WO2006090595A1 - Ｘ線用コリメータ及びｘ線検出装置 - Google Patents

Ｘ線用コリメータ及びｘ線検出装置 Download PDF

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WO2006090595A1
WO2006090595A1 PCT/JP2006/302337 JP2006302337W WO2006090595A1 WO 2006090595 A1 WO2006090595 A1 WO 2006090595A1 JP 2006302337 W JP2006302337 W JP 2006302337W WO 2006090595 A1 WO2006090595 A1 WO 2006090595A1
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ray
collimator
ccd
pixel
plate
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PCT/JP2006/302337
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shogo Nakamura
Junko Hiraga
Original Assignee
National University Corporation Yokohama National University
Japan Aerospace Exploration Agency
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Publication date
Application filed by National University Corporation Yokohama National University, Japan Aerospace Exploration Agency filed Critical National University Corporation Yokohama National University
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray collimator, an apparatus for detecting X-rays using the X-ray collimator and a CCD (charge coupled device), and an X-ray incident signal response distribution in a CCD pixel.
  • the present invention relates to a method for determining an X-ray incident location that can be accurately measured.
  • the CCD sensor for X-rays is an image sensor in which a large number of small pixels of about 10 / zm square are arranged two-dimensionally. However, since the response is uneven within the device, the position dependence of the response is energy dependent. It is important to decide. For that purpose, an X-ray multi-collimator (mesh) for the purpose of locally irradiating an X-ray beam smaller than the pixel size has become indispensable.
  • Non-Patent Document 1 a gold leaf collimator has been used for this mesh.
  • the gold leaf collimator is about 10 ⁇ m thick, and the hole diameter is about 2-3 ⁇ m even if the hole diameter is small. This is because the high-resolution and high-energy X-ray CCD currently being developed has a hole diameter that is too large, and the thickness is insufficient. Do not play the role of! /
  • Various insulating solids are generally known to be able to detect the incidence of radiation such as heavy ions as track holes by etching treatment.
  • the principle of the formation process of the trackhole is as follows: When heavy ions enter a solid, potential radiation damage of about lOnm in diameter remains semipermanently along its trajectory. This damaged part is dissolved faster than the surroundings by an appropriate etching solution, and grows into a conical track hole of visible size.
  • the ratio between the speed at which the incident particles melt on the trajectory and the speed at which the surrounding area without damage is melted is called sensitivity or response, and is approximately expressed by a monotonically increasing function of radiation damage limited to the vicinity of the trajectory.
  • CR-39 which is actually a polycarbonate-based plastic, has been used industrially as a highly sensitive and unique radiation monitor, and various plastics have been studied. Application to filters is considered.
  • BP-1 a kind of norium phosphate glass
  • Non-patent Document 2 Has been used to detect heavy ions in research on nuclear and nuclear physics.
  • BP-1 is P O force 1 ⁇ 25wt%, BaO 25wt% a O 5wt%
  • SiO power is wt%
  • a microscopic hole having a diameter of several ⁇ m to several hundred ⁇ m is sufficiently smaller than the pixel size!
  • An X-ray shielding plate (collimator) is placed in front of the two-dimensional pixel-type detector, placed so that the X-rays are incident on the detector via the collimator, and the detector is two-dimensional such as an XY stage.
  • a configuration mounted on a control table that can be moved in a plane is used.
  • the detector After recording a signal at a certain point, the detector is moved and fixed for a minute distance, the same signal is detected, and this measurement is repeated to determine the X-ray incident position by one pixel. You can scan the inside and measure the change in the output signal, and measure how the output signal from a pixel changes depending on the incident position of the X-ray.
  • FIG. 2 (1) A conceptual diagram of this technology is shown in Fig. 2 (1). Since X-rays reach the detector only when they pass through the fine holes in the mesh, the X-ray incident position can be reduced to 2 m in diameter. Furthermore, by providing minute rotation angles ⁇ between the periodically arranged micropores and the periodically arranged CCD pixels, the area within the pixel where each microhole collimates changes sequentially, so that all pixels By using the data from, it is possible to examine the output signal when collimating to various areas in the pixel (two-dimensional scan jung). In addition, the moiré pattern that is characteristic of the correlation between the two types of quantized periodic structures is generated by the rotation angle ⁇ . Therefore, using the obtained moiré pattern, the actual rotation angle, silicon and metal at about 0.001 By parameterizing the difference in period depending on the difference in thermal expansion coefficient, the positions of all micropores (lattice points) on the mesh metal plane can be determined.
  • a gold leaf collimator has been used as the mesh (Patent Documents 1 and 2).
  • the gold collimator is about 10 m thick and the hole diameter is about 2 to 3 m even if the hole diameter is small.
  • the CCD for energy X-rays has a hole diameter that is too large and insufficient in thickness, so it does not work as a collimator because it can transmit X-rays with energy of 10 keV or more! /.
  • Patent Document 1 JP-A-11 311679
  • Patent Document 2 JP-A-10-260260
  • Non-Patent Document 1 J. Hiraga, Ph.D thesis, Osaka University (2002)
  • Non-Patent Document 2 S.- C. Wang et al, Nucl. Instrum. And Meth., B35 (1988) 43.
  • the X-ray CCD which is a standard detector in current X-ray astronomy, is an excellent detector that can directly detect X-ray photons and has excellent energy resolution at the same time as imaging.
  • CCD capable of imaging spectroscopy of hard X-rays of more than lOkeV
  • the CCD sensor for X-rays is an image sensor in which a large number of small pixels of about 10 / z m square are arranged in two dimensions, but the response is never uniform within the pixels.
  • the output signal from a pixel varies depending on the X-ray incident position within the pixel. This is because the signal charge group generated when X-ray photons are incident on the CCD has a finite spread. To measure the spread and shape of the charge group, the X-ray photons It is necessary to control the incident position with higher accuracy than the CCD pixel size.
  • the present invention provides an X-ray collimator having a hole diameter of about 10 nm to 10 ⁇ m and a thickness of about 100 ⁇ m or more, and an X-ray pixel detector in which fine pixels are arranged two-dimensionally ( In CCDs, etc., the X-ray incidence position is controlled with high precision from micron to nanoscale (pixel size 1Z10-1Z100), and the signal response distribution in various regions within one pixel is measured (two-dimensional scanning).
  • a method and apparatus are provided. Means for solving the problem
  • BP-1 which is a kind of barium phosphate glass, used as a solid track detector
  • the inventor used the heavy particle track through hole to overcome the drawbacks of the collimator of the conventional gold foil. I thought we could make a new collimator.
  • BP-1 is glass, it is easy to make the base material as thick as several millimeters. A material with a large atomic number is advantageous for absorbing X-rays, but BP-1 contains about 25 wt% of barium with an atomic number of 56, which is high enough for practical use. Expected to absorb radiation.
  • the shape of the track through-hole of heavy particles has a cross section of a perfect circle with sufficiently high accuracy in principle up to several tens of nanometers, and linear accuracy of the trajectory of incident heavy particles. It was very powerful that it was formed straight.
