JP2002006047A - ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い感度を持ち、かつ電極部の信頼性を向上
させることができるピクセル型電極によるガス増幅を用
いた粒子線画像検出器を提供する。 【解決手段】 入射粒子線によりガス中で電離された電
子ｅ^- は、ドリフト電場により検出器表面方向の円柱状
陽極電極１２のピクセルへドリフトされる。円柱状陽極
電極１２の近傍では、陽極・陰極間の電圧と点状の電極
形状により作られる強力な電場により、電子はガス雪崩
増幅を起こす。この結果生じた＋イオンは、周囲のスト
リップ状陰極電極１４へ速やかにドリフトしていく。こ
の過程において、円柱状陽極電極１２とストリップ状陰
極電極１４の両方に、電気回路上で観測可能な電荷が生
じることになるので、陽極・陰極のどのストリップでこ
の増幅現象が起きたかを観測することで、入射粒子線の
位置がわかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピクセル型電極に
よるガス増幅を用いた粒子線画像検出器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】これまで、高位置分解能・高入射粒子許
容量を持ったガス増幅型粒子線検出器として、ストリッ
プ型電極による検出器ＭＳＧＣ（マイクロストリップガ
スチャンバー）が本願発明者等によって開発された。こ
の検出器の特徴として、高い位置分解能の他に、ガス増
幅器としては極めて不感時間が短いことが挙げられてお
り、高輝度の粒子線に対する検出器としても大きな期待
が寄せられている。現在、Ｘ線を用いたテストでは毎
秒、１平行ｍｍ当たり１０⁷ カウント以上の輝度の下で
も動作に支障がないことが確かめられている。

【０００３】図６はかかる従来のＭＳＧＣの分解斜視図
である。

【０００４】この図に示すように、ＭＳＧＣイメージ素
子は１０ｃｍ×１０ｃｍの有効面積を有しており、１は
基板（サブストレート）であり、ポリイミド薄膜を用い
る。２はその基板１上に形成される陽極ストリップ、３
はストリップ状陰極電極（カソード電極）であり、その
陽極ストリップ２とストリップ状陰極電極３とは、交互
に配置されている。

【０００５】また、４はセラミックからなるベース基
板、５はそのベース基板４上に形成されるとともに、基
板１の下層に位置する背面電極である。

【０００６】更に、このようにして形成される素子上に
ほぼ間隔Ｄ₁ を隔ててドリフト板６が配置され、例え
ば、アルゴンとエタンからなるガスが流通するチャンバ
ーが形成されている（例えば、特開平１０−３００８５
６号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たＭＳＧＣの実用化にあたっての最大の難問の一つに、
電極間の放電による電極の破壊が挙げられる。上記した
ＭＳＧＣでは、５０μｍ以下の間隔の電極間に電圧をか
けるため、高いガス増幅率を得るために高い電圧をかけ
ると、電極間に放電による大電流が流れ、放電による熱
で電極ストリップが切断されたり、その破片などが表面
絶縁層に付着するなどして、電極間を導通させる障害が
頻繁に起こっていた。

【０００８】また、二次元読み出しのために背面電極に
誘起される信号を使っているために、背面電極５の信号
は表面の陽極による信号の２０％程度の大きさとなり、
この微弱な信号を読み出すための回路系として高価な増
幅器を使うか、もしくはガスによる増幅率をさらに増加
させる必要があった。

【０００９】本発明は、上記状況に鑑みて、高い感度を
持ち、かつ電極部の信頼性を向上させることができるピ
クセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画
像検出器において、両面基板の裏面に形成される陽極ス
トリップと、この陽極ストリップに植設されるととも
に、その上端面が前記両面基板の表面に露出する円柱状
陽極電極と、この円柱状陽極電極の上端面の回りに穴が
形成されるストリップ状陰極電極とを具備することを特
徴とする。

【００１１】〔２〕上記〔１〕記載のピクセル型電極に
よるガス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記
陽極ストリップは約２００μｍ〜４００μｍの幅を有す
ることを特徴とする。

【００１２】〔３〕上記〔１〕記載のピクセル型電極に
よるガス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記
陽極ストリップが約４００μｍ間隔で配置され、前記ス
トリップ状陰極電極には、一定間隔で直径約２００〜３
００μｍの穴が形成され、前記円柱状陽極電極は直径約
４０〜６０μｍ、高さ約５０μｍ〜１５０μｍの形状で
あることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の実施例を示すピクセル型電
極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器の要部斜視
図、図２はその粒子線画像検出器の平面図、図３は図２
のＡ部拡大図である。なお、図１においては、両面プリ
ント基板の下方は、陽極（アノード）ストリップの配置
を見やすくするために、別体のように描かれているが一
体の両面基板から構成されている。

