JP6187570B2 - 検出素子 - Google Patents

Description

本発明は、検出素子に関する。

ピクセル型電極によるガス電子増幅型の放射線検出装置の研究が進められている。このような放射線検出装置は、ピクセル型電極を用いることによって放射線を検出する。このとき、荷電粒子の飛跡を検出することができる（例えば、特許文献１）。

特開２００２−６０４７号公報

特許文献１に開示された放射線検出装置によれば、放射線（荷電粒子）が気体と相互作用することにより電子を生じ、その電子をピクセル型電極において捕捉することによって、間接的に放射線を検出する。多くの電子が生じると、複数のピクセル型電極において同時に電子が捕捉される場合がある。このような場合には、電子を捕捉したピクセル型電極を特定することができなくなり、検出精度を低下させることにつながっていた。

本発明の目的の一つは、放射線検出装置における放射線の検出精度を向上させることにある。

本発明の実施形態によると、絶縁基板の第１表面側に露出して配置された複数の露出電極であって、第１露出電極、前記第１露出電極の第１方向に配置された第２露出電極、前記第１露出電極の第２方向に配置された第３露出電極、および、前記第２露出電極の前記第２方向かつ前記第３露出電極の前記第１方向に配置された第４露出電極を、少なくとも含む露出電極と、前記絶縁基板の内層に配置された第１電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第２露出電極とに接続されたパターン、および前記第３露出電極と前記第４露出電極とに接続されたパターンを、少なくとも含む第１電極パターンと、前記第１表面側において前記露出電極と分離して配置された第２電極パターンあって、前記第１露出電極と前記第３露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターン、および前記第２露出電極と前記第４露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターンを、少なくとも含む第２電極パターンと、前記第１電極パターンよりも前記第１表面とは反対側において前記第１電極パターンおよび前記第２電極パターンとは分離して配置された第３電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第４露出電極とを結ぶ第３方向に沿って配置され、かつ、前記第１露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置されたパターンを、少なくとも含む第３電極パターンと、を備え、前記第３電極パターンは、前記第１露出電極、前記第２露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置された第３電極パターンであって同一の端子に接続されたパターンを、少なくとも含むことを特徴とする検出素子が提供される。

前記第３電極パターンは、前記第１露出電極、前記第２露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置されたパターンを、少なくとも含んでもよい。

前記第１露出電極と前記第２露出電極とは隣接して配置されていてもよい。

前記第１露出電極と前記第２露出電極との間には、前記第１電極パターンを介して前記第１露出電極および前記第２露出電極とに電気的に接続された露出電極が配置されていてもよい。

本発明の実施形態によると、絶縁基板の第１表面側に露出して配置された複数の露出電極であって、第１露出電極、前記第１露出電極の第１方向に配置された第２露出電極、前記第１露出電極の第２方向に配置された第３露出電極、および、前記第２露出電極の前記第２方向かつ前記第３露出電極の前記第１方向に配置された第４露出電極を、少なくとも含む露出電極と、前記絶縁基板の内層に配置された第１電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第２露出電極とに接続されたパターン、および前記第３露出電極と前記第４露出電極とに接続されたパターンを、少なくとも含む第１電極パターンと、前記第１表面側において前記露出電極と分離して配置された第２電極パターンあって、前記第１露出電極と前記第３露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターン、および前記第２露出電極と前記第４露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターンを、少なくとも含む第２電極パターンと、前記第１電極パターンよりも前記第１表面とは反対側において前記第１電極パターンおよび前記第２電極パターンとは分離して配置された第３電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第４露出電極とを結ぶ第３方向に沿って配置され、かつ、前記第１露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置されたパターンを、少なくとも含む第３電極パターンと、を備え、前記第３電極パターンは、前記第１露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟む領域において、当該領域外よりも線幅が広いことを特徴とする検出素子が提供される。

本発明の一実施形態によれば、放射線検出装置における放射線の検出精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態における放射線検出システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における検出素子を説明する図である。 本発明の第１実施形態における検出素子の電極パターンを説明する図である。 本発明の第１実施形態における検出素子の断面構造（図３における断面線Ａ−Ａ’の断面構造）を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における検出素子の断面構造（図３における断面線Ｂ−Ｂ’の断面構造）を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における検出素子の断面構造（図３における断面線Ｃ−Ｃ’の断面構造）を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における検出素子を用いた放射線の検出原理を説明する図である。 本発明の第１実施形態における検出素子において、アノード電極が電子を捕捉したときの各電極に生じる電荷を説明する図である。 本発明の第１実施形態における検出素子から出力される検出信号のパターンの第１の例を説明する図である。 本発明の第１実施形態における検出素子から出力される検出信号のパターンの第２の例を説明する図である。 図１０に示す検出信号のパターンから演算される電子捕捉位置を説明する図である。 本発明の第２実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。 本発明の第３実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。 本発明の第４実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。 本発明の第５実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。 本発明の第６実施形態における検出素子の補助電極端子部の配置パターンを説明する図である。 本発明の各実施形態における放射線検出装置の具体的な構成例を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂ等を付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率（各構成間の比率、縦横高さ方向の比率等）は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

