JP2011191295A - イオン化放射検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造容易で高感度な放射線入射位置を検出できるイオン化放射検出器を提供する。
【解決手段】イオン化放射検出器は、加圧された混合ガスを内部に封入した導電性チューブ１０-1〜１０−ｎが複数並列に配置され、各導電性チューブ10-1〜１０−ｎの中心に張られ高電圧を印加する導線１４−１〜１４−ｎを備え、各導電性チューブ10-1〜１０−ｎは、電気的に絶縁した部分12-1〜１２−ｍに分配され、導電性チューブ10-1〜１０−ｎの分配された断面部分は全ては電気的に接続され各グループを形成し、各グループは、粒子検出器１８に接続され、各断面部分はブレードのグリッドから形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、粒子またはイオン化放射検出器の分野に関する。より詳細には、中性子、ガンマ線、またはＸ線検出器に関する。

図１は、イオン化放射の高感度検出器の従来の構造を概略的に示す。このような検出器は、混合ガスで満たされ、その端が絶縁プラグ３によって密封された導電性チューブ１を備えている。その端が気密手法でプラグ３と交差している導線５は、チューブの中に置かれたバネ７によってチューブの中心できつく引かれる。正の電圧が測定回路９によって線５に印加され、チューブの中に電場が定められ、これは、イオン化放射の通過によって生成された電子のドリフトと増幅を促す。

チューブの中に含まれる混合ガスは、直接またはイオン化する粒子に変化した後、これが粒子によってイオン化され、検出されるように選ばれる。例えば、中性子の検出のため、ＣＦ_４と^３Ｈｅの混合が用いられる。ここで、^３Ｈｅは変換器として、ＣＦ_４は、^３Ｈｅ原子によって中性子の捕獲後に放射される２つのイオン化した粒子（陽子、三重子）を停止するためのガスとして用いられる。

いわゆる電荷分割プロセスは現在、チューブに沿った衝撃の位置を測定するために用いられる。したがって、線は抵抗である。測定回路は、線の各端で電荷信号振幅を測定可能な読み出し電子機器を備えている。この検出方法は常に複雑である。他のいわゆる「計数」操作モードは、参照電圧を有する線の１つの端で測定された信号の比較を基にした電子機器を使用している。この検出モードは一般にその電流実装に不正確さがある。

検出器の反応の均一性は、チューブの内部で中心にある線の不正確さによって影響を受け、このような中心化は達成することは難しい。線８の中心化の困難は、検出器が動作することが可能な最大振幅利得を制限し、これは、検出器の性能（エネルギーと位置の解像度）に直接の結果を及ぼす。

イオン化放射検出器は、従来、並列なチューブを有するいくつかの基本検出器から構成される。検出器の動作は、その中に含まれる混合ガスの品質および圧力に依存する。さらに、いくつかの検出器がチューブ間のある最小の空間、典型的に１０ｍｍの空間で一緒に使用されなければならないとき、チューブの外部直径を拡大すること無しにチューブシートと測定回路９の間の電磁場遮蔽の継続性を実現することは難しい。この外部直径の拡大は、検出器間に無用の空間を作成し、組み立ての感度の喪失の結果となる。

本発明の実施形態の目的は、実装することが単純で費用のかからないイオン化放射に対する高感度の検出器の組み立てを提供することである。

本発明の実施形態の目的は、荷電粒子を生成する変換材料の薄い層の使用に特に適応したイオン化放射検出器を提供することである。

本発明の実施形態の他の目的は、前記放射の変換の位置を決めて、または決めることなく、イオン化放射の存在または不在を検出することが可能な検出器を提供することである。

これら目的を実現するため、本発明の実施形態は、混合ガスを含んでいる並列に配置された複数の導電性チューブと、各チューブの中心できつく引かれ、これに関しバイアスされることが可能な導線とを備え、各チューブは、電気的に絶縁した縦の部分の中に分配され、同じ横のスライスのチューブの部分全ては電気的に接続されたブレードのグリッドから形成され、同じスライスの部分の各グループは検出回路に接続されるための手段を備えているイオン化放射検出器を提供する。