  • the inventors of the present invention have formed through-holes by etching the track, and found that the BP-1 plate having the through-holes can be used as a collimator, and completed the present invention.
  • the hole diameter of the narrowest part is substantially ⁇ !
  • This is an X-ray collimator consisting of a plate with a thickness of at least 100 ⁇ m with at least one through-hole of ⁇ 10 m and a material of BaO containing 15-30 wt%.
  • the present invention is the above X-ray collimator manufacturing method comprising irradiating the plate with a heavy ion beam in a vertical direction and etching the irradiated plate.
  • the present invention irradiates a plurality of the plates with a heavy ion beam in the vertical direction, individually etches the plurality of irradiated plates, and stacks the etched plates with holes being coaxial.
  • This X-ray collimator is made of
  • the present invention relates to an X-ray detection apparatus comprising a CCD for detecting an X-ray beam and a collimator arranged immediately before the X-ray beam, wherein the collimator force has a hole diameter of 10 nm at the narrowest portion in a substantially thickness direction.
  • a barium phosphate glass consisting of a plate having a number of through-holes (micropores) of ⁇ 10 ⁇ m and a thickness of 100 ⁇ m or more, and the material is BaO phosphate with a content of BaO of 15-30 wt%.
  • This is an X-ray detector arranged so as to be parallel to the incident X-ray beam.
  • the present invention is a method for determining an X-ray incident location using the X-ray detection apparatus, the step of previously creating a database of two-dimensional position information of all the fine holes on the collimator, and the X-ray An X-ray incident location determination method comprising: detecting X-rays with a detection device; and performing correlation processing between two-dimensional position information of the micropores and an X-ray image obtained by the CCD.
  • the X-ray detection apparatus of the present invention controls the X-ray incident position with high accuracy on the ⁇ m to nm scale (pixel size lZl 0 to 1Z100), and the signal response distribution in various regions within one pixel. Actual measurement (two-dimensional scanning) is possible.
  • the non-uniformity of detection efficiency within the pixel due to a dead layer such as an electrode mounted on the CCD surface is verified, and the charge generated inside the CCD by incident X-ray photons. It is possible to measure the spread shape of the group.
  • An X-ray collimator is a tool for obtaining a directional flux by partially blocking the flux with respect to X-rays.
  • the material of the collimator used in the present invention is barium phosphate glass with a BaO content of 15 to 30 wt%, which shields the target radiation and melts on the trajectory of the incident particles, and the peripheral part without damage. There is a difference in the speed of melting.
  • BP-1 barium phosphate glass with a BaO content of 15 to 30 wt%, which shields the target radiation and melts on the trajectory of the incident particles, and the peripheral part without damage.
  • BP-1 a glass called BP-1 was developed in 1988 by a group from the University of California, Berkeley (UCB) (S.- C. Wang et al., Nucl. Instrum. And Meth., B35 ( (1988) 43.), and has been used for heavy ion detection in research on astrophysics, atomic physics, and nuclear physics.
  • BP-1 has a P O force of 1 ⁇ 25 wt%, BaO 25 wt%, Na O 5 wt%, and SiO 5 wt%.
  • FIG. 3 (1) shows a schematic diagram of a cross section of the collimator of the present invention. To make the shape easy to see
  • the vertical axis is filled with respect to the horizontal axis.
  • the Xe beam can be irradiated with OOMeV energy, and appropriate chemical etching can be performed to create through holes. As shown in this figure, the cross-section of the penetrating part grows into a “zipped” shape and can be used for a collimator.
  • the thickness of this collimator is 100 ⁇ m or more, the diameter of the narrowest part of the through hole is 10 nm to 10 ⁇ m, and preferably ⁇ is 10 nm to l ⁇ m.
  • a specific procedure for manufacturing a collimator is as follows.
  • a material plate such as BP-1 is cut into the required shape, such as a flat plate, and the surface is polished. This The thickness of the plate is 1 ⁇ m to 100 mm, preferably 1 ⁇ m to 5 mm. This thickness effectively blocks X-rays.
  • the material is a barium phosphate glass having a BaO content of 15 to 30 wt%, preferably BP-1. It is desirable to include an element with as large an atomic number as possible.
  • the material plate is irradiated with a heavy ion beam such as Xe that can be used at the National Institute of Radiological Sciences.
  • a heavy ion beam such as Xe that can be used at the National Institute of Radiological Sciences.
  • the energy of the beam only needs to have a range that can penetrate through the plate, and at the same time, give sufficient radiation damage to the material plate above a certain level.
  • the Fe beam is insufficient regardless of energy, and an Xe 80MeVZn beam is required.
  • the following heavy ion beams are preferred.
  • Etching is performed. The etching process is performed until the pits on both surfaces are connected inside. The size of the penetrating part is determined depending on how much further processing is continued after the point of connection S.
  • the etching conditions are as follows.
  • Alkali hydroxide solution such as sodium hydroxide solution
  • Fluorine-containing strong acid hydrofluoric acid, tetrafluoroboric acid, preferably tetrafluoroboric acid
  • Concentration of etchant 0.01% to: L00%, preferably about 50%
  • Etching temperature 10 ° C ⁇ 200 ° C, preferably around 50 ° C
  • the hole may not be completely penetrated depending on the use of the force collimator described in the example of forming the through hole. That is, it has a hole coaxially in the thickness direction from both sides of the plate toward the center, and has a non-penetrating portion at the portion where both holes are attached to the center of the plate.
  • the thickness of the non-penetrating portion is thin, X-rays are substantially transmitted, so that a hole is formed and acts as a collimator by the difference from the X-ray permeability of the portion.
  • a multi-layered structure is used. In this case, beam irradiation is performed in a superposed state, and chemical etching is performed to an appropriate level individually. If this is later superimposed on the original position, it is possible to substantially reduce the internal taper compared to the case of making a single plate.
  • Figure 4 shows an example of using the collimator of the present invention.
  • the X-ray detection apparatus of the present invention includes a CCD that detects an X-ray beam and a collimator force that is disposed immediately before the CCD (between the CCD and the X-ray source).
  • This CCD may be a two-dimensional pixel type detector.
  • a two-dimensional pixel type detector is a two-dimensional array of detectors of almost the same type (generally square), and each detector arranged is called a pixel or a pixel. Since it is possible to specify which pixel force is obtained from the acquired signal, it is possible to know the pixel on which the X-ray is incident. Therefore, it is possible to obtain position information of incident X-rays, and “imaging” by X-rays can be performed. However, since the force position information cannot be obtained in pixel units, the position resolution is the pixel size.
  • the CCD is a two-dimensional pixel type detector in which many thin silicon semiconductor detectors are arranged in two dimensions.
  • the pixel size is 10 ⁇ : LOO / zm square, and the number of bixels is tens of thousands to millions.
  • One pixel is covered with 3 to 4 types of electrodes, each electrode overlaps each other, and the inner surface of one pixel has a very complicated structure.
  • a piece of silicon Due to the manufacturing process of dividing into pixels by ultraviolet exposure or the like, the variation in detection performance for each pixel in the CCD element is very small.