＜第１実施形態＞
［放射線検出システム］
図１は、本発明の第１実施形態における放射線検出システムの構成を示すブロック図である。放射線検出システム１は、検出素子１００を備えた放射線検出装置１０、エンコーダ５００、高圧電源６００および演算装置７００を含む。検出素子１００は、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを出力する。検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗは、この例では、検出素子１００の各端子から出力される電気信号に対し、コンデンサによって直流成分が除去されて、アンプによって増幅されている。電源６００は、放射線検出装置１０に含まれる各構成（検出素子１００等）に電圧を印加する。エンコーダ５００は、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗをクロック信号Ｃｋに同期してサンプリングし、エンコードして出力する。検出信号の分解能は、クロック信号Ｃｋに応じて決まる。この出力信号をＳｄという場合がある。演算装置７００は、出力信号Ｓｄに基づいて、放射線（荷電粒子）の飛跡を演算する。

［放射線検出装置］
放射線検出装置１０は、チャンバ１５０を有している。チャンバ１５０の内部には、検出素子１００、ドリフトケージ１７０およびドリフト電極１８０が配置されている。ドリフト電極１８０は、検出素子１００に対向して配置され、接地電圧（ＧＮＤ）に対して負の電圧が印加されている。ドリフトケージ１７０は、検出素子１００とドリフト電極１８０との間の空間を囲むように配置されている。ドリフトケージ１７０は、検出素子１００とドリフト電極１８０との間の電界分布を均一化するように、ドリフト電極１８０から検出素子１００に向けて徐々に電圧を接地電圧（ＧＮＤ）に近づけていくための配線パターンが形成されている。

放射線を検出するときには、チャンバ１５０の内部に、希ガスと、クエンチングガスとの混合ガスが封入される。希ガスは、例えば、アルゴンまたはキセノンが用いられる。クエンチングガスは、例えば、エタン、メタンなどの常温でガスの状態を保つアルカン、または二酸化炭素を含む消光作用を有するガスである。なお、チャンバ１５０に封入されるガスは、いずれかの単体のガスであってもよいし、二種類以上の混合ガスであってもよい

［検出素子］
検出素子１００の構造について説明する。以下の説明においては、検出素子１００は、電子を捕捉する単位となるピクセル（アノード電極）が４×４で配置されている例を示す。なお、この配置は、説明を容易化するための例示である。実際には、２５６×２５６などの多くのピクセルが配置される場合が多い。まず、図２を用いて、検出素子１００のドリフト電極１８０側の表面に現れている構成を簡単に説明する。その後、図３〜図６を用いて、検出素子１００の各構成を詳細に説明する。

図２は、本発明の第１実施形態における検出素子を説明する図である。検出素子１００は、絶縁基板（図４〜７に示す絶縁基板４０に対応）上および絶縁基板の内層に配置された導電性金属（銅、または銅を含む積層体等）のパターンを含む。まず、絶縁基板上に露出して、アノード電極１０１（露出電極）が配置されている。アノード電極１０１は、この例では、Ｘ方向（第１方向）およびＹ方向（第２方向）に沿って、マトリクス状に配置されている。また、この例では、Ｘ方向に隣接するアノード電極１０１間の距離と、Ｙ方向に隣接するアノード電極１０１間の距離とが等しくなっている。なお、Ｘ方向とＹ方向とは９０度で交差する場合に限らない。また、Ｘ方向とＹ方向とにおいて、隣接するアノード電極１０１間の距離が異なっていてもよい。すなわち、マトリクス状とは正方配置を示すものに限られない。

アノード電極１０１は、電子を捕捉する単位となるピクセルに対応する。上述したように、この例では、アノード電極１０１は、Ｘ方向に４ピクセル、Ｙ方向に４ピクセル、合計１６ピクセルに対応して配置されている。以下の説明において、１６ピクセルが配置された領域を検出領域という場合がある。

