SE530171C2 - Gas-based detector - Google Patents
Gas-based detectorInfo
- Publication number
- SE530171C2 SE530171C2 SE0003718A SE0003718A SE530171C2 SE 530171 C2 SE530171 C2 SE 530171C2 SE 0003718 A SE0003718 A SE 0003718A SE 0003718 A SE0003718 A SE 0003718A SE 530171 C2 SE530171 C2 SE 530171C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- detector
- arrangement
- cathode
- anode
- detector according
- Prior art date
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
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
25 530 171 2 händelser är särskilt sannolika att inträffa för detektorer med hög förstärkning. 25 530 171 2 events are particularly likely to occur for high gain detectors.
Sådana gnisturladdningar blockerar detektorn under en tids- period och kan också vara skadliga för detektorn och särskilt för elektroniken i densamma.Such spark discharges block the detector for a period of time and can also be harmful to the detector and especially to the electronics in it.
Redogörelse för uppfinningen Ett huvudsakligt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en detektor för detektering av joniserande strålning, för vilken problem orsakade av gnisturladdningar elimineras eller åtmin- stone minskas.Disclosure of the Invention A principal object of the invention is to provide a detector for detecting ionizing radiation, for which problems caused by spark discharges are eliminated or at least reduced.
Det är i detta avseende ett särskilt syfte med uppfinningen att åstadkomma en sådan detektor, i vilken energin i varje uppträ- dande gnista är låg, så att relativt få laddningar frigörs i gasen.It is in this respect a particular object of the invention to provide such a detector in which the energy in each spark appearing is low, so that relatively few charges are released in the gas.
Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en sådan detektor, som sörjer för snabb återhämtning efter en gnisturladdning och som således sörjer för snabbare detektering och kortare tidsperioder, under vilka ett föremål, som skall undersökas, är utsatt för joniserande strålning. Ännu ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en sådan detektor som är effektiv, noggrann och av låg kostnad.A further object of the present invention is to provide such a detector which provides for rapid recovery after a spark discharge and which thus provides for faster detection and shorter periods of time during which an object to be examined is exposed to ionizing radiation. Yet another object of the invention is to provide such a detector which is efficient, accurate and of low cost.
Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en sådan detektor som är tillförlitlig och som har lång livstid.A further object of the invention is to provide such a detector which is reliable and which has a long life.
Det är i detta avseende ett särskilt syfte med uppfinningen att tillhandahålla en sådan detektor, som skyddar anoden och utläs- ningselektronik såsom exempelvis förförstärkare från att skadas av högenergetiska gnistor.It is in this respect a particular object of the invention to provide such a detector which protects the anode and read-out electronics such as, for example, preamplifiers from being damaged by high-energy sparks.
Sådana syften, bl.a., uppnås medelst detektorer i enlighet med de bifogade patentkraven. 10 15 20 25 53Ü 17¶ 3 Ytterligare kännetecken hos uppfinningen och fördelar med den- samma kommer att bli uppenbara från den följande detaljerade beskrivningen av föredragna utföringsformer av uppfinningen, vilka visas på de medföljande ritningarna.Such objects, among other things, are achieved by means of detectors in accordance with the appended claims. Additional features of the invention and advantages thereof will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention, which are shown in the accompanying drawings.
Kort beskrivning av ritninqarna Fig. 1 illustrerar schematiskt och översiktligt i en tvärsektionsvy en anordning för planstråleradiografi enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning.Brief Description of the Drawings Fig. 1 schematically and concisely illustrates in a cross-sectional view a device for plane beam radiography according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 är en schematisk planvy av ett katodarrangemang hos en detektor enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfin- ning.Fig. 2 is a schematic plan view of a cathode arrangement of a detector according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 3 är en förstorad, schematisk tvärsektionsvy av ett katod- arrangemang för en detektor enligt en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning.Fig. 3 is an enlarged, schematic cross-sectional view of a cathode arrangement for a detector according to a third embodiment of the present invention.
Fig. 4 är en schematisk planvy av ett katodarrangemang för en detektor enligt en fjärde utföringsform av föreliggande upp- finning.Fig. 4 is a schematic plan view of a cathode arrangement for a detector according to a fourth embodiment of the present invention.
Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig. 1 är en sektionsvy i ett plan vinkelrät mot planet för en plan, solfjäderformad röntgenstråle l av en anordning för plan stråleradiografi enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning. Anordningen innefattar en röntgenkälla 3, som till- sammans med ett första tunt kollimatorfönster 5 skapar den pla- na röntgenstrâlen l för bestrålning av ett föremål 7 som skall avbildas.Detailed Description of Preferred Embodiments Fig. 1 is a sectional view in a plane perpendicular to the plane of a planar, fan-shaped X-ray 1 of a flat beam radiography apparatus according to a first embodiment of the present invention. The device comprises an X-ray source 3, which together with a first thin collimator window 5 creates the planar X-ray beam 1 for irradiating an object 7 to be imaged.