  • the conventional gold leaf collimator is about 10 m thick and the hole diameter is about 2-3 m even if the hole diameter is small. This is because the diameter of the hole is too large for CCD for high resolution and high energy X-rays, and the thickness is insufficient.
  • the upper limit of the energy useful as a collimator is determined by the aperture ratio and X-ray transmittance of the base material of the collimator holes, transmittance in the case X-ray of the conventional metal mesh corresponds to 10_ 4 below and ⁇ U condition.
  • Figure 5 shows the X-ray transmittance of various base materials. Compared to copper and gold, the BP-1 glass multi-collimator proves useful enough for high-energy X-rays up to 20 keV.
  • Fig. 2 (2) shows the state of measurement by the X-ray detection apparatus of the present invention.
  • the CCD is placed perpendicular to the X-ray beam.
  • collimator glass in front of the CCD light receiving surface and parallel to the CCD light receiving surface.
  • X-rays are imaged with a CCD through a collimator.
  • CCD images are randomly detected X-ray events.
  • the collation of the collimator plane on the CCD plane is determined by collating the pattern of the two-dimensional position information of each microhole of the collimator previously acquired with a high-speed microscope.
  • the most basic method of pattern search is to use the collimator position information detected by a high-speed microscope as a template pattern and the CCD data image as a data pattern to determine the minimum distance value between patterns. Since the plane in which each microhole of the collimator is projected onto the CCD light-receiving surface is parameterized, the parameters for coordinate transformation, the base vector magnification, the rotation angle ⁇ , and the offset should be determined.
  • a two-dimensional position information of all the fine holes is made into a data base using a high-speed microscope device.
  • the set of points pi (pixtemp, piytemp) of the obtained M (number of micropores) is P and is called a template pattern.
  • the coordinate value of each point follows the arbitrary plane Cartesian coordinate system (xtemp, ytemp) defined when creating the database, and this is called the template coordinate system (Fig. 6).
  • the signal output of the surrounding 8 pixels centering on the selected pixel is examined, and if the center pixel output is a local maximum (greater than the surroundings), that pixel is designated as an “X-ray event pixel”.
  • the pixel position of the X-ray event is an integer value in the CCD coordinate system. Calculate the barycentric position of the signal output from 9 pixels including the local maximum pixel and the surrounding 8 pixels.
  • pixel and its surrounding 8 pixels are shown, and the pixel designation numbers are as shown in Fig. 7.
  • this plane orthogonal system (X, ⁇ ) is called the CCD coordinate system.
  • a and j8 are the magnifications of the unit vectors for the X and Y axes, 0 is the rotation angle, and px0 and py0 are the offsets in the CCD coordinate system of the template coordinate origin.
  • each element of Q should correspond to one of the elements of P, and 7? Which has the largest number of corresponding elements of Q and P determines the alignment between the collimator and the CCD to be obtained .
  • the Euclidean distance square is used as a measure of likelihood. That is, (Equation 8) is calculated for a certain parameter set r ?, and the sum of squares D (7?) Of the distances of P elements p closest to each element of Q is identified. It is a number and the minimum value is 7? 0 is the alignment parameter to be calculated.
  • Figure 2 (2) shows a conceptual diagram of a device using a random multicollimator.
  • a simulation was performed so that the CCD generated an event only in the pixel. Simulates the case of 500 X 500 pixels and 20,000 fine holes randomly distributed.
  • Fig. 9 shows the dependence on two parameters, ⁇ , 0, by using this image data as a data pattern and calculating the discriminant function by the above method. It can be confirmed that the minimum value of the discriminant function is uniquely determined and that the value matches the predetermined value.
  • FIG. Place a BP-1 glass multi-collimator in front of or just above the pixel detector.
  • a parallel X-ray beam is irradiated, and the CCD detects the X-rays through a collimator.
  • the X-ray beam generated horizontally is irradiated onto the CCD through a collimator.
  • Each microhole collimates some area of one pixel of the detector.
  • the number density of the micropores can be controlled by the beam strength, tens of thousands ZCM 2 about. In this case, a result equivalent to two-dimensional scanning with tens of thousands of sampling within one pixel can be obtained.
  • the micropores are randomly distributed, if the distance between adjacent micropores is smaller than the pixel size, multiple regions collimate to one pixel, and the information for each pixel of the detector Since it is not possible to discriminate the event force in which micropore, these events are discarded.
  • the photograph in Fig. 11 shows several typical photographs of lateral holes on the end face of a glass for one of the typical through holes.
  • the plate thickness in the vertical direction is about 1,300 / zm
  • the inner diameter of the narrowest “constriction” indicated by the slanted arrow is about ⁇ ⁇ ⁇ m
  • the diameter of the surface is about 20 ⁇ m. It was street.
  • the collimator of the present invention can be used for an ultrafine X-ray collimator.
  • X-ray beams of lOKeV or higher can be narrowed down and applied to various nanotechnology such as semiconductor manufacturing technology.
  • collimator of the present invention can be used for a heavy ion collimator.
  • the collimator for X-rays can also be used as a collimator for heavy ion beams other than X-rays (a-line, etc.).
  • Microbeam alpha particle, beam energy of National Institute of Radiological Sciences
  • Low energy charged particle beams (such as about 5 MeV and beam diameter of about 10-20 ⁇ m) have a short range in solids such as BP-1 of several tens / zm. It seems that it is possible to further narrow down the program. This will enable more local irradiation experiments in the cell, and as a result, it may promote research in biology and medicine, and in the future may lead to new treatment techniques.
  • this technology which combines heavy particle irradiation and chemical etching, is essentially superior in that it guarantees high accuracy in principle.
  • FIG. 1 is a diagram showing a general collimator test method for a two-dimensional pixel X-ray detector.
  • FIG. 2 is a diagram showing an X-ray detection method using a multi-collimator. (1) shows the conventional X-ray detection method, and (2) shows the X-ray detection method of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic diagram of a cross section of a through hole of a BP-1 plate. (1) shows one sheet, and (2) shows a stack of several sheets.
  • FIG. 4 is a diagram showing a usage example of the collimator of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing X-ray transmittances of various base materials.
  • the vertical axis shows the transmittance, and the horizontal axis shows the energy of the incident line.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relative positional relationship between a template coordinate system and a CCD coordinate system.
  • FIG. 7 is a diagram showing the definition of pixel arrangement when calculating the barycentric position of an X-ray event.
  • FIG. 8 is a diagram showing CCD data obtained by simulation. .
  • the black and small squares correspond to the size of the pixel.
  • FIG. 9 is a diagram showing the parameter dependence of the discriminant function.
  • the vertical axis shows the magnification (h), and the horizontal axis shows the rotation angle (0). This figure shows the uniqueness of parameter determination.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of an X-ray detection apparatus.
  • FIG. 11 is a view showing a cross section of the through hole of the BP-1 plate created in Example 1.