絶縁基板上には、Ｙ方向に沿って、カソード電極パターン２０５（第２電極パターン）が配置されている。カソード電極パターン２０５には、ピクセルに対応して開口部２０２が設けられている。それぞれの開口部２０２は、アノード電極１０１をピクセル毎に囲むように形成されている。カソード電極パターン２０５の端部には、検出領域の外側において、カソード端子部２０８が配置されている。カソード電極パターン２０５は、ストリップ状に形成されているため、カソードストリップ電極ともいう。検出領域の外側には、さらに、アノード端子部１０８および補助端子部３０８が配置されている。アノード端子部１０８、カソード端子部２０８および補助端子部３０８は、上述した検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを検出素子１００の外部に出力するための端子である。

アノード端子部１０８は、Ｘ方向に沿って配置されたアノード電極パターン１０５（第１電極パターン）を介してアノード電極１０１に接続されている。補助端子部３０８は、Ｗ方向（第３方向）に沿って配置された補助電極パターン３０５（第３電極パターン）と接続されている。なお、Ｗ方向とは、Ｘ方向およびＹ方向以外の方向であって、この例では、アノード電極１０１の斜めに並ぶ方向（Ｘ方向に延在した直線とＹ方向に延在した直線とのいずれに対しても、４５度で交わる線に沿った方向）に対応する。

図３は、本発明の第１実施形態における検出素子の電極パターンを説明する図である。図４は、本発明の第１実施形態における検出素子の断面構造（図３における断面線Ａ−Ａ’の断面構造）を示す模式図である。図５は、本発明の第１実施形態における検出素子の断面構造（図３における断面線Ｂ−Ｂ’の断面構造）を示す模式図である。図６は、本発明の第１実施形態における検出素子の断面構造（図３における断面線Ｃ−Ｃ’の断面構造）を示す模式図である。なお、図３に示すように、Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向にともに垂直な方向（アノード電極１０１が配置された面に垂直な方向）として定義される。

以下の説明において、図３に示すように、複数のアノード電極１０１は、その配置された場所によって、アノード電極１０１−ｘｙという。ここでのｘは、アノード電極１０１−１１（図３において左下のピクセル）を基準としたＸ方向の座標（１〜４）を示す。一方、ｙは、アノード電極１０１−１１を基準としたＹ方向の座標（１〜４）を示す。すなわち、アノード電極１０１−４１は右下のアノード電極１０１に対応し、アノード電極１０１−１４は左上のアノード電極１０１に対応し、アノード電極１０１−４４は右上のアノード電極１０１に対応する。また、ピクセルの位置を示すのものとして、ピクセル（ｘｙ）という場合もある。例えば、ピクセル（１１）は、アノード電極１０１−１１に対応する。

Ｘ方向に並ぶ複数のアノード電極１０１は、絶縁基板４０の内層においてＸ方向に沿って配置されたアノード電極パターン１０５を介して電気的に接続されている。アノード電極パターン１０５は、ストリップ状に形成されているため、アノードストリップパターンともいう。アノード電極パターン１０５（１０５−１〜１０５−４）およびアノード端子部１０８（１０８−１〜１０８−４）は、Ｙ方向に並んで配置されている。例えば、アノード電極１０１−１１、１０１−２１、１０１−３１、１０１−４１は、アノード電極パターン１０５−１を介してアノード端子部１０８−１に電気的に接続されている。

アノード電極１０１とアノード電極パターン１０５とは、図４に示すようなビア１１１（例えば、貫通電極）で接続されている。なお、アノード電極１０１とビア１１１とは一体であってもよい。例えば、ビア１１１のうち絶縁基板４０から露出した部分をアノード電極１０１と定義してもよい。このとき、アノード電極１０１は、絶縁基板４０から突出していても突出していなくてもよい。

絶縁基板４０上においてＹ方向に沿って配置されたカソード電極パターン２０５は、Ｙ方向に並んだアノード電極１０１をそれぞれ開口部２０２で囲っている。カソード電極パターン２０５は、その端部においてカソード端子部２０８と接続されている。カソード電極パターン２０５（２０５−１〜２０５−４）およびカソード端子部２０８（２０８−１〜２０８−４）は、Ｘ方向に並んで配置されている。例えば、カソード電極パターン２０５−１は、アノード電極１０１−１１、１０１−１２、１０１−１３、１０１−１４をそれぞれ開口部２０２で囲い、カソード端子部２０８−１に接続されている。以下、このようなカソード電極パターン２０５とアノード電極１０１との関係を、カソード電極パターン２０５とアノード電極１０１とが対応する配置の関係として定義する。例えば、カソード電極パターン２０５−１は、アノード電極１０１−１１、１０１−１２、１０１−１３、１０１−１４に対応して配置されている。