Strâlen, som transmitteras genom föremålet 7, träder in i en detektor 9. Valfritt bildar ett tunt slitsformigt eller andra kollimatorfönster ll, som är linjerat med röntgenstrålen, in- gången för röntgenstrålen 1 till detektorn 9. 10 15 20 25 30 530 171 4 Detektorn 9 är orienterad så att röntgenfotoner kan träda in sidledes mellan ett katodarrangemang 17 och ett anodarrangemang 19, mellan vilket ett utrymme 13 kapabelt att kunna fyllas med en joniserbar gas eller gasblandning är anordnad. Medelst en högspännings DC-kraftförsörjningsenhet 7 kan en spänning UI anbringas mellan katoden 17 och anoden 19 för drivning av elektroner och joner i utrymmet 13. Katodarrangemanget 17 och anodarrangemanget 19 är företrädesvis huvudsakligen parallella med varandra.The beam transmitted through the object 7 enters a detector 9. Optionally, a thin slit-shaped or second collimator window II, which is aligned with the X-ray beam, forms the input of the X-ray beam 1 to the detector 9. The detector 9 9 is oriented so that X-ray photons can enter laterally between a cathode arrangement 17 and an anode arrangement 19, between which a space 13 capable of being filled with an ionizable gas or gas mixture is arranged. By means of a high voltage DC power supply unit 7, a voltage UI can be applied between the cathode 17 and the anode 19 for driving electrons and ions in the space 13. The cathode arrangement 17 and the anode arrangement 19 are preferably substantially parallel to each other.
Röntgenkällan 3, det tunna kollimatorfönstret 5, det valfria kollimatorfönstret 11 och detektorn 9 är företrädesvis anslutna och fastgjorda med avseende på varandra medelst ett lämpligt organ, t.ex. en ram eller ett stöd (icke visat i fig. 1).The X-ray source 3, the thin collimator window 5, the optional collimator window 11 and the detector 9 are preferably connected and fixed with respect to each other by means of a suitable means, e.g. a frame or support (not shown in Fig. 1).
Den joniserbara gasen eller gasblandningen innefattar exempel- vis 90 % krypton och 10 % koldioxid eller 80 % xenon och 20 % koldioxid. Gasen kan vara under tryck, företrädesvis inom intervallet 1-20 atm. Detektorn innefattar därför ett gastätt hölje 31 med ett slitsformigt ingångsfönster 33, genom vilket röntgenstrålen 1 kan träda in i detektorn. I fig. 1 innesluter höljet 31 huvudsakliga delar av detektorn 9. Det skall emellertid vara uppenbart att höljet 31 kan vara anordnat på andra sätt så länge som utrymmet mellan elektroderna kan inneslutas.The ionizable gas or gas mixture comprises, for example, 90% krypton and 10% carbon dioxide or 80% xenon and 20% carbon dioxide. The gas may be under pressure, preferably in the range of 1-20 atm. The detector therefore comprises a gas-tight housing 31 with a slit-shaped entrance window 33, through which the X-ray beam 1 can enter the detector. In Fig. 1, the housing 31 encloses main parts of the detector 9. It should be obvious, however, that the housing 31 can be arranged in other ways as long as the space between the electrodes can be enclosed.
Vidare innefattar detektorn 9 ett utläsningsarrangemang för separat detektering av elektroner, som drivs mot anodarrange- manget 19 och/eller joner, som drivs mot katodarrangemanget 17.Furthermore, the detector 9 comprises a readout arrangement for separately detecting electrons which are driven towards the anode arrangement 19 and / or ions which are driven towards the cathode arrangement 17.
Utläsningsarrangemanget kan utgöras av själva anodarrangemanget 19 såsom illustreras i fig. 1, eller kan ett separat utläs- ningsarrangemang anordnas intill anodarrangemanget 19, intill katodarrangemanget 17, eller annorstädes.The readout arrangement may be the anode arrangement 19 itself as illustrated in Fig. 1, or a separate readout arrangement may be provided adjacent the anode arrangement 19, adjacent the cathode arrangement 17, or elsewhere.
Anod- eller utläsningsarrangemanget 19 innefattar en uppsätt- ning elektriskt ledande element eller remsor 35 anordnade sida vid sida och elektriskt isolerade från varandra på ett 10 15 20 25 30 530 1?1 5 dielektriskt skikt eller substrat 37. Remsorna 35 kan framställas medelst fotolitografiska metoder eller elektroformning, etc.The anode or readout arrangement 19 comprises a set of electrically conductive elements or strips 35 arranged side by side and electrically insulated from each other on a dielectric layer or substrate 37. The strips 35 can be produced by photolithographic methods. or electroforming, etc.
För att sörja för en ökad rumsupplösning och för att kompensera för parallaxfel i varje detekterad bild är remsorna 35 ut- sträckta huvudsakligen i riktningar parallella med riktningen för de infallande röntgenfotonerna hos strålen 1, som härrör från källan 3, vid varje plats. Således, givet en divergent stråle 1 anordnas utläsningsremsorna 35 i en solfjädersliknande konfiguration. Längden och bredden hos remsorna 35 justeras för den särskilda detektorn för att erhålla den önskade (optimala) rumsupplösningen och känsligheten.To provide an increased spatial resolution and to compensate for parallax errors in each detected image, the strips 35 are extended substantially in directions parallel to the direction of the incident X-ray photons of the beam 1 originating from the source 3 at each location. Thus, given a divergent beam 1, the read strips 35 are arranged in a fan-like configuration. The length and width of the strips 35 are adjusted for the particular detector to obtain the desired (optimal) room resolution and sensitivity.
Var och en av remsorna 35 är företrädesvis ansluten till utläs- nings- och signalbehandlingselektronik 14 medelst en respektive separat signalledare (av vilka endast en illustreras i fig. 1), varigenom signalerna från varje remsa kan behandlas separat.Each of the strips 35 is preferably connected to read and signal processing electronics 14 by means of a respective separate signal conductor (of which only one is illustrated in Fig. 1), whereby the signals from each strip can be processed separately.
Eftersom utläsningsremsorna 35 också utgör anoden ansluter sig- nalledarna också respektive remsa till högspänningsenheten 7, med lämpliga kopplingar för separering. I fig. 1 indikeras sådana åtgärder endast medelst ett separat jordanslutningsdon.Since the readout strips 35 also constitute the anode, the signal conductors also connect the respective strip to the high voltage unit 7, with suitable connections for separation. In Fig. 1, such measures are indicated only by means of a separate earth connector.
