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ガス比例計数管及び撮像システム コモンズ

国内特許コード P04P001708
整理番号 K018P06
掲載日 2005年3月18日
出願番号 特願2003-272032
公開番号 特開2005-032634
登録番号 特許第3955836号
出願日 平成15年7月8日(2003.7.8)
公開日 平成17年2月3日(2005.2.3)
登録日 平成19年5月11日(2007.5.11)
発明者
  • 門叶 冬樹
  • 櫻井 敬久
  • 郡司 修一
出願人
  • 科学技術振興機構
発明の名称 ガス比例計数管及び撮像システム コモンズ
発明の概要 【課題】 電子及び光増倍部の耐衝撃性及び取扱性を向上できると共に、細孔を均一化でき、感度分布の一様性を向上できるガス比例計数管及び撮像システムを提供する。
【解決手段】 撮像型X線検出装置200は、撮像系210に電源系34及び制御系35が接続されて成っている。撮像系210は、ベリリウム窓21を有し且つ中空糸13が多数併設された多孔プレート1が設けられたチャンバ22の後段に、CMOSセンサアレイ3が収容されたチャンバ23がFOP2を介して接合されたものである。<EMI LY=1742 HE=097 ID=000002 WI=060 LX=1100>
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】 近年、鉛ガラス製キャピラリープレートを撮像型のガス比例計数管(Capillary Gas Proportional Counter;CGPC)として動作させる新しいタイプの検出器が開発されている(非特許文献1、2参照。)。図7は、このようなCGPCを用いた撮像型X線検出装置の構成を示す模式図である(非特許文献3参照)。 同図において、撮像型X線検出装置100は、ガス比例計数部110の後段に光学系120及び撮像系130が順に連設されたものである。ガス比例計数部110は、一方端及び他方端にそれぞれベリリウム窓111及び合成シリカから成る光透過窓112が設けられたチャンバ113の内部に、各窓111,112と同軸状に設けられたキャピラリープレート114が設置されたものである。キャピラリープレート114は、中空状を成す100μm径程度の鉛ガラス製キャピラリーが複数集積されて成っており、成形時のバイアス角度は0°とされている。 また、キャピラリープレート114の両面には、電源系140に接続された薄膜電極(図示せず)が形成されている。さらに、キャピラリープレート114の前段には、整形リング(シェイピングリング)115,116が設けられており、ドリフト領域が画成されている。これらの整形リング115,116は、電源系160及び接地電位に接続されており、電源系160からの高電圧と接地間が抵抗分割されてそれぞれに適切なドリフト電圧が印加されるようになっている。さらに、チャンバ113内には、主成分であるArガス、CH4ガス等にペニング効果(Penning Effect)を奏するトリメチルアミン(TMA)やトリエチルアミン(TEA)が添加された混合ガス117が封入されている。 この撮像型X線検出装置100では、ベリリウム窓111を通してチャンバ113内に入射したX線Aがベリリウム窓111/キャピラリープレート114間領域のガス分子と相互作用し、光電効果によって高エネルギーの電子(一次電子)が放出される。この一次電子(X線光電子)は、他のガス分子にエネルギーを付与しながら進み、その飛跡中に電子-イオン対を生じる。よって、この電子-イオン対の数はX線Aのエネルギーに比例する。一次電子の飛跡に沿って生じた電子(電子雲とも呼ばれる。)は、ベリリウム窓111/キャピラリープレート114間に生成された電場により、その電子雲形状を保持したままキャピラリープレート114の前面からその内部に進入する。 キャピラリープレート114の内部には、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な例えば104V/cm以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖及び光増殖が行われ、例えば、1個の電子が103~104個程度に増幅される。このようにして撮像型X線検出装置100は、ガス比例計数管として機能する。増幅光は光透過窓112を透過して光学系120に入射し、レンズ系121を通ってフッ化マグネシウム(MgF2)等から成る光透過窓122を透過して撮像系130へ出射される。 撮像系130としては、例えばICCD(Intensified CCD)が採用される。入射光は、光電面(図示せず)で光電変換され、I.I.131で電子増倍された後、図示しない蛍光面で再び光電変換され、ファイバーオプティックプレート(FOP)等を通してCCDアレイ(共に図示せず)に入射する。こうして増強された二次元画像情報は電気信号として信号処理系150へ送出され、例えば二次元位置情報と各位置での発光強度から成る三次元X線発光画像が得られる。 また、レンズ系121の代わりに反射系(リフレクタ)を用いたもの、並びに、光学系120及び撮像系130の代わりに光電子増倍管(photo multiplier tube;PMT)を備えたものも開発されている(非特許文献4~8参照。)。なお、キャピラリープレートのチャージアップを抑えるために、キャピラリープレート114に代えて、MCP同様貫通孔の内面をH2還元して低抵抗化したものも提案されている(非特許文献9参照。)。 さらに、最近では、X線等の二次元位置検出が可能な別の放射線検出器として、ガス・エレクトロン・マルチプライアー(Gas Electron Multiplier;GEM)が注目を浴びている(例えば、非特許文献10、11参照。)。 図8は、一般にGEMに用いられる多孔質ポリイミドフィルムの一部を示す模式平面図である。また、図9は、図8におけるIX-IX線に沿う断面図である。多孔質ポリイミドフィルム411は、例えばフォトリソグラフィ-とドライ又はウェットエッチングとを組み合わせた方法やレーザ加工等を用いて一定間隔で複数の細孔413が形成された薄膜(例えば、厚さが数十μm~100μm程度)である。 細孔413の一般的な形状としては、例えば図8及び図9に示す如く、略筒状を成しており、多孔質ポリイミドフィルム411の厚さ方向の中央付近に突出部Kが形成されたものが挙げられる。また、細孔413の典型的な寸法としては、最大内径が50~100μm程度、最小内径(つまり突出部Kにおける内径)が最大内径の-10μm程度、細孔間隔が100~200μm程度とされる。GEMに用いられる場合、細孔413の面内密度は、例えば、104個/cm2オーダーである。 このような多孔質ポリイミドフィルム411を用いたGEMでは、フィルム411の両面に蒸着された金属層から成る電極間に数百Vの電圧が印加され、細孔413の内部及び周辺に、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な電場が形成される。これにより、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖が行われる。