【００１５】これらの図において、１は粒子線画像検出
器、２はピクセルチャンバー（３００ｍｍ□）、１１は
陽極（アノード）ストリップ（ここでは、ｄ₁ は幅３０
０μｍであるが、約２００μｍ〜４００μｍでもよ
い）、１２はその陽極ストリップ１１上に植設される円
柱状陽極電極（ここではｄ₂ は直径５０μｍであるが、
約直径４０μｍ〜６０μｍでもよい）、１３は両面プリ
ント基板であり、その厚さｄ₃ は約厚さ１００μｍであ
る。１４はその両面プリント基板１３の表面に形成され
るストリップ状陰極電極（カソード電極）、２１はドリ
フト電極である。

【００１６】図１に示すように、本発明の粒子線画像検
出器は、両面プリント基板１３の表面にストリップ状陰
極電極１４、裏面に陽極ストリップ１１がｄ₅ ４００μ
ｍ間隔で配置してあり、ストリップ状陰極電極１４に
は、一定間隔に穴１５が空いている。この穴１５の中心
には背面の陽極ストリップ１１と接続されている円柱状
陽極電極１２からなるピクセルがある。ストリップ状陰
極電極１４上の穴１５のｄ₆ 直径は２５０μｍであり、
２００μｍ〜３００μｍであってもよい。

【００１７】また、上記したように、陽極電極１２のピ
クセルは、ここでは、直径５０μｍであるが、直径４０
μｍ〜６０μｍであってもよい。陽極電極１２の高さｄ
₄ は約１００μｍ（約両面プリント基板１３の厚さ）の
円柱状の形状をしている。なお、陽極電極１２は高さは
これに限定されるものではなく、両面プリント基板の高
さに応じて５０μｍ〜１５０μｍの範囲で適宜設定する
ことができる。

【００１８】実際の粒子線検出において、この両面プリ
ント基板１３は、ピクセルチャンバー２、つまり、希ガ
スをベースとしたガス雰囲気中に置かれ、図１に示すよ
うに、検出器に並行で適当な位置（実際は数ｍｍ〜数ｃ
ｍ）にドリフト電極２１を配置することにより、ＭＳＧ
Ｃと同様な放射線の画像計測ができる。

【００１９】図４は本発明の粒子線画像検出器の動作原
理を示す図である。

【００２０】入射粒子線によりガス中で電離された電子
ｅ^- は、ドリフト電場により検出器表面方向の陽極電極
１２のピクセルへドリフトされる。円柱状陽極電極１２
の近傍では、陽極・陰極間の電圧（例えば、４２０Ｖ）
と点状の電極形状により作られる強力な電場により、電
子はガス雪崩増幅を起こす。この結果生じた＋イオン
は、周囲のストリップ状陰極電極１４へ速やかにドリフ
トしていく。

【００２１】この過程において、円柱状陽極電極１２と
ストリップ状陰極電極１４の両方に、電気回路上で観測
可能な電荷が生じることになるので、陽極・陰極のどの
ストリップでこの増幅現象が起きたかを観測すること
で、入射粒子線の位置がわかる。信号の読み出し、及び
２次元画像を得るための回路系などについては、従来の
ＭＳＧＣ用に開発したものをそのまま用いることができ
る。

【００２２】この粒子線画像検出器の特色は、以下のと
おりである。

【００２３】（１）陽極としてピクセルを用いるので、
高電場が作り易く増幅率が大きい。

【００２４】（２）陰極は、陽極の周りを円状に囲んで
いるため、陰極の端部分の電場は陽極に比べて遙に小さ
く、陰極から電子が飛び出し難く、放電が起こり難い。

【００２５】（３）陽極から陰極にかけて、距離に応じ
て急速に電場が弱まるので、放電への進展が極めて起こ
り難い。

【００２６】（４）陽極・陰極間に基板として絶縁体が
あるが、陽極のストリップをストリップ状陰極電極の穴
直径より大きくとっていることにより、絶縁体表面の電
気力線の方向は常に上向きであり、ガス増幅により生じ
た陽イオンが絶縁体上に溜まって電場を弱めるような静
電場を生じる恐れが無い。