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Abstract

　【要約】 　略厚さ方向に、最狭部の穴径が１０ｎｍ～１０μｍの貫通穴を少なくとも一つ有する厚さが１００μｍ以上の板からなり、材質がＢａＯの含量が１５～３０ｗｔ％であるバリウムリン酸ガラスであるＸ線用コリメータである。Ｘ線ビームを検知するＣＣＤ及びその直前に、このバリウムリン酸ガラスに重粒子線の飛跡を利用してランダムに貫通穴を分布させたマルチコリメータを配置したＸ線検出装置である。人工衛星に搭載するＸ線天文学用のＸ線検出装置として利用できる。 　

Description

明 細 書
X線用コリメータ及び X線検出装置
技術分野
[0001] この発明は、 X線用のコリメータ、この X線用のコリメータ及び CCD (電荷結合デバ イス)を用いて X線を検出する装置、及び CCD画素内の X線入射信号応答分布を正 確に測定することのできる X線入射場所の決定方法に関する。
背景技術
[0002] X線天文学では、人工衛星に搭載された X線検出装置で観測が行なわれており、 その装置のセンサーとして X線用 CCDの開発が近年進められて!/ヽる。
X線用の CCDセンサーは 10 /z m角程度の小さい画素が 2次元に多数並んだ撮像 素子であるが、その応答は素子内でもむらが存在するため、応答の位置依存性ゃェ ネルギー依存性を決めることが重要である。その目的で、画素サイズよりも細い X線ビ ームを局所的に照射する目的の X線マルチコリメータ (メッシュ）が必要不可欠となつ ている。
従来は、このメッシュに金箔のコリメータが用いられてきた (非特許文献 1)。しかし、 金箔のコリメータは厚くて 10 μ m程度、穴の径は小さくても 2〜3 μ m程度が現在のと ころ技術的な限界である。これは、現在開発が行われている高解像度かつ高工ネル ギー X線用の CCDには穴の径が大き過ぎ、また厚みも不足で、エネルギーが lOke V以上の X線では透けるためにコリメータの役をなさな!/、。
[0003] 種々の絶縁性の固体は一般に、重イオンなどの放射線の入射を、エッチング処理 により飛跡孔として検出できることが知られて 、る。飛跡孔の生成過程の原理は次の 通りである： 固体に重イオンが入射すると、その軌道に沿って直径約 lOnm程度の 潜在的な放射線損傷が半永久的に残る。この損傷部分は適当なエッチング液により 周囲よりも速く溶解され、可視サイズの円錐状の飛跡孔に成長する。入射粒子の軌 道上で溶ける速さと、損傷の無い周辺部が溶ける速さの比は感度または応答と呼ば れ、軌道近傍に限った放射線損傷の単調増加関数で近似的に表される。また、エツ チング過程の簡単な幾何学的考察から、飛跡孔の円錐の半頂角との間には一定の 関係があり、円錐の傾きは、粒子の入射角と一致することが容易に導かれる。
[0004] 入射粒子が平板状の固体を貫通した場合には、円錐状の飛跡孔は固体の両面で 成長するので、エッチングを十分に進めれば 2つの飛跡孔はやがて繋がって貫通孔 を生ずる。
この性質を利用して、実際にポリカーボネート系のプラスチックである CR— 39が、高 感度でユニークな放射線モニタとして産業的に用いられている他、様々なプラスチッ クが研究されてきており、特殊なフィルターへの応用などが考えられている。
[0005] 一方、ガラスについては、ノリウムリン酸ガラスの一種である BP— 1というガラスが 1 988年に米国カリフォルニア大学バークレー校のグループにより開発され (非特許文 献 2)、宇宙物理学や原子物理学、原子核物理学の研究において重イオンの検出に 用いられてきた。
BP— 1は、 P O力 ½5wt%、 BaOが 25wt% a Oが 5wt%
2 5 、 N
2 、 SiO力 wt%という
2
成分比を持つ特殊なガラスで、感度の高さは CR— 39には及ばないものの、ガラスの 中では著しく感度が高ぐ飛跡形状のばらつきが少なぐ粒子弁別能も高いという優 れた特長がある。熱や真空など使用環境の影響も受けにくく安定であることから、人 工衛星による宇宙線観測などの基礎科学を中心に、 UCB及び関係する一部の研究 者の間でのみ利用されてきた。しかし、現在のところ、この基礎科学以外には殆ど用 V、られておらず、新たな応用は未開拓のままである。
[0006] 一方、 X線入射場所の決定方法に関しては、一般的に、図 1に示すように、画素サ ィズよりも十分小さ!、直径数 μ m〜数百 μ mの微細孔を開けた X線遮蔽板 (コリメ一 タ）を 2次元ピクセル型検出器の直前に置き、コリメータを介して X線が検出器に入射 するように設置し、検出器を X— Yステージ等の二次元平面で移動可能な制御台に 乗せた構成が用いられる。この検出器においては、ある地点での信号を記録した後 に、検出器を微小距離移動させて固定し、同様の信号検出を行い、この測定を繰り 返すことで、 X線入射位置を一画素内でスキャンユングして、出力信号の変化を測定 し、ある画素からの出力信号が X線の入射位置に依って変化する様子を実測するこ とがでさる。
[0007] 2次元ピクセル型検出器の中で、十/ z m程度の微小画素が数百万個並ぶ CCDに おいて、測定効率を大幅に向上させるために、微細孔を周期的に多数開けたマルチ コリメータ (メッシュ）を用いて、検出器を動かすことなく一画素内の様々な個所をコリメ ートすることを実現する手法が開発された (特許文献 1、 2)。
この技術の概念図を図 2 (1)に示す。 X線はメッシュの微細孔を通過した場合にし か検出器に到達しないので、 X線入射位置は微細孔の径 2 mまで小さくできる。更 に、周期的に配置した微細孔と周期的に並んだ CCDピクセルとの回転角 Θを微小 に設けることで、各々の微細孔がコリメートする画素内領域が逐次変化していくので、 全画素からのデータを用いることで、画素内の様々な領域にコリメートした場合の出 力信号を調べることができる（2次元スキャンユング)。また、回転角 Θにより 2種類の 量子化された周期構造の相関に特徴的なモアレパターンが生じるため、得られたモ ァレパターンを利用して、実際の回転角、 0. 001程度のシリコンと金属の熱膨張率 の違いに依る周期の差をパラメタライズし、メッシュ金属平面上の全ての微細孔 (格子 点）の位置を決めることができる。
[0008] 従来は、このメッシュとして金箔のコリメータが用いられてきた (特許文献 1、 2)。しか し、金箔のコリメータは厚くて 10 m程度、穴の径は小さくても 2〜3 m程度が現在 のところ技術的な限界であるため、現在開発が行われて 、る高解像度かつ高工ネル ギー X線用の CCDには穴の径が大き過ぎ、また厚みも不足で、エネルギーが 10 ke V以上の X線では透けるためにコリメータの役をなさな!/、。
[0009] 特許文献 1 :特開平 11 311679
特許文献 2：特開平 10— 260260
非特許文献 1 :J. Hiraga, Ph.D thesis, Osaka University (2002)
非特許文献 2 : S.- C. Wang et al, Nucl. Instrum. and Meth., B35 (1988) 43.