１つの実施形態によれば、前記各スライスのブレードのグリッドはフレームに接続される。

他の実施形態によれば、各ブレードは、イオン化放射に対する反応としてイオンを生成する放射変換物質を含む層で覆われている。

他の実施形態によれば、変換物質はボロン１０である。

他の実施形態によれば、前記混合ガスはＢＦ_３を含んでいる加圧された混合ガスである。

他の実施形態によれば、前記ブレードはアルミニウムから形成されている。

他の実施形態によれば、前記グリッドの第１のグループのブレードは、前記第１のグループに関して直交している前記グリッドの第２のグループのブレードのスロットと協力するスロットを備えている。

他の実施形態によれば、前記検出回路は、第１と第２の増幅器の間、直列に連結された複数の抵抗を備え、前記抵抗間のノードは個別のスライスの接続手段に連結される。

他の実施形態によれば、前記チューブのそれぞれは、前記チューブの導線をさらなる検出回路に接続するための手段を備えている。

他の実施形態によれば、前記チューブのグループの導線は、一緒に連結される。

他の実施形態によれば、前記さらなる検出回路は、第３と第４の増幅器の間、直列に連結された複数の抵抗を備え、前記抵抗間のノードは、個別のチューブまたはチューブのグループの接続手段に連結される。

他の実施形態によれば、前記検出器は中性子を検出するために配置される。

本発明のさらなる側面によれば、隣り合って位置された複数の前記検出器を備えるイオン化放射を検出するための機器が提供される。

１つの実施形態によれば、前記複数の検出器は、円筒の切片を形成するチェンバーの列の１つに対応する中にそれぞれ位置される。

前記の及び他の本発明の目的、特徴、及び効果は、添付の図と共に特定の実施形態の非制限の以下の記載により詳細に議論される。

上記に記載された従来の放射検出器の要素を概略的に示す。 本発明の実施形態によるイオン化放射検出器の正面図を概略的に示す。 本記載の中で用いられる座標軸を特定化するための略図である。 本発明の実施形態による検出器の要素の実装を示す。 本発明の実施形態による検出器をより詳細に示す。 本発明の実施形態による図５でより詳細に示された検出器の最上部のスライスの平面図を示す。 本発明の実施形態による放射検出装置を示す。

図２に示されたように、イオン化放射検出器は、チューブ１０−１、１０−２，１０−３，１０−ｎの並列な組み立て品を備え、各チューブは、アイソレータ１１または隙間によって電気的に絶縁されて積み重ねられた部分１２−１、１２−２，１２−３，・・・、１２−ｍの組み立て品から形成される。各チューブは、導電性要素１４−１、１４−２，・・・１４−ｎによって交差され、この導電性要素は例えば、線の形状を有し、また、これ以降で見られるように細い一片の形状を有する。線は、バイアス及び検出回路１６に接続され、同じスライス（グリッド）に対応するチューブ要素の全てはバイアス及び検出回路１８に接続される。したがって、構造はセル１２−ｉｊｋの組み立て品から構成されると考えられる。ｉは１とｎの間、ｊは１とｍの間、ｋは１とｌの間、ｌは図の平面に垂直な方向でのチューブの数である。イオン化放射がセルの１つのレベルで相互作用するとき、セルの中に含まれるガスはイオン化され、このイオン化は中心の導体上およびチューブの壁上で電気信号を提供する。したがって、イオン化が発生した位置のｘ、ｙおよびｚの表示が可能になる。

ｘ、ｙおよびｚの軸の方向のため、参照が図３で示されている。この図は、非常に概略的に検出器組み立て品を示す。この検出器組み立て品は、ｙ軸方向垂直に積み重ねられたスライスを備えている。ｘ軸は水平方向を示しており、ｚ軸はイオン化放射が到達しそうな方向を示す。