Den ovannämnda utformningen av utläsningsarrangemanget sörjer för möjligheter till separat detektering av elektroner, som är härledningsbara huvudsakligen från jonisation av transversellt separerade delar av den plana strålen 1, medelst remsorna 35.The above-mentioned design of the readout arrangement provides possibilities for separate detection of electrons, which can be deduced mainly from ionization of transversely separated parts of the planar beam 1, by means of the strips 35.
På ett sådant sätt möjliggörs endimensionell avbildning.In this way, one-dimensional imaging is made possible.
I fallet då utläsningsarrangemanget är ett separat arrangemang kan anodremsorna 35 bildas såsom en enhetlig elektrod (utan uppdelning i remsor).In the case where the readout arrangement is a separate arrangement, the anode strips 35 can be formed as a uniform electrode (without division into strips).
I en alternativ konfiguration av anoder/utläsningsarrangemang (icke illustrerad) kan remsorna ytterligare delas i segment i riktningen för de infallande röntgenstrålarna, där seqmenten är elektriskt isolerade från varandra. Företrädesvis förefinns ett LO 15 20 25 30 530 171 6 kort avstånd utsträckt vinkelrätt mot de infallande röntgen- strålarna mellan varje segment av respektive remsa. Varje seg- ment är anslutet till behandlingselektroniken medelst en sepa- rat signalledare, varvid signalerna från varje segment företrä- desvis behandlas separat. Ett sådant utläsningsarrangemang kan användas när energiupplöst detektering av strålning krävs. I detta avseende göres särskild hänvisning till vår inneliggande svenska patentansökning nr 0001167-6 betitlad Spektralt upplöst detektering av joniserande strålning, inlämnad den 31 mars 2000, vilken ansökning härvidlag innefattas genom denna hänvis- ning.In an alternative configuration of anode / readout arrangement (not illustrated), the strips may be further divided into segments in the direction of the incident X-rays, where the segments are electrically isolated from each other. Preferably, there is a short distance extended perpendicular to the incident X-rays between each segment of the respective strip. Each segment is connected to the processing electronics by means of a separate signal conductor, the signals from each segment preferably being processed separately. Such a readout arrangement can be used when energy-resolved detection of radiation is required. In this respect, special reference is made to our pending Swedish patent application No. 0001167-6 entitled Spectral Dissolved Detection of Ionizing Radiation, filed March 31, 2000, which application is hereby incorporated by reference.
Vidare innefattar detektorn 9 en elektronlavinförstärkningsan- ordning 21 för lavinförstärkning av elektroner, som drivs inuti utrymmet 13. I sådant syfte är elektronlavinförstärkningsanord- ningen 21 lämpligen ansluten till högspänningsenheten 7. I en version består elektronlavinförstärkningsanordningen 21 av en rutnätsliknande skiva eller liknande, som definierar ett flertal hål, genom vilka elektroner kan passera under deras väg mot anodarrangemanget 19.Furthermore, the detector 9 comprises an electron avalanche amplification device 21 for avalanche amplification of electrons, which are driven inside the space 13. For this purpose, the electron avalanche amplification device 21 is suitably connected to the high voltage unit 7. In one version, the electron avalanche amplification device 21 consists of a grid-like disk a plurality of holes through which electrons can pass during their path towards the anode arrangement 19.
Alternativt kan andra lavinförstärkningsarrangemang eller fält- koncentrationsorgan åstadkommas så att elektronerna, som fri- görs i utrymmet 13, kan förstärkas före detektion. Ett flertal sådana lavinförstärkningsarrangemang beskrivs i vår inneliggan- de svenska patentansökning nr 9901325-2 betitlad Strålningsde- tektor, anordning för användning inom plan radiografi och för- farande för detektering av joniserande strålning, ingiven den 14 april 1999, vilken ansökning härvid innefattas genom denna hänvisning.Alternatively, other avalanche amplification arrangements or field concentration means may be provided so that the electrons released in the space 13 can be amplified prior to detection. A number of such avalanche amplification arrangements are described in our pending Swedish patent application No. 9901325-2 entitled Radiation Detector, device for use in planar radiography and method for detecting ionizing radiation, filed on April 14, 1999, which application is hereby incorporated by reference. .
I en särskild version av uppfinningen kan lavinförstärkning erhållas helt enkelt genom att hålla spänningen U, (d-V-S- de elektriska fälten skapade därigenom) tillräckligt hög vid an- vändning för att orsaka elektronlavinförstärkning inuti utrym- met 13. 10 15 20 25 30 53Ü 171 7 vid användning träder de infallande röntgenstrålarna 1 in i detektorn genom det tunna, slitsformiga kollimatorfönstret ll, om detta är närvarande, och mellan katoden 17 och anoden 19, företrädesvis i ett centralt plan mellan dem såsom indikeras i fig. 1. De infallande röntgenstrålarna l färdas sedan genom gasutrymmet i en riktning företrädesvis huvudsakligen parallell med elektroderna 17 och 19 och absorberas, och joniserar således gasmolekylerna i utrymmet 13.In a particular version of the invention, avalanche amplification can be obtained simply by keeping the voltage U, (i.e. the electric fields created thereby) high enough in use to cause electron avalanche amplification inside the space 13. 10 15 20 25 30 53Ü 171 7 in use, the incident X-rays 1 enter the detector through the thin, slit-shaped collimator window 11, if present, and between the cathode 17 and the anode 19, preferably in a central plane between them as indicated in Fig. 1. The incident X-rays 1 travel then through the gas space in a direction preferably substantially parallel to the electrodes 17 and 19 and absorbed, thus ionizing the gas molecules in the space 13.