なお、カソード電極パターン２０５−１は、アノード電極１０１を開口部２０２で囲う場合に限られない。例えば、アノード電極１０１の周囲に存在すればよく、各アノード電極１０１について、最も近くに存在するカソード電極パターン２０５が対応関係にあるものとしてもよい。また、アノード電極１０１と対応関係にあるカソード電極パターン２０５は、アノード電極１０１のＸ方向の両側に存在してＹ方向に沿って配置されていてもよい。この場合には、アノード電極１０１のＹ方向の両側にはカソード電極パターン２０５が存在しなくてもよい。

絶縁基板４０の内層において、Ｗ方向に沿って配置された補助電極パターン３０５（３０５−１〜３０５−７）は、Ｗ方向に並んだアノード電極１０１との間でアノード電極パターン１０５を挟むように配置されている。補助電極パターン３０５−２を例とした場合、補助電極パターン３０５−２とアノード電極１０１−２１とによってアノード電極パターン１０５−１が挟まれ、補助電極パターン３０５−２とアノード電極１０１−１２とによってアノード電極パターン１０５−２が挟まれている。以下、このような関係を、補助電極パターン３０５とアノード電極１０１とが対応する関係として定義する。例えば、補助電極パターン３０５−２は、アノード電極１０１−１２に対応して配置されている。

このように各電極パターンが配置されることで、１つの補助電極パターン３０５と対応関係にある複数のアノード電極１０１は、互いに異なるアノード電極パターン１０５に接続されている。また、１つの補助電極パターン３０５と対応関係にある複数のアノード電極１０１は、互いに異なるカソード電極パターン２０５と対応関係にある。

ここで、検出素子１００の各構成の寸法について、以下の通り例示する。
・隣接するアノード電極１０１の中心間距離ｄ１（１ピクセル長）：４００μｍ
・アノード電極１０１の直径ｄ２：６０μｍ
・カソード電極パターン２０５の線幅ｄ３：３５０μｍ
・開口部２０２の直径ｄ４：２５０μｍ
・アノード電極パターン１０５の線幅ｄ５：３００μｍ
・補助電極パターン３０５の線幅ｄ６：１８０μｍ
・アノード電極パターン１０５とカソード電極パターン２０５との距離ｄ７：７５μｍ
・アノード電極パターン１０５と補助電極パターン３０５との距離ｄ８：３０μｍ
絶縁基板４０は、樹脂材（例えば、ポリイミド）を含む。絶縁基板４０は、複数種類の絶縁層の積層によって形成されていてもよい。この例では、アノード電極パターン１０５よりもカソード電極パターン２０５側においてはガラスクロスを含む樹脂材４０−１であり、アノード電極パターン１０５よりも補助電極パターン３０５側においてはガラスクロスを含まない樹脂材４０−２であってもよい。また、アノード電極パターン１０５の少なくとも一方側がガラス基板、シリコン基板等の無機材料の基板で構成されていてもよい。シリコン基板を用いる場合には、表面に絶縁処理を施すことで、基板を介してリーク電流が生じないようにする。

［放射線の検出原理］
放射線検出装置１０における放射線の検出原理について、図７、図８を用いて説明する。なお、ドリフト電極１８０は、接地電圧（ＧＮＤ）に対して負の電圧が印加されている。カソード電極パターン２０５、補助電極パターン３０５は、接地電圧（ＧＮＤ）が印加されている。アノード電極１０１（アノード電極パターン１０５）は、接地電圧（ＧＮＤ）に対して正の電圧が印加されている。

図７は、本発明の第１実施形態における検出素子を用いた放射線の検出原理を説明する図である。チャンバ１５０に放射線（荷電粒子ＥＰ）が入射すると、チャンバ１５０内に存在する気体との相互作用により電子雲ＥＣが形成される。ドリフト電極１８０とカソード電極パターン２０５との間に発生させた電界Ｅにより、この電子雲の各電子はＺ方向に沿って検出素子１００側に引き寄せられる。検出素子１００側に引き寄せられた電子は、カソード電極パターン２０５とアノード電極１０１とで形成される電界によって加速されて、アノード電極１０１に引き寄せられる。このとき、電子が気体と衝突して、気体を電離させる。電離によって生じた電子は雪崩的に増殖してアノード電極１０１に捕捉される。