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 現在の X線天文学における標準的な検出器である X線 CCDは、 X線光子を直接検 出でき、撮像と同時に優れたエネルギー分解能を併せ持つ優れた検出器である。し かし、更に lOkeV以上の硬 X線の撮像分光が可能な CCDを開発するためには、検 出器素子内部での信号生成過程を詳細に把握することが、宇宙 X線に対する精密な 応答を決定する上で非常に重要になる。
X線用の CCDセンサーは 10 /z m角程度の小さい画素が 2次元に多数並んだ撮像 素子であるが、その応答は画素内で決して一様ではない。画素という単位でしか信 号を取得できない CCDにとつて、ある画素からの出力信号は X線の画素内入射位置 に依存して変化する。これは、 X線光子が CCDに入射した際に生成される信号電荷 群が有限の広がりを持つことに起因するものであり、電荷群の広がり、形状を実測す るためには、 X線の入射位置を CCDの画素サイズより高 、精度で制御することが必 要である。
本発明は、穴径が約 10nm〜10 μ m、厚みが約 100 μ m以上である X線用のコリメ ータを提供し、微細な画素が 2次元周期的に並ぶ X線ピクセル検出器 (CCD等）に おいて、 X線入射位置をミクロン〜ナノスケール（画素サイズの 1Z10— 1Z100)の 高精度で制御し、一画素内の様々領域における信号応答分布を実測（2次元スキヤ ンユング)する方法及びその装置を提供する。 課題を解決するための手段
[0011] 発明者は、固体飛跡検出器として用いられている、バリウムリン酸ガラスの一種であ る BP— 1について、重粒子の飛跡貫通孔を利用すれば、従来の金箔のコリメータの 欠点を解決した新し ヽコリメータを製作できると考えた。
BP— 1はガラスであるため、母材の厚みを数 mm厚と十分厚くすることはたやすい。 また、 X線を吸収するには原子番号の大きな素材が有利であるが、 BP— 1中には原 子番号が 56のバリウムが約 25wt%と多く含まれているため、実用上十分高い X線吸 収能が見込まれる。
さらに、重粒子の飛跡貫通孔の形状は、過去の電子顕微鏡での観察により、数 10 nmサイズまで原理的に十分に高い精度で断面が真円で、かつ、入射重粒子の軌道 の直線精度で真っ直ぐに形成されることがわ力つた。
本発明者らは、この軌道をエッチングすることによって貫通孔形成させ、この貫通孔 を有する BP— 1板がコリメータとして利用できることを見出し、本発明を完成させた。
[0012] 更に、従来のマルチコリメータは、微細孔が既知の周期で開いていたので、モアレ パターンのユニットセルの大きさと傾きからメッシュと CCDとのァライメントを決めること ができたが（特許文献 1、 2)、本発明のコリメータを用いて、その各々の微細孔が CC D—画素内のどこに配置されたかを正確に知ることにより、ランダムに微細孔が分布 したマルチコリメータを CCD画素内詳細診断に活用することができる。そのため、ま ずマルチコリメータ上の全ての微細孔の二次元位置情報を高速顕微鏡装置を用 Vヽ てデータベース化しておき、これと独立に X線 CCDで得られた X線画像と相関処理 を行うことにより全ての微細孔の検出器上での位置を決定し、 X線の入射位置を CC Dの画素サイズより高い精度で測定することを可能とした。
[0013] 即ち、本発明は、略厚さ方向に、最狭部の穴径が ΙΟηπ！〜 10 mの貫通穴を少な くとも一つ有する厚さが 100 μ m以上の板からなり、材質が BaOの含量が 15〜30wt %であるノ リウムリン酸ガラスである X線用コリメータである。
更に、本発明は、前記板に垂直方向に重イオンビームを照射し、照射された板をェ ツチングすることから成る上記 X線用コリメータの製法である。
また、本発明は、複数枚の前記板に垂直方向に重イオンビームを照射し、照射され た複数の板を個別にエッチングし、エッチング後の複数の板を、穴を同軸にして重ね ることから成るこの X線用コリメータの製法である。
更に、この発明は、 X線ビームを検知する CCD及びその直前に配置されたコリメ一 タカ 成る X線検出装置であって、該コリメータ力 略厚さ方向に、最狭部の穴径が 1 0nm〜10 μ mの貫通穴（微細孔）を多数有する厚さが 100 μ m以上の板からなり、 材質が BaOの含量が 15〜30wt%であるバリウムリン酸ガラスであって、該貫通穴が 入射 X線ビームに平行となるように配置された X線検出装置である。
また、この発明は、この X線検出装置を用いて X線の入射場所を決定する方法であ つて、予め前記コリメータ上の全ての微細孔の二次元位置情報をデータベース化す る段階、前記 X線検出装置で X線を検出する段階、及び該微細孔の二次元位置情 報と前記 CCDで得られた X線画像との相関処理を行う段階から成る X線入射場所の 決定方法である。
発明の効果
[0014] 本発明の X線検出装置は、 X線入射位置を μ m〜nmスケール（画素サイズの lZl 0〜1Z100)の高精度で制御し、一画素内の様々な領域における信号応答分布を 実測（2次元スキャンユング)することが可能である。
本発明の X線検出装置を用いることにより、 CCD表面に実装された電極等の不感 層による検出効率の画素内非一様性の検証や、入射 X線光子により CCD内部で生 成される電荷群の広がり形状の実測が可能である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] X線用コリメータとは、 X線に対してその流束を一部遮ることで指向性を持った流束 を得るための道具をいう。
本発明で用いるコリメータの材質は、 BaOの含量が 15〜30wt%であるバリウムリン 酸ガラスであり、対象とする放射線を遮蔽し、入射粒子の軌道上で溶ける速さと、損 傷の無い周辺部が溶ける速さに差がある。このガラスについては、 BP— 1というガラ スが 1988年に米国カリフォルニア大学バークレー校（UCB)のグループにより開発さ れ（S.- C. Wang et al., Nucl. Instrum. and Meth., B35 (1988) 43.)、宇宙物理学や原 子物理学、原子核物理学の研究にぉ 、て重イオンの検出に用いられてきた。
BP— 1は、 P O力 ½5 wt%、 BaOが 25 wt%、 Na Oが 5 wt%、 SiOが 5 wt%と
2 5 2 2 いう成分比を持つ特殊なガラスで、ガラスの中では著しく感度が高ぐ飛跡形状のば らつきが少なぐ粒子弁別能も高いという優れた特長がある。熱や真空など使用環境 の影響も受けに《安定であることから、いままで人工衛星による宇宙線観測等の基 礎科学を中心に、 UCB及び関係する一部の研究者の間でのみ利用されてきた。
[0016] 図 3 (1)に、本発明のコリメータの断面の模式図を示す。形状を見やすくするために
、横軸に対して縦軸を詰めてある。例えば、 1mm厚の BP— 1ガラスに、核子当たり 1
OOMeVのエネルギーで Xeビームを照射し、適切な化学エッチングを施して貫通孔 を生じさせることができる。この図から分力るように、貫通部分の断面は「つづみ」型に 成長し、コリメータに利用することができる。