Röntgenstrålar, som absorberas i utrymmet 13, kommer att orsaka att elektroner frigörs, vilka drivs mot anodarrangemanget 19 på grund av spänningen UI, som anbringas. Om spänningen hålles tillräckligt hög och/eller om fältkoncentrationsorgan är åstad- kommet (såsom diskuterats ovan) lavinförstärks de frigjorda elektronerna under deras färd mot anoden. Om en elektronlavin- förstärkningsanordning är åstadkommen, hålles den företrädesvis vid en elektrisk potential (elektriska potentialer) så att ett svagt drivningsfält erhålles mellan katodarrangemanget 17 och förstärkningsanordningen 21 och ett starkt lavinförstärkningsfält erhålles inuti förstärkningsanordningen 21 (t.ex. mellan en elektrod därav och anodarrangemanget 19).X-rays absorbed in the space 13 will cause electrons to be released, which are driven towards the anode arrangement 19 due to the voltage UI applied. If the voltage is kept high enough and / or if field concentration means are provided (as discussed above), the released electrons are amplified during their journey towards the anode. If an electron avalanche amplification device is provided, it is preferably maintained at an electric potential (electric potentials) so that a weak driving field is obtained between the cathode arrangement 17 and the amplifying device 21 and a strong avalanche amplifying field is obtained inside the amplifying device 21 (e.g. between an electrode thereof). 19).
Elektronerna inducerar laddningar i remsorna 35 hos anod/utläs- ningsarrangemanget 19, som detekteras. Om ingen lavinförstärk- ning äger rum härrörs en huvudsaklig del av signalen från insamling av de fria laddningarna.The electrons induce charges in the strips 35 of the anode / readout arrangement 19, which are detected. If no avalanche amplification takes place, a major part of the signal is derived from the collection of the free charges.
Varje infallande röntgenfoton orsakar i allmänhet en inducerad puls i en (eller flera) av anodremsorna. Pulserna behandlas i utläsnings- och signalbehandlingselektroniken 14, som slutligen formar pulserna och integrerar eller räknar pulserna från varje remsa som representerar ett bildelement. Pulserna kan också behandlas för att tillhandahålla ett energimått för varje bildelement.Each incident X-ray generally causes an induced pulse in one (or more) of the anode strips. The pulses are processed in the read and signal processing electronics 14, which ultimately form the pulses and integrate or count the pulses from each strip representing a pixel. The pulses can also be processed to provide an energy measure for each pixel.
På grund av de höga elektriska fältstyrkorna som kan förefinnas i anslutning till elektrodplattorna finns det en risk att 10 15 20 25 30 530 171 8 gnisturladdningar uppträder i gasen. Sådana gnisturladdningar blockerar detektorn under en tidsperiod och kan också skada anodarrangemanget 19 och elektroniken ansluten därtill.Due to the high electric field strengths that may be present in connection with the electrode plates, there is a risk that spark discharges will occur in the gas. Such spark discharges block the detector for a period of time and can also damage the anode arrangement 19 and the electronics connected thereto.
För att minska risken att gnisturladdningar uppträder i gasen och för att minska energin som frigörs av gnisturladdningar som icke desto mindre uppträder, innefattar föreliggande uppfinning att förse katodarrangemanget 17 (och eventuellt anodremsorna 35) med ett material som har en resistivitet av åtminstone 5xl0“ Qm.To reduce the risk of spark discharges occurring in the gas and to reduce the energy released by spark discharges which nevertheless occur, the present invention comprises providing the cathode arrangement 17 (and optionally the anode strips 35) with a material having a resistivity of at least 5x10
Katodarrangemanget 17 är företrädesvis av ett material som har en resistivitet mellan 5x10* Qm och lx1O5 Qm, mera föredraget mellan lx10“ Qm och lxl03Qm, ännu mera föredraget mellan lx10“ Qm och l Qm, och mest föredraget mellan lxl0” Qm och lxlO* Qm.The cathode arrangement 17 is preferably of a material having a resistivity between 5x10 * Qm and 1x10 5 Qm, more preferably between 1x10 .
Materialet kan vara dopat eller odopat halvledande material, företrädesvis innefattande ett halvledarmaterial bestående av element valda från grupp IV i det periodiska systemet (t.ex. ämnena kisel och germanium) eller grupperna III-V (t.ex. ämnena GaAs, InP och InGaAsP). Företrädesvis dock är katodarran- gemanget 17 av odopat eller dopat kisel. Alternativt är materialet ett elektriskt ledande glas eller en elektriskt ledande plast. Faktiskt kan i huvudsak varje fast material som har resistivitet inom intervallen nämnda ovan vara lämpligt att använda i katodarrangemanget 17.The material may be doped or undoped semiconducting material, preferably comprising a semiconductor material consisting of elements selected from Group IV of the Periodic Table (eg the substances silicon and germanium) or groups III-V (eg the substances GaAs, InP and InGaAsP ). Preferably, however, the cathode arrangement 17 is of doped or doped silicon. Alternatively, the material is an electrically conductive glass or an electrically conductive plastic. In fact, substantially any solid material having resistivity within the ranges mentioned above may be suitable for use in the cathode arrangement 17.