【００２７】（５）この粒子線画像検出器は、基本的に
はプリント回路基板作製の技術を用いているため、大面
積のものが安価に作れる。

【００２８】（６）放電を起こした場合でも、致命的な
損傷を受けにくい。つまり、局所（ピクセル単位）の破
壊で収まる。

【００２９】（７）アノード電極、及びドリフト電極の
２箇所のみの電圧印加で動作するので、必要な電源設備
や結線が少なくて済む。

【００３０】図５は粒子線画像検出器による印加電圧と
ガス増幅率の相関を実測した図であり、この図におい
て、横軸は陰極と陽極間の印加電圧（Ｖ）、縦軸はガス
増幅率（対数目盛り）を示しており、ａは本発明におけ
る特性図、ｂは従来の特性図である。

【００３１】この図から明らかなように、増幅率は１０
０００倍程度までは達成できる。また、増幅率１０００
倍程度で連続２日ほど動作させたところ、放電現象は一
度も起こらなかった。またさらに高い増幅率で、たまに
放電が見られたが、その後の検出器の動作に問題は生じ
なかった。

【００３２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。

【００３４】（Ａ）ＭＳＧＣと同等の長所を持ち、利得
が大きく、かつ電極部の信頼性を向上させることができ
る。

【００３５】（Ｂ）陽極としてピクセルを用いるので、
高電場が作り易く増幅率が大きい。

【００３６】（Ｃ）陰極は、陽極の周りを円状に囲んで
いるため、陰極の端部分の電場は陽極に比べて遙に小さ
く、陰極から電子が飛び出し難く、放電が起こり難い。

【００３７】（Ｄ）陽極から陰極にかけて、距離に応じ
て急速に電場が弱まるので、放電への進展が極めて起こ
り難い。

【００３８】（Ｅ）陽極・陰極間に基板として絶縁体が
あるが、陽極のストリップを陰極の穴直径より大きくと
っていることにより、絶縁体表面の電気力線の方向は常
に上向きであり、ガス増幅により生じた陽イオンが絶縁
体上に溜まって、電場を弱めるような静電場を生じる恐
れが無い。

【００３９】（Ｆ）この粒子線画像検出器は、基本的に
はプリント回路基板作製の技術を用いているため、大面
積のものが安価に作れる。

【００４０】（Ｇ）放電を起こした場合でも、致命的な
損傷を受け難い。つまり、局所（ピクセル単位）の破壊
で収まる。

【００４１】（Ｈ）アノード電極、及びドリフト電極の
２箇所のみの電圧印加で動作するので、必要な電源設備
や結線が少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すピクセル型電極によるガ
ス増幅を用いた粒子線画像検出器の要部斜視図である。

【図２】本発明の実施例を示す粒子線画像検出器の平面
図である。

【図３】図２のＡ部拡大図である。

【図４】本発明の粒子線画像検出器の動作原理を示す図
である。

【図５】粒子線画像検出器による印加電圧とガス増幅率
の相関を実測した図である。

【図６】従来の従来のＭＳＧＣの分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 粒子線画像検出器 ２ ピクセルチャンバー １１ 陽極（アノード）ストリップ １２ 円柱状陽極電極 １３ 両面プリント基板 １４ ストリップ状陰極電極（カソード電極） １５ 穴 ２１ ドリフト電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）両面基板の裏面に形成される陽極ス
   トリップと、（ｂ）該陽極ストリップに植設されるとと
   もに、その上端面が前記両面基板の表面に露出する円柱
   状陽極電極と、（ｃ）該円柱状陽極電極の上端面の回り
   に穴が形成されるストリップ状陰極電極とを具備するこ
   とを特徴とするピクセル型電極によるガス増幅を用いた
   粒子線画像検出器。
2. 【請求項２】 請求項１記載のピクセル型電極によるガ
   ス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記陽極ス
   トリップは約２００μｍ〜４００μｍの幅を有すること
   を特徴とするピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒
   子線画像検出器。
3. 【請求項３】 請求項１記載のピクセル型電極によるガ
   ス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記陽極ス
   トリップが約４００μｍ間隔で配置され、前記ストリッ
   プ状陰極電極には、一定間隔で直径約２００〜３００μ
   ｍの穴が形成され、前記円柱状陽極電極は直径約４０〜
   ６０μｍ、高さ約５０μｍ〜１５０μｍの形状であるこ
   とを特徴とするピクセル型電極によるガス増幅を用いた
   粒子線画像検出器。