このコリメータの厚さは 100 μ m以上であり、貫通穴の最狭部の穴径は 10nm〜10 μ m、好まし \は 10nm〜l μ mである。
[0017] 具体的にコリメータを製作する手順は以下の通りである。
(1)材料板の準備
BP— 1などの材料板を平板などの必要な形状に切断し、表面の研摩を行なう。この 板の厚さは、 1 μ m〜100mm、好ましくは 1 μ m〜5mmである。この厚さにより、効果 的に X線を遮断できる。材質は、 BaOの含量が 15〜30wt%であるバリウムリン酸ガ ラスであり、好ましくは BP— 1である。原子番号がなるべく大きな元素が含まれている ことが望ましい。
(2)重イオンビーム照射
放射線医学総合研究所などで利用できる、 Xeなどの重イオンビームを材料板に照射 する。ビームのエネルギーは、板を突き抜けるだけの飛程を持ち、同時に一定以上 の十分な放射線損傷を材料板に与えるものであればよい。 BP— 1の場合は、 Feビー ムはエネルギーによらず不十分で、 Xeの 80MeVZnのビームなどが必要である。 以下の重イオンビームが好まし 、。
•重イオンの種類：
陽子 (原子番号 = 1)〜ウランイオン (原子番号 = 92)、好ましくは、キセノンイオン (原子番号 = 54)〜ウランイオン (原子番号 = 92)
•重イオンのビームエネルギー：
核子当たり lMeV〜核子当たり 100GeV、好ましくは、核子当たり 50MeV〜核 子当たり lGeV
•照射角度： コリメートする放射線ビームの方向に沿った角度
'照射密度： 0. 01個/ cm2〜108個/ cm2、好ましくは 0. 1個/ cm2〜105個/ c
2
m
(3)エッチング処理
HBF、 HF、 NaOHなどの濃溶液での十分な撹拌を施しながらの化学処理など、
4
エッチングを行なう。エッチング処理は両表面のピットが内部で繋がるまで行なう。繋 力 Sつた時点以降に更にどれほど処理を継続するかで貫通部分のサイズが決定される 好ま 、エッチングの条件は以下のとおりである。
水酸化アルカリ溶液 (水酸ィ匕ナトリウム溶液など）
含フッ素強酸 (フッ化水素酸、テトラフルォロホウ酸、好ましくはテトラフルォロホウ 酸） •エッチング液の濃度： 0. 01%〜： L00%、好ましくは 50%程度
•エッチング温度： 10°C〜200°C、好ましくは 50°C付近
(4)基板の洗浄
•基板を洗浄液で洗浄し、エッチング液や副生物を完全に洗!ヽ流す。
[0019] なお、以上の説明は貫通穴を形成する例について説明した力 コリメータの用途に よっては、穴が完全に貫通していなくても良い場合がある。即ち、板の両面から中心 部に向け略厚さ方向にかつ同軸的に穴を有し、板の中心部にお 、て両方の穴が付 き合わされる部分に未貫通部を有して 、てもよ 、。未貫通部分の厚さが薄ければ、 実質的に X線を透過するため、穴が形成されて!ヽな 、部分の X線透過性との差でコリ メータとして作用する。
また十分な厚みのコリメータが必要な場合には、図 3 (2)に示すように、複数枚の板 を重ねた積層構造をとる。この場合、重ねた状態でビーム照射を行ない、化学エッチ ングは個別に適切な程度に行なう。これを後で元の位置に重ねれば、 1枚板で製作 する場合に比べて内部のテーパーを実質的に減らすことが可能である。
図 4に本発明のコリメータの使用例を挙げる。
[0020] 本発明の X線検出装置は X線ビームを検知する CCD及びその直前 (CCDと X線源 との間）に配置されたコリメータ力も成る。この CCDは 2次元ピクセル型検出器であつ てもよい。
2次元ピクセル型検出器は、ほぼ同型（一般的には正方形)の検出器を 2次元に複 数並べたもので、並べられた検出器一つ一つをピクセル或は画素と呼ぶ。取得した 信号がどのピクセル力も得たものであるかを特定できるので、 X線が入射したピクセル を知ることができる。故に、入射 X線の位置情報を得ることが可能で、 X線による「撮像 」ができる。ただし、ピクセル単位でし力位置情報は得られないので、位置分解能は ピクセルサイズとなる。
CCDは、薄型微小シリコン半導体検出器を 2次元に多数並べた 2次元ピクセル型 検出器である。ピクセルサイズは、 10〜： LOO /z m四角、ビクセル数は数万個〜数百 万個である。 1画素（ピクセル）は、 3〜4種類の電極で覆われており、各電極は互い にオーバーラップし、一画素内表面は非常に複雑な構造を持つ。一枚のシリコンゥェ ハに紫外線露光等で、ピクセルに切り分ける製造プロセスから、 CCD—素子の中で 、ピクセル毎の検出性能のバラツキは非常に小さい。
[0021] 従来の金箔のコリメータは厚くて 10 m程度、穴の径は小さくても 2— 3 m程度が 現在のところ技術的な限界である。これは、高解像度かつ高エネルギー X線用の CC Dには穴の径が大き過ぎ、また厚みも不足で、エネルギーが lOkeV以上の X線では 透けるためにコリメータの役をなさない。コリメータとして役に立つエネルギーの上限 は、コリメータの孔の開口率と母材の X線透過率で決まり、従来の金属メッシュの場合 X線の透過率が 10_4以下と ヽぅ条件に相当する。
図 5に様々な母材の X線透過率を示す。銅、金と比較して BP— 1ガラス製のマルチ コリメータが 20keVに至る高エネルギー X線まで十分に役に立つことが分かる。
[0022] 本発明の X線検出装置の測定の様子を図 2 (2)に示す。即ち、 X線ビームに対し垂 直に CCDを配置する。 CCDの受光面直前、 CCD受光面と平行にコリメータガラスを 適当に設置する。コリメータを介して X線を CCDで撮像する。 CCDの画像はランダム に X線事象を検出したものに成る。これと、予め高速顕微鏡等で取得したコリメータの 各微細孔の 2次元位置情報のパターン照合を行い、 CCD平面におけるコリメータ平 面のァライメントを決める。パターンサーチの手法は、例えばもっとも原始的には、高 速顕微鏡で検知したコリメータの位置情報をテンプレートパターンとし、 CCDデータ 画像をデータパターンとして、パターン同士の距離値の最小を求めるやり方がある。 コリメータの各微細孔を CCD受光面に投影した平面をパラメタライズした 、ので、座 標変換に伴うパラメータ、基底ベクトルの拡大率、回転角 Θ、オフセットが決めるべき ノ ラメータとなる。
[0023] 以下、 X線入射場所の決定方法を説明する。
まず高速顕微鏡装置などを用いて全ての微細孔の二次元位置情報をデータべ一 ス化する。得られた M (微細孔の数)の各点 pi=(pixtemp, piytemp)の集合を Pとし、テン プレートパターンと呼ぶ。各点の座標値はデータベース化を行う際に定義される任意 の平面直交座標系 (xtemp, ytemp)に従い、これをテンプレート座標系と呼ぶ（図 6)。
[数 1]
Ρ = {ί 1, ί>2, ' · , ΡΜ} [0024] 次に、検出された「X線事象」を CCDデータ力 認定するためにはまず、その信号 出力が事象閾値 (T )を超える画素を選択する。 X線光子により発生する信号電荷 hevent
は有限の広がりを持っため、信号電荷が一画素には収まりきらず、隣接する画素に 漏れ込む場合が有る。そこで、選択画素を中心とした周辺 8画素の信号出力を調べ 、中心画素出力が局所極大 (周辺より大きい）であれば、その画素を「X線事象画素」 とする。当然ながら、 X線事象の画素位置は CCD座標系に於いて整数値となる。局 所極大画素と周辺 8画素を含めた 9画素からの信号出力の重心位置を計算する。