したがって、回路１６と１８で、例えば、中性子の放射の変換が発生したセルを正確に決定することができる。

従来通り、構造はイオン化されることが可能なガスで満たされた筐体の中に配置される。ガスは、例えば、加圧される。一方、イオン化放射（例えば、中性子）と反応する変換物質は、上記に記載された先行技術のように、ヘリウム３またはＢＦ_３のようなガスである。これは、各チューブの壁上で、単独または他の材料との組み合わせた薄い層の中に堆積した反応材料、またはヘリウム３またはＢＦ_３と反応材料の薄い層と組み合わせであることもできる。この反応材料は、リチウム７とアルファ４粒子を提供するため中性子と相互作用することができるボロン１０であることもできる。既存技術の中で知られた他の材料も使用することができる。これらは、例としてガドニウムまたはリチウム同位体であることもできる。このような材料は、チューブの壁上および／または中心の切片上の薄い層に堆積される。このような変換材料を用いることは、ヘリウム３が非常に効果であり、得ることが難しいため、効果を有する。ガスＢＦ_３の使用および各チューブの壁上でのボロンの被膜は、中性子の検出のため二重の効果を導く。しかしながら、このような材料を含む層でチューブの内壁を被膜することは非常に難しい。

ここで、この構造は、以下で見るように、壁を被膜することを非常に簡単に達成することが可能である。

図４は、（２つの隣接した水平面間に配置された）水平スライスの実施形態の分解図を示す。水平スライスは、本発明の実施形態による検出器のチューブのそれぞれの部分を備えている。ウエハーは、方向ｚに向いている第１のプレート２３を受け入れる目的を有する溝２２を提供された向かいあった端を有するフレーム２１から形成される。プレート２３は、スロット２４を備えており、プレート２５と垂直である。プレート２５は、スロット２４と協力して固定する目的を有するスロット２６を備えている。プレート２５の端は、ｚ方向に沿って向いているフレームの端の反対のスロット２７内に受け入れられる。プレート２３、２５とフレーム２１間の接触、およびプレート間の接触は導電性である。セルまたは検出器の水平スライス（グリッド）の部分の組み立ては、このように実現される。

プレートまたはブレード２３、２５はこれらの組み立ての前に変換物質で簡単に被膜できることに注意すべきである。これは、この被膜または堆積を非常に簡単化する。したがって、セルの１つのレベルでイオン化放射が相互作用するとき、中心導体およびスライス上で電気信号を生じる。図４は、本発明のいくつかの実施形態による検出器の２つのスライスを分離することを目的とするシール２８も示す。

これは本発明の実施形態でのみであることを理解すべきである。任意の蜂の巣形状、例えば６角形または他の形状のセルを有する形状が使用可能である。さらに、スロット２２と２７を有するフレーム２１はオプションである。別の可能性として、プレート２３と２５の積み重ねは、以下でより詳細に記載されるように、チェンバーの中で固定することもできる。

垂直に整列された部分の組み立て品と交差する任意の部分と任意の線は、バイアス及び検出システムに接続され、その結果、線は陽極を形成し、スライスの部分の壁は、イオン化する衝突の変換によって生成されたイオン化ガスを引きつけることが可能である陰極を形成することが以上で示された。各線と各セルスライスは離れた導線によって接続され、イオン化放射が変換されたセルを認識することが可能であることも以上で示された。実際、このセルの識別は必ずしも必要ではない。ある場合でのみ、これは望ましい。例えば、空港のセキュリティ装置で、旅行鞄またはコンテナが、中性子を放出する放射能製品を含んでいるがどうかを知るためである。出力線をほとんど有しない装置とするため、全ての線と全ての部分を一緒に接続することで十分であり、使用することが非常に単純になる。