Genom sådana åtgärder är ett resistivt katodarrangemang 17 rik- tat mot utrymmet 13 och lavinförstärkningsorganet 21, där star- ka höga elektriska fält kan förefinnas. Härigenom, om en gnist- urladdning är på väg att komma, kommer elektroner inom ett mycket mindre område att delta och blir frigjorda från katod- ytan i gnistan, och således kommer energin i gnisturladdningen att vara liten. Således kan påverkan från densamma styras.By such measures, a resistive cathode arrangement 17 is directed towards the space 13 and the avalanche reinforcement means 21, where strong high electric fields can be present. As a result, if a spark discharge is about to occur, electrons within a much smaller area will participate and be released from the cathode surface of the spark, and thus the energy of the spark discharge will be small. Thus, the influence from it can be controlled.
Icke desto mindre begränsar sådana resistanser hastigheten med vilket röntgenfotoner kan detekteras utan betydande minskning av den elektriska fältstyrkan i detektorn. Det är uppenbart att 10 15 20 25 30 530 171 9 man måste finna en lämplig avvägning mellan hastighet och risk för att gnisturladdningar uppträder (och deras respektive ener- gier).Nevertheless, such resistances limit the speed at which X-ray photons can be detected without significantly reducing the electric field strength of the detector. It is obvious that a suitable balance must be found between speed and the risk of spark discharges occurring (and their respective energies).
Såsom ett alternativ till att åstadkomma katodarrangemanget 17 helt gjort av ett sådant halvledande material kan endast yt- skiktet l7a hos katodarrangemanget 17 som är riktat mot utrym- met 13 vara gjort av ett material med en resistivitet av åtmin- stone 5xl0“ Qm. I ett sådant fall kan ytskiktet vara bildat på ett ledande substrat eller på ett dielektriskt substrat försett med lämpliga elektriska anslutningar (ej illustrerat).As an alternative to providing the cathode arrangement 17 made entirely of such a semiconducting material, only the surface layer 17a of the cathode arrangement 17 facing the space 13 can be made of a material having a resistivity of at least 5x10 In such a case, the surface layer may be formed on a conductive substrate or on a dielectric substrate provided with suitable electrical connections (not illustrated).
Såsom ännu ett alternativ kan ytskiktet l7a hos katodarrange- manget 17 som är riktat mot utrymmet 13 vara delvis täckt av ett flertal elektriskt ledande element, som är elektriskt anslutna till varandra endast medelst nämnda resistiva materi- al. Ett sådant katodarrangemang illustreras i fig. 2, varvid ett av nämnda flertal elektriskt ledande element betecknas medelst hänvisningsbeteckning 41. Genom sådana åtgärder kan en snabbare detektor åstadkommas, varvid ytarean av hög kondukti- vitet fortfarande är begränsad till lokala områden (d.v.s. de respektive elementen 41). Även om elementen 41 i fig. 2 visas såsom utsträckta remsor kan de ha andra former och vara anord- nade i andra mönster. Exempelvis kan de elektriskt ledande mön- stren vara kvadratiska eller rektangulära skikt anordnade i en tvådimensionell matris på ytan l7a hos den resistiva katoden 17.As yet another alternative, the surface layer 17a of the cathode arrangement 17 facing the space 13 may be partially covered by a plurality of electrically conductive elements which are electrically connected to each other only by means of said resistive material. Such a cathode arrangement is illustrated in Fig. 2, wherein one of said plurality of electrically conductive elements is designated by reference numeral 41. By means of such measures a faster detector can be provided, the surface area of high conductivity still being limited to local areas (i.e. the respective elements 41 ). Although the elements 41 in Fig. 2 are shown as elongated strips, they may have other shapes and be arranged in other patterns. For example, the electrically conductive patterns may be square or rectangular layers arranged in a two-dimensional matrix on the surface 17a of the resistive cathode 17.
Högspänningsenheten 7 är företrädesvis ansluten till baksidan hos katoden 17 såsom indikeras vid l7b i fig. 1 (d.v.s. vid ytan motsatt ytan l7a) så att de respektive elektriskt ledande elementen 41 är vart och ett ansluten till högspänningsförsörjningsenheten 7 via den resistiva katoden 17.The high voltage unit 7 is preferably connected to the back of the cathode 17 as indicated at 17b in Fig. 1 (i.e. at the surface opposite the surface 17a) so that the respective electrically conductive elements 41 are each connected to the high voltage supply unit 7 via the resistive cathode 17.
Vidare, i fallet då katoden 17 i fig. 2 används tillsammans med utsträckta anod/utläsningsremsor såsom beskrivs ovan skall ele- menten 4l företrädesvis orienteras med avseende på utläsnings- 10 15 20 25 30 530 171 10 remsorna 35 så att ett elektriskt fält erhålls inuti detektorn, som minskar förekomsten av "fickor" inuti utrymmet 13 och för- stärkningsanordningen 21, d.v.s. områden där elektroner och/el- ler joner icke drivs ytterligare och kommer således att ackumu- leras. Detta är särskilt viktigt för att undvika nära ano- den/utläsningsarrangemanget 19. Således orienteras flertalet elektriskt ledande element 41 hos katoden 17 huvudsakligen i en första riktning och flertalet elektriskt ledande eller halvledarelement 35 hos anod/utläsningsarrangemanget 19 orien- teras huvudsakligen i en andra riktning, varvid den första och den andra riktningen är huvudsakligen icke-parallella, och lämpligen huvudsakligen vinkelräta.Furthermore, in the case where the cathode 17 in Fig. 2 is used together with extended anode / read-out strips as described above, the elements 41 should preferably be oriented with respect to the read-out strips 35 so that an electric field is obtained inside the detector, which reduces the presence of "pockets" inside the space 13 and the reinforcement device 21, i.e. areas where electrons and / or ions are not further driven and will thus accumulate. This is particularly important to avoid near the anode / readout arrangement 19. Thus, the plurality of electrically conductive elements 41 of the cathode 17 are oriented substantially in a first direction and the plurality of electrically conductive or semiconductor elements 35 of the anode / readout arrangement 19 are oriented substantially in a second direction. , the first and second directions being substantially non-parallel, and preferably substantially perpendicular.