図８は、本発明の第１実施形態における検出素子において、アノード電極が電子を捕捉したときの各電極に生じる電荷を説明する図である。雪崩的に増殖した電子が、アノード電極１０１に捕捉されると、アノード電極１０１において一時的に負電荷が生じる。一方、カソード電極パターン２０５には、電子群に誘導された正電荷が生じる。また、補助電極パターン３０５についても、アノード電極１０１（アノード電極パターン１０５）において一時的に負電荷が生じたことにより、誘導電荷として正電荷が生じる。増殖した電子の影響によって、これらの電荷から生じるパルス信号（電圧変動）は、アノード端子部１０８、カソード端子部２０８および補助端子部３０８から電気信号（検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗ）として読み出せる程度に大きくなる。以下の説明において、アノード端子部１０８−１〜１０８−４から出力される検出信号Ｓｘに対応して、検出信号Ｓｘ−１〜Ｓｘ−４という場合がある。カソード端子部２０８−１〜２０８−４から出力される検出信号Ｓｙに対応して、検出信号Ｓｙ−１〜Ｓｙ−４という場合がある。補助端子部３０８−１〜３０８−４から出力される検出信号Ｓｗに対応して、検出信号Ｓｗ−１〜Ｓｗ−４という場合がある。

これらの検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗにおける電圧変動が生じた時刻と、その電圧変動が生じた電気信号を出力する端子の位置とを用いることによって、荷電粒子ＥＰの飛跡を演算することができる。なお、この飛跡のうち、Ｚ方向の位置は相対的な位置として演算される。

図９は、本発明の第１実施形態における検出素子から出力される検出信号のパターンの第１の例を説明する図である。図９に示す検出信号のパターンは、図７に示すように荷電粒子ＥＰが入射した状況を想定している。この例では、アノード電極１０１−２２（ピクセル（２２））に電子が捕捉され、その後アノード電極１０１−３３（ピクセル（３３））に電子が捕捉された状況を示している。

このような状況によれば、まず、アノード電極１０１−２２による電子の捕捉に対応して、検出信号Ｓｘ−２、Ｓｙ−２、Ｓｗ−３に電圧変動が生じる。逆にいうと、演算装置７００は、検出信号Ｓｘ−２、Ｓｙ−２、Ｓｗ−３において電圧変動が生じた時刻が同じであると判定すると、検出信号Ｓｘ−２、Ｓｙ−２、Ｓｗ−３に対応するアノード電極パターン１０５−２、カソード電極パターン２０５−２および補助電極パターン３０５−３が交差する部分のアノード電極１０１−２２を、電子が捕捉されたアノード電極１０１として特定する。

その後、アノード電極１０１−３３による電子の捕捉に対応して、検出信号Ｓｘ−３、Ｓｙ−３、Ｓｗ−５に電圧変動が生じる。逆にいうと、演算装置７００は、検出信号Ｓｘ−３、Ｓｙ−３、Ｓｗ−５において電圧変動が生じた時刻が同じであると判定すると、検出信号Ｓｘ−３、Ｓｙ−３、Ｓｗ−５に対応するアノード電極パターン１０５−３、カソード電極パターン２０５−３および補助電極パターン３０５−５が交差する部分のアノード電極１０１−３３を、電子が捕捉されたアノード電極１０１として特定する。

このような場合には、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗのいずれか１つが存在しなくても、すなわち２種類の検出信号によって、電子が捕捉されたアノード電極を特定することができる。一方、次に説明するように、アノード電極１０１−２２、１０１−３３に同時に電子が捕捉されると、演算装置７００は、２種類の検出信号のみから電子が捕捉されたアノード電極１０１を正確には特定できない。

図１０は、本発明の第１実施形態における検出素子から出力される検出信号のパターンの第２の例を説明する図である。第２の例では、アノード電極１０１−２２（ピクセル（２２））およびアノード電極１０１−３３（ピクセル（３３））に、同時に電子が捕捉された状況を示している。

このような状況によれば、演算装置７００は、検出信号Ｓｘ−２、Ｓｘ−３、Ｓｙ−２、Ｓｙ−３，Ｓｗ−３、Ｓｗ−５において電圧変動が生じた時刻が同じであると判定する。このとき、電子が捕捉されたアノード電極１０１は、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いると正確に特定されるが、従来技術のように２種類の検出信号（例えばＳｘ、Ｓｙ）のみを用いると正確には特定されない。この事情について、図１１を用いて説明する。

図１１は、図１０に示す検出信号のパターンから演算される電子捕捉位置を説明する図である。まず、検出信号Ｓｘ、Ｓｙを用いた場合、アノード電極パターン１０５−２、１０５−３、およびカソード電極パターン２０５−２、２０５−３が交差する部分は、アノード電極１０１−２２、１０１−２３、１０１−３２、１０１−３３（ピクセル（２２）、（２３）、（３２）、（３３））となる。したがって、実際には電子が捕捉されていないアノード電極１０１−２３、１０１−３２（ピクセル（２３）、（３２））については、誤検出されたことになる。