寸法の例として、各部分は２ｃｍのオーダの辺長と２ｃｍのオーダの高さとを有し、完全な構造は３ｍのオーダの高さを有する。これらの寸法を必要に応じて適応することは、当業者の手腕の範囲内である。

このような、グリッド構造の使用の効果は、各チューブの断面が小さな寸法を有することである。例えば、以下で記述されるように２ｃｍに等しいというよりむしろ、各長方形のチューブの各部分の辺長は例えば、４と１０ｍｍの間と同じくらい低い。これは、反応の結果の電子の飛行の低時間を可能とする。したがって、比較的高圧力のガスがチューブの中で用いることができる。例えば、２×１０^５パスカルより大きい。これは特にガスがＢＦ_３であることに適している。さらにこのようなグリッド構造は、例えば、０．５ｍｍ以下の厚さを有するアルミニウムのプレート２３、２５から形成されることも好ましい。

図５は、放射検出器を、特にバイアス及び検出回路１８の検出電気回路の例を、より詳細に示す。検出電気回路は、直列に連結された一連の抵抗３０−１から３０−７を備える抵抗ネットワーク３０を備える。例えば、各抵抗は、１００と２００オームの間の抵抗値を有する。この例では８つのスライスと７つの抵抗がある。各スライスのグリッドからの接続は、対応する抵抗によって近くのグリッドの接続に連結される。抵抗ネットワークの２つの端は、それぞれ増幅器３２と３４に連結される。これらは、出力電圧Ｖ_ＡとＶ_Ｂを提供する。これらの電圧に基づいて、放射が検出されたスライスが認識される。特に位置は、Ｖ_Ａ／（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｂ）を計算することによって検出される。

図５の抵抗ネットワーク３０の使用の効果は、出力線の数を、スライスの数に等しい数から２つに減少することである。

図６は、放射検出器の最上部のスライスの平面図を示し、各チューブの導線１４のグループが一緒に連結された１つの例に対応するバイアス及び検出回路１６を示す。他のブロックの形と大きさが選ばれることは可能であるが、図６の特定の例の中で、４つの深いおよび２つの広いチューブのブロックの線が一緒に連結される。これは放射検出器からの出力線の数をさらに減少させる。

追加的または代替えとして、１つまたはそれ以上の抵抗ネットワークを線の接続の数を減少するために使用することができる。図６は、直列に接続された３つの抵抗３６−１から３６−３と、各端で電圧Ｖ_ＣとＶ_Ｄを提供する増幅器３８と４０を有する抵抗ネットワーク３６の例を示す。抵抗ネットワーク３６に対応するノードは内部接続された線の４つのグループに連結される。これらの線にバイアス電圧を印加するためのバイアス電気回路も示され、これは例えば、増幅器４０の側面で抵抗ネットワークに抵抗を介して連結された高電圧供給器ＨＶを備える。コンデンサ４１が、抵抗ネットワークと増幅器４０の間に連結され、増幅器４０の入力がさらに抵抗を介して接地される。同様に図６は、直列に接続された３つの抵抗４２−１から４２−３と、各端で電圧Ｖ_ＥとＶ_Ｆを提供する増幅器４４と４６を有する抵抗ネットワーク４２の例を示す。抵抗ネットワーク４２に対応するノードは、内部接続された線の４つのグループに連結される。これらの線にバイアス電圧を印加するためのバイアス電気回路も示され、これは例えば、増幅器４６の側面で抵抗ネットワークに抵抗を介して連結された高電圧供給器を備える。コンデンサ４７が、抵抗ネットワークと増幅器４６の間に連結され、増幅器４７の入力がさらに抵抗を介して接地される。

図７は、平面図で、直列のチェンバー５２で形成された湾曲した壁５１を備える放射検出装置５０を示す。それぞれのチェンバーは検出器の加圧されたガスを含んでいる。壁５１は、例えば、３ｍｍの範囲の厚さを有する金属薄板から形成される。各チェンバー５２は、上記に示したような放射検出器を備え、１つの例５６が示される。