I ännu en utföringsform av katoden 17, såsom illustreras i fig. 3, är ett sådant flertal elektriskt ledande element 41 anordnade på en yta 42a hos ett dielektriskt substrat 42.In yet another embodiment of the cathode 17, as illustrated in Fig. 3, such a plurality of electrically conductive elements 41 are arranged on a surface 42a of a dielectric substrate 42.
Katodarrangemanget är anordnat så att de elektriskt ledande elementen 41 och ytan 42a hos det dielektriska substratet 42 är riktade mot utrymmet 13 och anoden 19 hos detektorn 9. Vart och ett av nämnda flertal element 43 är anslutet till ett elektriskt ledande skikt 45 anordnat på ytan 42b h0S det dielektriska substratet 42 som är motsatt ytan 42a medelst en respektive resistans 43.The cathode arrangement is arranged so that the electrically conductive elements 41 and the surface 42a of the dielectric substrate 42 are directed towards the space 13 and the anode 19 of the detector 9. Each of said plurality of elements 43 is connected to an electrically conductive layer 45 arranged on the surface 42b h0S the dielectric substrate 42 which is opposite the surface 42a by means of a respective resistor 43.
I fig. 3 visas dessa resistanser enbart symboliskt och det skall förstås att de kan implementeras på ett flertal sätt; t.ex. såsom diskreta komponenter inuti eller intill substratet 42 eller som integrerade komponenter inuti substratet 42. I det senare fallet kan hela katoden vara framställd i en halvledar- process med resistanserna implementerade såsom lämpligt samman- satta skikt mellan ett skikt med elektriskt ledande element 41 och ett elektriskt ledande skikt 45 för anslutning till högspänningsenheten 7.Fig. 3 shows these resistances only symbolically and it should be understood that they can be implemented in a number of ways; for example as discrete components inside or adjacent to the substrate 42 or as integrated components inside the substrate 42. In the latter case, the entire cathode may be made in a semiconductor process with the resistors implemented as suitably composite layers between a layer of electrically conductive elements 41 and an electrically conductive conductive layer 45 for connection to the high voltage unit 7.
Ett ytterligare alternativ av implementering av idéerna bêk0m fig. 3-utföringsformen illustreras i fig. 4. Här är Vart 0Ch 10 15 20 25 30 530 171 ll ett av flertalet elektriskt ledande element och vart och ett av flertalet resistanser anordnade på ytan 42a hos det dielek- triska substratet 42 i formen av en remsa 41 med en smal midja 4lb i en änddel därav, så att remsan har en utsträckt del 4la som utgör det elektriskt ledande elementet, en smal midjedel 4lb som utgör resistansen och en bredare anslutningsdel 41c för anslutning till högspänningsenheten 7.A further alternative of implementing the ideas of the Fig. 3 embodiment is illustrated in Fig. 4. Here, each of the electrically conductive elements and each of the plurality of resistors are provided on the surface 42a of the Fig. 3 embodiment. the dielectric substrate 42 in the form of a strip 41 having a narrow waist 41b in an end portion thereof, so that the strip has an elongate portion 41a constituting the electrically conductive element, a narrow waist portion 41b constituting the resistor and a wider connecting portion 41c for connection to the high voltage unit 7.
Företrädesvis är materialsammansättningen hos var och en av remsorna 41 inhomogen så att varje utsträckt del 41a har en materialsammansättning med en resistivitet, som är lägre, sär- skilt avsevärt lägre, än resistiviteten hos materialsammansätt- ningen hos var och en av de smala midjedelarna 4lb. En sådan utformning kan erhållas genom att första deponera en dålig ledare såsom krom för att definiera hela remsorna 4la-c, var- efter en god ledare såsom guld deponeras ovanpå nämnda krom endast vid de utsträckta delarna 4la och möjligen också på anslutningsdelarna 4lc.Preferably, the material composition of each of the strips 41 is inhomogeneous so that each elongate member 41a has a material composition having a resistivity which is lower, in particular considerably lower, than the resistivity of the material composition of each of the narrow waist portions 41lb. Such a design can be obtained by first depositing a bad conductor such as chromium to define the whole strips 4la-c, after which a good conductor such as gold is deposited on top of said chromium only at the extended parts 4la and possibly also on the connecting parts 4lc.
I de beskrivna utföringsformerna skall gasutrymmena vara tunna eftersom detta resulterar i snabbt avlägsnande av joner, som leder till liten eller ingen ackumulering av rymdladdningar.In the described embodiments, the gas spaces should be thin as this results in rapid removal of ions, which leads to little or no accumulation of space charges.
Detta gör användning vid hög hastighet möjlig.This makes use at high speed possible.
I utföringsformerna beskrivna skall interelektrodavstånden hål- las korta eftersom detta leder till låga driftsspänningar, som resulterar i jämn, låg energi hos möjliga gnistor. Detta min- skar också risken för att skada elektroniken.In the embodiments described, the interelectrode distances must be kept short as this leads to low operating voltages, which results in even, low energy of possible sparks. This also reduces the risk of damaging the electronics.
Fokuseringen av fältlinjer (som typiskt utförs i en elektronla- vinförstärkningsanordning) är också föredragen för att under- trycka bildning av s.k. streamers. Detta leder till en minskad risk att gnistor uppträder.The focusing of field lines (which is typically performed in an electron avalanche amplifier) is also preferred to suppress the formation of so-called streamers. This leads to a reduced risk of sparks appearing.