一方、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いた場合、アノード電極パターン１０５−２、１０５−３、カソード電極パターン２０５−２、２０５−３および補助電極パターン３０５−３、３０５−５が交差する部分は、アノード電極１０１−２２、１０１−３３（ピクセル（２２）、（３３））となる。したがって、検出信号Ｓｘ、Ｓｙのみを用いたときに発生した誤検出は、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いたときには発生しない。

このように、本実施形態における放射線検出装置１０は、２つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉された場合であっても、３種類の検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いているため、この２つのアノード電極１０１を特定することができる。なお、３種類の検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いた場合であっても、３つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉されると誤検出をしてしまうことになる。しかし、３つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉される確率は、２つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉される確率よりも小さい。したがって、誤検出を低減することができ、その結果として放射線の検出精度が向上する。

なお、この例では、検出素子１００は、４×４のピクセル（アノード電極１０１）を有していたが、１つのアノード電極１０１を基準として、少なくとも、Ｘ方向に並ぶ２つのアノード電極１０１と、Ｙ方向に並ぶ２つのアノード電極１０１とを有していることにより、構成を一般化できる。Ｘ方向またはＹ方向に並ぶ２つのアノード電極１０１は、隣接したアノード電極１０１として定義されてもよいし、隣接しないアノード電極１０１として定義されてもよい。隣接しない２つのアノード電極１０１によって一般化される場合には、その間に他のアノード電極１０１が存在することになる。

互いに隣接する場合には、４つ（２×２）のアノード電極１０１は、例えば、アノード電極１０１−２２、１０１−２３、１０１−３２、１０１−３３（ピクセル（２２）、（２３）、（３２）、（３３））が対応する。互いに隣接しない場合には、４つ（２×２）のアノード電極１０１は、例えば、アノード電極１０１−１１、１０１−１４、１０１−４１、１０１−４４（ピクセル（１１）、（１４）、（４１）、（４４））に対応する。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態と比べて、補助電極パターンの構造が異なっている。すなわち、隣接する２つの補助電極パターンが接続されて、線幅の大きい補助電極パターンを構成している検出素子の例である。

図１２は、本発明の第２実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。第１実施形態の検出素子１００では、１つの補助電極パターン３０５と対応関係にある複数のアノード電極１０１は、互いに異なるアノード電極パターン１０５に接続されている。また、１つの補助電極パターン３０５と対応関係にある複数のアノード電極１０１は、互いに異なるカソード電極パターン２０５と対応関係にある。一方、第２実施形態の検出素子１００ａでは、図１２に示すように、１つの補助電極パターン３０５に対応する複数のアノード電極１０１には、同一のアノード電極パターン１０５に接続された２つのアノード電極１０１、および同一のカソード電極パターン２０５に対応している２つのアノード電極１０１が含まれる。

例えば、第１実施形態における補助電極パターン３０５−２、３０５−３は、第２実施形態における補助電極パターン３０５ａ−２として、電気的に接続されている。アノード電極１０１−２２（ピクセル（２２））およびアノード電極１０１−３１（ピクセル（３１））に、同時に電子が捕捉された状況を例に示す。まず、検出信号Ｓｘ、Ｓｙを用いた場合、アノード電極パターン１０５−１、１０５−２、およびカソード電極パターン２０５−２、２０５−３が交差する部分は、アノード電極１０１−２１、１０１−２２、１０１−３１、１０１−３２（ピクセル（２１）、（２２）、（３１）、（３２））となる。したがって、実際には電子が捕捉されていないアノード電極１０１−２１、１０１−３２（ピクセル（２１）、（３２））については、誤検出されたことになる。

一方、検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いた場合、アノード電極パターン１０５−１、１０５−２、カソード電極パターン２０５−２、２０５−３および補助電極パターン３０５ａ−２のみが交差する部分から、アノード電極１０１−２２、１０１−３１（ピクセル（２２）、（３１））と場所を特定できる。また、アノード電極１０１−２１（ピクセル２１）およびアノード電極１０１−３２（ピクセル（３２））に同時に電子が捕捉された場合は、補助電極パターンが３０５ａ−２と３０５ａ−４の両方が交差する部分として検出できる。このように隣接する２つの補助電極パターンが接続されて、線幅の大きい補助電極パターンを構成している検出素子の場合であっても、補助電極パターンが１つ関係しているか、２つ関係しているか識別が可能できるため誤検出は防止することができる。