１つの実施形態で検出器の近傍での同じレベルのスライスは、一緒に連結される。例えば、組にして結合された出力を提供する。このような出力の１つのレベルは、図７で５８−１から５８−６にラベル付けされて示される。これは、さらに出力線の数を減少させる。

このような機器は、湾曲した壁５１によって形成された部分的円筒の中心で源５４から向けられ放射の方向を検出するため、科学の応用の中で用いられることができる。

本発明の特定の実施形態が示された。様々の変更と変形が当業者にとって可能である。特に積み重ねられたスライスは様々なセルの形を定め、様々の方法で形成される。

このような変更、変形、および改良は、この記載の部分内と意図され、本発明の概念と範囲内にあると意図される。したがって、上記の記載は、単なる例示であって制限を意図していない。本発明は、以下の請求項とこれと同等なものによってのみ定められる。

１ 導電性チューブ
３ 絶縁プラグ
５ 導線
７ バネ
９ 測定回路
１０ チューブ
１１ アイソレータ
１２ 部分
１４ 導電性要素
１６、１８ バイアス及び検出回路
２１ フレーム
２２ 溝
２３、２５ プレート
２４、２６、２７ スロット
２８ シール
３０、３６、４２ 抵抗ネットワーク
３２、３４、３８、４０、４４、４６ 増幅器
４１、４７ コンデンサ
５０ 放射検出装置
５４ 源
５１ 壁
５２ チェンバー

Claims (14)

1. 混合ガスを含んでいる並列に配置された複数の導電性チューブと、
   各チューブの中心できつく引かれ、これに関しバイアスされることが可能な導線（１４−１、・・・１４−ｎ）と、
   を備え、各チューブは、電気的に絶縁した縦の部分（１２−ｉｊｋ）の中に分配され、同じ横のスライスのチューブの部分全ては、電気的に接続されたブレード（２３、２５）のグリッドから形成され、同じスライスの部分の各グループは、検出回路（１８）に接続されるための手段を備えているイオン化放射検出器。
2. 前記各スライスのブレードのグリッドはフレーム（２１）に接続される請求項１の検出器。
3. 各ブレードは、イオン化放射に対する反応としてイオンを生成する放射変換物質を含む層で覆われている請求項１の検出器。
4. 前記変換物質はボロン１０である請求項３の検出器。
5. 前記混合ガスはＢＦ_３を含んでいる加圧された混合ガスである請求項１の検出器。
6. 前記ブレードはアルミニウムから形成されている請求項１の検出器。
7. 前記グリッドの第１のグループのブレード（２３）は、前記第１のグループに関して直交している前記グリッドの第２のグループのブレード（２５）のスロット（２７）と協力するスロット（２４）を備えている請求項１の検出器。
8. 前記検出回路（１８）は、第１と第２の増幅器（３２、３４）の間、直列に連結された複数の抵抗（３０−１から３０−７）を備え、前記抵抗間のノードは個別のスライスの接続手段に連結される請求項１の検出器。
9. 前記チューブのそれぞれは、前記チューブの導線をさらなる検出回路（１６）に接続するための手段を備えている請求項１の検出器。
10. 前記チューブのグループの導線は、一緒に連結される請求項９の検出器。
11. 前記さらなる検出回路（１６）は、第３と第４の増幅器（４４、４６）の間、直列に連結された複数の抵抗（３６−１から３６−３、４２−１から４２−３）を備え、前記抵抗間のノードは、個別のチューブまたはチューブのグループの接続手段に連結される請求項９の検出器。
12. 前記検出器は中性子を検出するために配置される請求項１の検出器。
13. 隣り合って位置された請求項１の複数の前記検出器を備えるイオン化放射を検出するための機器。
14. 前記複数の検出器は、円筒の切片を形成するチェンバーの列の１つに対応する中にそれぞれ位置される請求項１３の機器

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