【非特許文献1】H. Sakurai et al., "A new type of proportional counter using a capillary plate", Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A374(1996)341-344.
【非特許文献2】H. Sakurai et al., "Characteristics of capillary gas proportional counter", SPIE Proceedings Reprint, vol.2806(1996)569-576.
【非特許文献3】H. Sakurai et al., "Detection of photoabsorption point with capillary imaging gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (2002).
【非特許文献4】M. Tsukahara et al., "The development of a new type of imaging X-ray detector with a capillary plate", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (1997)679-682.
【非特許文献5】H. Sakurai et al., "The form of X-ray photoelectron tracks in a capillary gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.46, No.3, (1999)333-337.
【非特許文献6】H. Sakurai, "Imaging gas proportional counter with capillary plate", 放射線 vol.25, No.1, (1999)27-37.
【非特許文献7】H. Sakurai et al., "New type of imaging X-ray detector using a capillary plate", SPIE Proceedings Reprint, vol.3114(1997)481-487.
【非特許文献8】T. Masuda et al., "Optical imaging capillary gas proportional counter with penning mixtures", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.2, (2002)553-558.
【非特許文献9】Nishi,Yu.; Tanimori,Y.; Ochi,A.; Nishi,Ya.; Toyokawa,H., "Development of a hybrid MSGC with a conductive capillary plate.", SPIE, vol.3774(1999)87-96.
【非特許文献10】F. Sauli, Nucl. Instr. And Meth. A 368(1977)531.
【非特許文献11】F.A.F. Fraga et al., Nucl. Instr. And Meth. A 442(2000)417.
産業上の利用分野
本発明は、ガス比例計数管及び撮像システムに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 不活性ガスを主成分として含む検出用ガスが充填されており、電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、 前記チャンバ内に前記窓と対向して配置されており、樹脂から成り絶縁性を有する複数の管が該管の軸方向に対して交差する方向に併設されており、且つ、該複数の管の内部で前記検出用ガスの電離又は励起により電子及び光が増倍される板状体と、 前記板状体における両面上又は両面側に設けられた電極と、を備えており、 前記電極のうち、前記板状体を挟んで前記窓と反対側に設けられた電極は、前記管の内部から該電極側に該管の軸方向に放出される光を、該軸方向延長線上において透過可能に設けられたものであり、 前記検出用ガスが、分子中にハロゲン原子を含み且つ励起発光を生じる有機系ガスを含有するものである、ガス比例計数管。
【請求項2】 前記管が中空糸から成るものである請求項1記載のガス比例計数管。
【請求項3】 前記樹脂がポリオレフィンである請求項1記載のガス比例計数管。
【請求項4】 前記樹脂がポリエチレン又はポリプロピレンである請求項1記載のガス比例計数管。
【請求項5】 前記有機系ガスは、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素から成るガスである、請求項1記載のガス比例計数管。
【請求項6】 請求項1~5のいずれか一項に記載のガス比例計数管と、 前記チャンバの後段に配置された光検出器と、を備える撮像システム。
産業区分
  • 電子管
  • 高分子化合物
  • 固体素子
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 情報と細胞機能 領域
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