なお、３種類の検出信号Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｗを用いた場合であっても、３つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉されると誤検出をしてしまうことになる。しかし、３つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉される確率は、２つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉される確率よりも小さい。したがって、誤検出を低減することができ、その結果として放射線の検出精度が向上する。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態に比べて、さらに線幅の大きい補助電極パターンを構成した例であって、隣接する４つの補助電極パターンが接続されている検出素子の例である。

図１３は、本発明の第３実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。第３実施形態の検出素子１００ｂでは、図１３に示すように、１つの補助電極パターン３０５に対応する複数のアノード電極１０１には、同一のアノード電極パターン１０５に接続された４つのアノード電極１０１、および同一のカソード電極パターン２０５に対応している４つのアノード電極１０１が含まれる。

例えば、第１実施形態における補助電極パターン３０５−４、３０５−５、３０５−６、３０５−７は、第２実施形態における補助電極パターン３０５ｂ−４として、電気的に接続されている。このようにすると、第２実施形態と異なり、同一の補助電極パターン３０５ｂと対応関係にある２つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉されると、その組み合わせが特定の条件を満たす場合は誤検出をしてしまう場合がある。例えば、アノード電極１０１−１２、１０１−２１において同時に電子が捕捉されると、アノード電極１０１−１１および１０１−２２でも電子が捕捉されたと検出されてしまう。しかし、ヘリウム３を使用した中性子透過画像取得用途では、複数の電子が束になって直径１ｍｍの領域のピクセル電極に同時に到達する状況もある。このような同時到達の事象が明確な場合には、もとより狭い範囲で識別する必要がないため、第３実施形態のように補助電極パターン３０５ｂを構成することによって、検出信号Ｓｗの数を減らす手法が有効となる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第２実施形態および第３実施形態とは異なる方法で、検出信号Ｓｗの数を減らす検出素子の例である。

図１４は、本発明の第４実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。第４実施形態の検出素子１００ｃでは、図１４に示すように、検出領域における補助電極パターン３０５は、第１実施形態と同様である。一方、複数（例えば２つ）の補助電極パターン３０５は、検出領域外において電気的に接続されている。これは、補助電極パターン３０５の形状によって接続されていてもよいし、図１４に示すように補助端子部３０８が電気的に接続されるようにしてもよい。

第２実施形態では、２つの隣接する補助電極パターンは、検出領域内において、パターン間を埋めるようにして電気的に接続されていた。一方、第４実施形態では、２つの補助電極パターン（隣接する場合も隣接しない場合もある）は、検出領域外において電気的に接続されている。図１４の例では、補助端子部３０８−２と補助端子部３０８−５とが配線３０９−２によって接続され、補助端子部３０８−３と補助端子部３０８−６とが配線３０９−３によって接続され、補助端子部３０８−４と補助端子部３０８−７とが配線３０９−４によって接続される。

このような構成によれば、第２実施形態および第３実施形態と同様に、電気的に接続された２つの補助電極パターン３０５と対応関係にある２つのアノード電極１０１において同時に電子が捕捉されると、その組み合わせが特定の条件を満たす場合は誤検出をしてしまう場合がある。ただし、第４実施形態では、第３実施形態よりも狭い範囲内の２つのアノード電極１０１において電子が同時に捕捉された場合の誤検出を生じさせずに、検出信号Ｓｗの数を減らすことができる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態は、補助電極パターンの線幅が一定ではなく、アノード電極１０１に対応する位置で線幅が大きくなっている検出素子の例について説明する。

図１５は、本発明の第５実施形態における検出素子の補助電極パターンを説明する図である。図１５に示すように、第５実施形態における検出素子１００ｄは、補助電極パターン３０５ｄのうち、アノード電極１０１の周囲の領域において、他の領域よりも線幅が大きい線幅拡大部分３０５１が形成されている。このようにすることによって、第１実施形態よりも、アノード電極１０１に電子が捕捉されたときの検出信号Ｓｗへの影響（電圧変動）を大きくすることができる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態は、補助端子部３０８の配置が第１実施形態とは異なる検出素子の例について説明する。

図１６は、本発明の第６実施形態における検出素子の補助電極端子部の配置パターンを説明する図である。第１実施形態では、検出領域の４辺に沿って各電極パターンの端子部が配置されていた。一方、図１６に示すように、第６実施形態の検出素子１００ｅは、アノード端子部１０８-に沿って配置された補助端子部３０８ｄ−１〜３０８ｄ−３を有し、カソード端子部２０８に沿って配置された補助端子部３０８ｄ−４〜３０８ｄ−７を有している。このとき、印加されている電圧の関係から、アノード端子部１０８−１と補助端子部３０８ｅ−１との距離ｄａは、カソード端子部２０８−４と補助端子部３０８ｅ−７との距離ｄｂよりも離れていることが望ましい。