[数 2]
Figure imgf000012_0001
ここで、 X線事象画素 q は点 q の整数部 Int(q )となる。また、 j = 0— 8は X線事象 iO Gi Gi
画素とその周辺 8画素を示しており、画素指定番号は図 7に示すとおりとする。
[0025] このように求めた N個の X線事象各々の点 qi=(qix ,qiy )の集合を Qとし、データパ ccd ccd
ターンと呼ぶ。各点の座標値は CCDの画素位置に相当するので、この平面直交系（ X ,Υ )を CCD座標系と呼ぶ。
ccd ccd
[数 3]
Q = {91. 92 , · · · , 9Αί}
[0026] テンプレート座標系と CCD座標系の変換は、 5つのパラメータ 7? =( α , j8 , Θ ,px0,py 0)を用いて拡大 ·回転移動 +平行移動を示す以下の式で表せる。
画
Xccd I a cos^ -^sin^ \ xtemp + ί xCcd
Yccdノ sin e a cos P ノ ytemp J pyccd0
[0027] これを一つの変換行列で表記するため、便宜上、変換されるベクトルの次数を増や し、
[数 5] ^temp
0 0 Vtemp を利用して、
[数 6]
/ Xccd 《 ひ cos
Figure imgf000013_0001
と表す。この 5つのパラメータで決まる変換行列を Τ( η )とする c
[0028] [数 7] a cos θ _ ?sin > pXccd0、
Figure imgf000013_0002
V 0 0 ノ
ここで、 a , j8は X, Y軸それぞれの単位ベクトルの拡大率、 0は回転角、 px0,py0 は、テンプレート座標原点の CCD座標系に於けるオフセットである。
[0029] CCD座標系での Pを下式で表す。
[数 8]
Ρτ = {Ρτ , Ρτ2, ' - · , ΡΓΛ/} ここで各要素は下式で与えられる。
[数 9]
Ρη = (η)ρι
[0030] コリメータの χ線透過率が十分低 、場合、 CCDで検出される X線は全てコリメータ の微細孔を通過してきた X線であるとみなしてよい。言い換えると Qの各要素は Pの要 素の内の一つに対応するはずで、 Qと Pとの要素の対応数が最も多くなるような 7?が 求めるべきコリメータと CCDとのァライメントを決める。尤もらしさの尺度としてはユーク リツド距離二乗を用いる。すなわち、あるパラメータセット r?に対して (数 8)を計算し、 Qの各々の要素に対して最も近い Pの要素 p の距離の二乗の総和 D ( 7? )を識別関 数とし、その最小値を与える 7? 0が求めるべきァライメントパラメータである。
[数 10]
N
D{ri) = L mi?A .(9fc - P ,h)†
fc=l —
[0031] ノ メータが決まれば、下式から、 CCD平面上での微細孔の位置が精密に求まる [数 11]
これを整数部 (Int)と小数部 (Frac)にわけ、小数部分が微細孔の CCD画素内での高 精度位置となる。
[数 12]
Ρτ ' ) = lnt(p ,i(»?o)) + Frac(pTij(rj0))
[0032] この手法により、全ての微細孔の CCD—画素内での位置が分かり、 X線入射位置 と信号応答との関係を詳細に調べることができる。ランダムマルチコリメータを用いた 装置の概念図を図 2 (2)に示す。
実際に、乱数を発生させて生成した疑似テンプレートパターンを用意し、予めァライ メントパラメータ 7? =(0.998, 0.998, 0.80, 0.0, 0.0)を定め、テンプレートパターンに記 憶された微細孔が対応する CCDが画素にのみ事象が生成するようなシミュレーショ ンを行った。画素数 500 X 500、 20,000個の微細孔がランダムに分布した場合を模擬 している。シミュレーションにより得られた CCD画像は図 8に示す通りまばらに X線事 象を示す黒い点が点在するだけである（一部を拡大して表示)。この画像データをデ 一タパターンとし、上記の手法により識別関数を計算し、 2個のパラメータ、 α , 0に 対する依存性を示したものが図 9である。識別関数の最小値が一意に決まり、その値 が予め定めた値と一致していることが確認できる。
[0033] 本発明の X線検出装置の一例を図 10に示す。ピクセル型検出器の直前又は直上 に BP— 1ガラス製マルチコリメータを配置する。平行 X線ビームを照射し、 CCDはコ リメータを介して X線を検出する。実際は平行 X線ビームを作るため、 X線発生装置か ら水平に発生する X線ビームをコリメータを通して CCDに照射する。各微細孔は検出 器一画素のどこかの領域をコリメートする。各々のコリメータに対応する画素の出力信 号を一画素内の領域分布に焼き直すことで、 X線の入射位置の画素内変化に伴う信 号出力の変化を 2次元的に調べることができる。微細孔の数密度はビーム強度で制 御でき、数万個 Zcm2程度である。この場合、一画素内を数万サンプリングで 2次元 スキャンユングしたことと等価の結果を得られる。ただし、ランダムに微細孔が分布し ているので、隣り合う微細孔同士の距離がピクセルのサイズより小さい場合、一画素 にコリメートする領域が複数生じてしま 、、検出器の画素毎の情報からはどの微細孔 に入った事象力判別できな 、ので、こう 、つた事象は捨てる。
実施例 1
[0034] 少量の BP— 1サンプルに放射線医学総合研究所にて重イオン加速器の Xeビーム を約 80— lOOMeVZ核子で照射し、高エネルギー加速器研究機構にて濃 HBF液
4
(濃度約 49%、温度約 50°C)を用いて約 4日間の化学エッチング処理を行なった。そ の後基板を流水で 24時間水洗した。これにより、微細な飛跡貫通孔の生成を実際に 確認した。その写真を図 11に示す。
図 11の写真は、その典型的な貫通孔のひとつについて、ガラスの端面で横力も撮 影した数枚の写真をつないだものである。上下方向の板の厚みは約 1, 300 /z m、斜 め矢印が示した最も細い「くびれ」の部分の内直径は φ ί μ m程度、表面の口径は φ 20 μ m程度で、おおよそ計算通りであった。
産業上の利用可能性
[0035] ( 1 )本発明のコリメータは超微細な X線用コリメータに利用できる。
•一般の X線検出器で、 lOKeV以上の X線に対する位置分解能の測定を伴う性能 試験用。
'放射光について、 lOKeV以上の X線ビームを細く絞り、半導体製造技術などの種 々のナノテクノロジーへ応用が可能である。
( 2)更に本発明のコリメータは重イオンコリメータに利用できる。
•X線に対するコリメータ以外に、 X線以外の重イオンビーム（ a線等）のコリメータとし ても使用できる。放射線医学総合研究所のマイクロビーム（α粒子、ビームエネルギ 一は約 5MeV、ビーム径約 φ 10〜20 μ m)などの低エネルギー荷電粒子ビームは、 BP— 1などの固体中の飛程が数十/ z mと短いので、本コリメータを用いれば同ビー ムをさらに細く絞ることが可能であると思われる。これにより、細胞内の、より局所的な 照射実験などが可能になり、結果的に生物，医学における研究の促進や、将来的に は新 、治療技術に結びつくことも考えられる。