Vidare, medan de beskrivna utföringsformerna av föreliggande uppfinning koncentreras på katodarrangemanget skall det icke 10 15 20 25 30 530 171 12 desto mindre direkt inses att anodarrangemanget också kan utformas på liknande sätt.Furthermore, while the described embodiments of the present invention are concentrated on the cathode arrangement, it should not be immediately understood that the anode arrangement may also be designed in a similar manner.
I allmänhet skall resistanserna som innefattas i katodarrange- manget hållas tillräckligt låga för att acceptera hög hastighet och fortfarande tillräckligt höga för att skydda elektroderna mot gnistor. Även om uppfinningen har beskrivits i samband med ett antal föredragna utföringsformer, skall det förstås att åtskilliga modifieringar fortfarande kan göras utan att avvika från tanken bakom och skyddsomfånget hos uppfinningen, såsom definierat av de bifogade kraven.In general, the resistances included in the cathode arrangement should be kept low enough to accept high speed and still high enough to protect the electrodes from sparks. Although the invention has been described in connection with a number of preferred embodiments, it is to be understood that numerous modifications may still be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
T.ex., även om uppfinningen har beskrivits i samband med detek- torer där strålningen är infallande från sidan, kan uppfinningen användas för detektorer där strålningen är infallande i varje riktning. Således kan uppfinningen särskilt användas i tvådimensionella gasbaserade detektorer för joniserande strålning, vari den infallande strålningen träder in i detektorn genom katodarrangemanget.For example, although the invention has been described in connection with detectors where the radiation is incident from the side, the invention can be used for detectors where the radiation is incident in any direction. Thus, the invention can be particularly used in two-dimensional gas-based detectors for ionizing radiation, wherein the incident radiation enters the detector through the cathode arrangement.
En allvarlig begränsning i ett sådant arrangemang är emellertid ett parallaxfel som uppträder på grund av divergenta strålar, utsträckta absorptionsbanor och homogena, elektriska driv- ningsfält. Sådant parallaxfelproblem löses i vår inneliggande svenska patentansökning nr 0003390-2 betitlad Parallaxfri detektering av joniserande strålning, ingiven den 22 september 2000, vilken ansökning härvid innefattas genom denna hänvis- ning. Lösningen innefattar att dela katoden och/eller anoden i segment elektriskt isolerade från varandra och att hålla de olika segmenten vid olika valda elektriska potentialer så att ett elektriskt fält mellan elektroderna erhålls, vars fältlinjer pekar mot strålningskällan för den divergenta strålen, för drivning av laddningsbärare (t.ex. elektroner) skapade vid jonisation parallellt med fältlinjerna mot elektroderna (anoden i fallet med elektroner). Det skall 530 171 13 således vara särskilt uppenbart att en sådan lösning med fördel kan kombineras med någon av utföringsformerna av föreliggande uppfinning visade i fig. 2-4.A serious limitation in such an arrangement, however, is a parallax error which occurs due to divergent beams, elongated absorption paths and homogeneous, electric driving fields. Such a parallax error problem is solved in our present Swedish patent application no. 0003390-2 entitled Parallax-free detection of ionizing radiation, filed on 22 September 2000, which application is hereby incorporated by reference. The solution involves dividing the cathode and / or anode into segments electrically isolated from each other and keeping the different segments at different selected electrical potentials so that an electric field is obtained between the electrodes, whose field lines point to the radiation source of the divergent beam, for driving charge carriers ( eg electrons) created by ionization parallel to the field lines towards the electrodes (the anode in the case of electrons). Thus, it should be particularly apparent that such a solution may be advantageously combined with any of the embodiments of the present invention shown in Figures 2-4.
Claims (23)
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0003718A SE530171C2 (en) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | Gas-based detector |
US09/760,748 US6600804B2 (en) | 1999-11-19 | 2001-01-17 | Gaseous-based radiation detector and apparatus for radiography |
PCT/SE2001/002230 WO2002031535A1 (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gaseous-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same |
AU2001296123A AU2001296123B2 (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gaseous-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same |
EP01976971A EP1325356A1 (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gaseous-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same |
JP2002534867A JP4184075B2 (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gas detector for ionizing radiation and method for manufacturing the same |
CNB018173365A CN100501446C (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gas-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same |
CA002423381A CA2423381A1 (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gaseous-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same |
AU9612301A AU9612301A (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Gaseous-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same |
KR1020037004895A KR100866557B1 (en) | 2000-10-13 | 2001-10-12 | Detecor and method for detection of ionizing radiation, device for use in planar beam radiography, and method in the manufacturing of a gaseous based parallel plate radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0003718A SE530171C2 (en) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | Gas-based detector |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0003718D0 SE0003718D0 (en) | 2000-10-13 |