＜具体的構成例＞
上記の各実施形態における放射線検出装置１０は、図１７に示すような具体的な構成の例として実現される。

図１７は、本発明の各実施形態における放射線検出装置の具体的な構成例を説明する図である。この放射線検出装置１０（容器モジュールともいう）は、上述したように、チャンバ１５０を有している。チャンバ１５０の内部には、検出素子１００（第１実施形態の場合）、ドリフトケージ１７０およびドリフト電極１８０が配置されている。検出素子１００とドリフト電極１８０とは対向して配置されている。放射線を検出するときには、チャンバ１５０の内部に、上述したような希ガスおよびクエンチングガスの混合ガスが封入される。

１…放射線検出システム、１０…放射線検出装置（容器モジュール）、４０…絶縁基板、１００…検出素子、１０１…アノード電極、１０５…アノード電極パターン、１０８…アノード端子部、１１１…ビア、１５０…チャンバ、１７０…ドリフトケージ、１８０…ドリフト電極、２０２…開口部、２０５…カソード電極パターン、２０８…カソード端子部、３０５…補助電極パターン、３０８…補助端子部、５００…エンコーダ、６００…電源、７００…演算装置

Claims (5)

1. 絶縁基板の第１表面側に露出して配置された複数の露出電極であって、第１露出電極、前記第１露出電極の第１方向に配置された第２露出電極、前記第１露出電極の第２方向に配置された第３露出電極、および、前記第２露出電極の前記第２方向かつ前記第３露出電極の前記第１方向に配置された第４露出電極を、少なくとも含む露出電極と、
   前記絶縁基板の内層に配置された第１電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第２露出電極とに接続されたパターン、および前記第３露出電極と前記第４露出電極とに接続されたパターンを、少なくとも含む第１電極パターンと、
   前記第１表面側において前記露出電極と分離して配置された第２電極パターンあって、前記第１露出電極と前記第３露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターン、および前記第２露出電極と前記第４露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターンを、少なくとも含む第２電極パターンと、
   前記第１電極パターンよりも前記第１表面とは反対側において前記第１電極パターンおよび前記第２電極パターンとは分離して配置された第３電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第４露出電極とを結ぶ第３方向に沿って配置され、かつ、前記第１露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置されたパターンを、少なくとも含む第３電極パターンと、
   を備え、
   前記第３電極パターンは、前記第１露出電極、前記第２露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置された第３電極パターンであって同一の端子に接続されたパターンを、少なくとも含むことを特徴とする検出素子。
2. 前記第１露出電極と前記第２露出電極との距離および前記第１露出電極と前記第３露出電極との距離は等しいことを特徴とする請求項１に記載の検出素子。
3. 前記第１露出電極と前記第２露出電極とは隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の検出素子。
4. 前記第１露出電極と前記第２露出電極との間には、前記第１電極パターンを介して前記第１露出電極および前記第２露出電極とに電気的に接続された露出電極が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の検出素子。
5. 絶縁基板の第１表面側に露出して配置された複数の露出電極であって、第１露出電極、前記第１露出電極の第１方向に配置された第２露出電極、前記第１露出電極の第２方向に配置された第３露出電極、および、前記第２露出電極の前記第２方向かつ前記第３露出電極の前記第１方向に配置された第４露出電極を、少なくとも含む露出電極と、
   前記絶縁基板の内層に配置された第１電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第２露出電極とに接続されたパターン、および前記第３露出電極と前記第４露出電極とに接続されたパターンを、少なくとも含む第１電極パターンと、
   前記第１表面側において前記露出電極と分離して配置された第２電極パターンあって、前記第１露出電極と前記第３露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターン、および前記第２露出電極と前記第４露出電極とに対応して前記第２方向に沿って配置されたパターンを、少なくとも含む第２電極パターンと、
   前記第１電極パターンよりも前記第１表面とは反対側において前記第１電極パターンおよび前記第２電極パターンとは分離して配置された第３電極パターンであって、前記第１露出電極と前記第４露出電極とを結ぶ第３方向に沿って配置され、かつ、前記第１露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟むように配置されたパターンを、少なくとも含む第３電極パターンと、
   を備え、
   前記第３電極パターンは、前記第１露出電極および前記第４露出電極と前記第３電極パターンとで前記第１電極パターンを挟む領域において、当該領域外よりも線幅が広いことを特徴とする検出素子。
   

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