ナノサイズの正確なコリメータを製作するには、機械的な力卩ェを用いることは非常に 手間がかかるか、もしくは非常に困難なものと考えられる。これに対し、重粒子照射と 化学エッチングを併せた本技術は、原理的に精度の高さを保証するものである点で 本質的に優れていると考えられる。
図面の簡単な説明
[図 1]二次元ピクセル型 X線検出器に対する一般的なコリメータ試験手法を示す図で ある。
[図 2]マルチコリメータを用いた X線検出方法を示す図である。 (1)は従来の X線検出 方法を示し、（2)は本発明の X線検出方法を示す。
[図 3]BP—1板の貫通穴の断面の模式図を示す図である。（1)は一枚、（2)は数枚 重ねたものを示す。
[図 4]本発明のコリメータの使用例を示す図である。
[図 5]様々な母材の X線透過率を示すを示す図である。縦軸は透過率、横軸は入射 線のエネノレギーを示す。
[図 6]テンプレート座標系と CCD座標系との相対位置関係を示す図である。
[図 7]X線事象の重心位置を計算する際の画素配置の定義を示す図である。
[図 8]シミュレーションにより得られた CCDデータを示す図である。。ランダムマルチコ リメータ上の微細孔を通過した X線事象の分布で、黒 、小さい四角がー画素の大きさ に対応している。
[図 9]識別関数のパラメータ依存性を示す図である。縦軸は拡大率（ひ）、横軸は回 転角（ 0 )を示す。この図はパラメータ決定の一意性を示している。
[図 10]X線検出装置の一例を示す図である。
[図 11]実施例 1で作成した BP— 1板の貫通穴の断面を示す図である。

Claims

請求の範囲
[1] 略厚さ方向に、最狭部の穴径が ΙΟηπ！〜 10 mの貫通穴を少なくとも一つ有する厚 さが 100 μ m以上の板からなり、材質が BaOの含量が 15〜30wt%であるバリウムリ ン酸ガラスである X線用コリメータ。
[2] 材質が BP—1 (成分： P O 65wt%, BaO 25wt%, Na O 5wt%, SiO 5wt%)
2 5 2 2 である請求項 1に記載の X線用コリメータ。
[3] 前記板に垂直方向に重イオンビームを照射し、照射された板をエッチングすることか ら成る請求項 1又は 2に記載の X線用コリメータの製法。
[4] 複数枚の前記板に垂直方向に重イオンビームを照射し、照射された複数の板を個別 にエッチングし、エッチング後の複数の板を、穴を同軸にして重ねることから成る請求 項 1又は 2に記載の X線用コリメータの製法。
[5] X線ビームを検知する CCD及びその直前に配置されたコリメータ力 成る X線検出 装置であって、該コリメータ力 略厚さ方向に、最狭部の穴径が ΙΟηπ！〜 10 /z mの貫 通穴 (微細孔）を多数有する厚さが 100 m以上の板力もなり、材質が BaOの含量が
15〜30wt%であるバリウムリン酸ガラスであって、該貫通穴が入射 X線ビームに平 行となるように配置された X線検出装置。
[6] 前記コリメータの材質が BP— 1 (成分： P O 65wt%, BaO 25wt%, Na O 5wt%
2 5 2
, SiO 5wt%)である請求項 5に記載の X線検出装置。
2
[7] 請求項 5又は 6に記載の X線検出装置を用いて X線の入射場所を決定する方法であ つて、予め前記コリメータ上の全ての微細孔の二次元位置情報をデータベース化す る段階、前記 X線検出装置で X線を検出する段階、及び該微細孔の二次元位置情 報と前記 CCDで得られた X線画像との相関処理を行う段階から成る X線入射場所の 決定方法。
PCT/JP2006/302337 2005-02-24 2006-02-10 Ｘ線用コリメータ及びｘ線検出装置 WO2006090595A1 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013088265A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Katsuhiro Dobashi 放射線コリメーター及び該放射線コリメーターの製造方法
KR101772324B1 (ko) 2016-04-18 2017-08-28 고려대학교 산학협력단 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치
JP2021524043A (ja) * 2018-05-02 2021-09-09 ベイジン ノーベル メディカル イクイップメント リミテッド 検出器用のコリメータ及びその用途

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2523792A (en) * 2014-03-05 2015-09-09 Adaptix Ltd X-ray collimator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS613097A (ja) * 1984-06-18 1986-01-09 キヤノン株式会社 Ｘ線コリメ−タの製造方法
JPH08271639A (ja) * 1995-03-14 1996-10-18 Commiss Energ Atom 粒子の微小軸合わせ装置、検出器、および粒子の検出方法、ならびに軸合わせ装置の製造方法および使用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS613097A (ja) * 1984-06-18 1986-01-09 キヤノン株式会社 Ｘ線コリメ−タの製造方法
JPH08271639A (ja) * 1995-03-14 1996-10-18 Commiss Energ Atom 粒子の微小軸合わせ装置、検出器、および粒子の検出方法、ならびに軸合わせ装置の製造方法および使用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013088265A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Katsuhiro Dobashi 放射線コリメーター及び該放射線コリメーターの製造方法
KR101772324B1 (ko) 2016-04-18 2017-08-28 고려대학교 산학협력단 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치
WO2017183809A1 (ko) * 2016-04-18 2017-10-26 고려대학교 산학협력단 가변형 핀홀 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 영상 장치
JP2021524043A (ja) * 2018-05-02 2021-09-09 ベイジン ノーベル メディカル イクイップメント リミテッド 検出器用のコリメータ及びその用途
JP7102610B2 (ja) 2018-05-02 2022-07-19 ベイジン ノーベル メディカル イクイップメント リミテッド 検出器用のコリメータ及びその用途

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