringas mellan en lavinkatod (53) och en lavinanod (36).

25. Förfarande enligt krav 24, varvid nämnda fotoelektroner förs genom lavinkatoden (53).

26. Förfarande enligt något av kraven 22-25, varvid nämnda lavinförstärkta elektroner detekteras medelst en matris med utläsningselement (37).

27. Förfarande enligt något av kraven 22-26, varvid nämnda fotoelektroner frigörs från en första yta, en baksideyta, av fotokatoden i beroende av att nämnda ljus träffar en andra yta, en framsideyta, hos fotokatoden där den första och den andra ytan är belägna motsatt varandra.

28. Förfarande enligt krav 27, varvid fotokatoden (31) skyddas medelst ett skyddande skikt (33) anordnat på baksidan av fotokatoden, där nämnda skyddande skikt är transparent för elektroner.

29. Förfarande enligt något av' kraven 22-28, från varvid ljus som propagerar elektronlavinförstärkaren mot fotokatoden 521 (152 2,3 undertrycks medelst en ljusdämpare som inkluderar en matris med glaskapillärrör.

30. Förfarande enligt något av kraven 22-29, varvid den infallande joniserande strålningen konverteras till ljus i en matris med scintillatorelement (23).