SE0003718L SE0003718L (en) | 2002-04-14 |
SE530171C2 true SE530171C2 (en) | 2008-03-18 |
Family
ID=20281421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0003718A SE530171C2 (en) | 1999-11-19 | 2000-10-13 | Gas-based detector |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1325356A1 (en) |
JP (1) | JP4184075B2 (en) |
KR (1) | KR100866557B1 (en) |
CN (1) | CN100501446C (en) |
AU (2) | AU9612301A (en) |
CA (1) | CA2423381A1 (en) |
SE (1) | SE530171C2 (en) |
WO (1) | WO2002031535A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101576516B (en) * | 2008-05-09 | 2011-12-21 | 同方威视技术股份有限公司 | Gas radiation detector and radiography system |
US8853643B2 (en) * | 2009-02-12 | 2014-10-07 | CERN—European Organization for Nuclear Research | Protected readout electrode assembly |
US8669533B2 (en) * | 2009-10-01 | 2014-03-11 | Vladimir Bashkirov | Ion induced impact ionization detector and uses thereof |
FR2951580B1 (en) * | 2009-10-15 | 2014-04-25 | Biospace Med | RADIOGRAPHIC IMAGING DEVICE AND DETECTOR FOR A RADIOGRAPHIC IMAGING DEVICE |
JP5638664B2 (en) * | 2013-06-10 | 2014-12-10 | セルン − ヨーロピアン オーガナイゼーション フォー ニュークリア リサーチCERN − European Organization for Nuclear Research | Protected readout electrode assembly and avalanche particle detector |
JP6428318B2 (en) * | 2015-01-30 | 2018-11-28 | 大日本印刷株式会社 | Radiation detector using gas amplification |
CN104916512B (en) * | 2015-04-30 | 2017-05-10 | 陈立新 | Air flat-plate ionization chamber and dosimeter with ionization chamber |
CN106547015B (en) * | 2016-10-28 | 2018-10-19 | 中国计量科学研究院 | Detector |
CN109946734A (en) * | 2019-03-20 | 2019-06-28 | 中国原子能科学研究院 | A kind of low energy heavy isotope ionized gas ionization chamber detector |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5308987A (en) | 1993-02-01 | 1994-05-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Microgap x-ray detector |
FR2702571B1 (en) * | 1993-03-11 | 1995-05-24 | Charpak Georges | Device for imaging ionizing particles by means of a proportional multi-wire chamber. |
FR2731279B1 (en) * | 1995-03-03 | 1997-05-09 | Charpak Georges | IMPROVEMENTS TO LOW-DOSE X GAMMA OR X-RAY MEDICAL IMAGING DEVICES |
US5731584A (en) * | 1995-07-14 | 1998-03-24 | Imec Vzw | Position sensitive particle sensor and manufacturing method therefor |
US6046454A (en) | 1995-10-13 | 2000-04-04 | Digirad Corporation | Semiconductor radiation detector with enhanced charge collection |
US6069362A (en) * | 1998-05-14 | 2000-05-30 | The University Of Akron | Multi-density and multi-atomic number detector media for applications |
DE19907207A1 (en) * | 1999-02-19 | 2000-08-31 | Schwerionenforsch Gmbh | Ionization chamber for ion beams and method for monitoring the intensity of an ion beam |
SE514472C2 (en) * | 1999-04-14 | 2001-02-26 | Xcounter Ab | Radiation detector and apparatus for use in radiography |
-
2000
- 2000-10-13 SE SE0003718A patent/SE530171C2/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-10-12 WO PCT/SE2001/002230 patent/WO2002031535A1/en active Application Filing
- 2001-10-12 CA CA002423381A patent/CA2423381A1/en not_active Abandoned
- 2001-10-12 AU AU9612301A patent/AU9612301A/en active Pending
- 2001-10-12 AU AU2001296123A patent/AU2001296123B2/en not_active Ceased
- 2001-10-12 KR KR1020037004895A patent/KR100866557B1/en not_active IP Right Cessation
- 2001-10-12 CN CNB018173365A patent/CN100501446C/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-10-12 JP JP2002534867A patent/JP4184075B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-10-12 EP EP01976971A patent/EP1325356A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002031535A1 (en) | 2002-04-18 |
AU2001296123B2 (en) | 2006-06-01 |
SE0003718D0 (en) | 2000-10-13 |
JP2004511785A (en) | 2004-04-15 |
JP4184075B2 (en) | 2008-11-19 |
SE0003718L (en) | 2002-04-14 |
KR100866557B1 (en) | 2008-11-03 |
CN1469999A (en) | 2004-01-21 |
EP1325356A1 (en) | 2003-07-09 |
KR20030048053A (en) | 2003-06-18 |
AU9612301A (en) | 2002-04-22 |
CA2423381A1 (en) | 2002-04-18 |
CN100501446C (en) | 2009-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6546070B1 (en) | Adaptable energy-resolved detection of ionizing radiation | |
US6385282B1 (en) | Radiation detector and an apparatus for use in radiography | |
US6476397B1 (en) | Detector and method for detection of ionizing radiation | |
US6414317B1 (en) | Radiation detector, an apparatus for use in planar beam radiography and a method for detecting ionizing radiation | |
US6333504B1 (en) | Semiconductor radiation detector with enhanced charge collection | |
US6784436B2 (en) | Radiation detector arrangement | |
US6373065B1 (en) | Radiation detector and an apparatus for use in planar beam radiography | |
AU2001288198A1 (en) | Adaptable energy-resolved detection of ionizing radiation | |
US6600804B2 (en) | Gaseous-based radiation detector and apparatus for radiography | |
SE522484C2 (en) | Collimation of radiation from linear sources for ionizing radiation and related detection of flat beams | |
SE530171C2 (en) | Gas-based detector | |
SE516333C2 (en) | Method and apparatus for radiography and a radiation detector | |
US6731065B1 (en) | Apparatus and method for radiation detection with radiation beam impinging on photocathode layer at a grazing incidence | |
US5038043A (en) | High resolution method and apparatus for localizing neutral particles | |
AU2001296123A1 (en) | Gaseous-based detector for ionizing radiation and method in manufacturing the same | |
US6818901B2 (en) | Gaseous-based radiation detector | |
AU2001262880A1 (en) | Apparatus and method for radiation detection | |
WO2002025313A1 (en) | Parallax-free detection of ionizing radiation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |