輻射探測器和一種用在射線照相中的設備的製作方法
2023-10-18 03:10:24
專利名稱：輻射探測器和一種用在射線照相中的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序用來探測電離輻射的探測器，並且涉及一種根據根據權利要求9的前序用在平面束射線照相中的設備。
上述種類的一種探測器和一種設備在共同待決PCT申請PCT/SE98/01873中描述，該申請通過參考包括在這裡。上述種類的另一種探測器和設備公開在EP-A1-0 810 631中。
與固態探測器相比氣體探測器的主要優點在於，他們製造便宜，並且他們能採用氣體倍增強烈地(在數量級上)放大信號振幅。然而，在氣體探測器中，由於在探測器中創建的強電場，火花放電能出現在探測器的氣體體積中。這樣的火花放電阻塞探測器一段時間，並且對於探測器和電子電路可能也是有害的。
本發明的一個主要目的在於，提供一種採用雪崩放大、用來探測電離輻射的探測器，並且限制由火花放電引起的問題。
這種和其他目的由根據權利要求1的一種探測器實現。
本發明的一個目的還在於，提供一種包括至少一個用來探測電離輻射的探測器、採用雪崩放大、用在平面束射線照相中的設備，並且限制由火花放電引起的問題。
這種和其他目的由根據權利要求9的一種設備實現。
圖1a以整體視圖示意表明一種用於平面束射線照相的設備，其中能使用根據本發明的一種探測器。
圖1b以整體視圖示意表明一種根據本發明一個一般實施例用於平面束射線照相的設備。
圖2a是根據本發明一個第一特定實施例的一種探測器的、在圖1b中的II-II處得到的示意、部分放大剖視圖。
圖2b是根據本發明一個第二特定實施例的一種探測器的、在圖1b中的II-II處得到的示意、部分放大剖視圖。
圖2c是根據本發明一個第三特定實施例的一種探測器的、在圖1b中的II-II處得到的示意、部分放大剖視圖。
圖2d示意以整體視圖表明一種用於平面束射線照相的設備，包括一個根據本發明一個第四特定實施例的一種探測器。
圖1a是在與一種用於平面束射線照相的設備的一個平面X射線束9的平面正交的一個平面中的剖視圖，其中能使用本發明。該設備包括一個X射線源60，X射線源60與一個第一薄準直窗口61一起產生一個用於要成象的物體62的照射的平面扇形X射線束9。穿過物體62的束進入一個探測器64。可選擇地，與X射線束對準的一個薄縫隙或第二準直窗口10形成用於X射線束9至探測器64的進口。在探測器64中探測入射X射線光子的主要部分，探測器64包括一個轉換和漂移體積13、和用於電子雪崩放大的裝置17，並且這樣取向，從而X射線光子橫向進入在兩個電極裝置1、2之間，在這兩個電極裝置1、2之間創建一個用於在轉換和漂移體積13中的電子和離子的漂移的電場。X射線源60、第一薄準直窗口61、可選擇準直窗口10及探測器64由某一裝置65，例如一個機架或支撐65，彼此相對地連接和固定。用於射線照相的如此形成的設備能作為一個單元運動，以掃描要檢查的物體。
在本申請中，平面X射線束是一種例如由準直器61準直的束。
探測器64包括一個是一塊陰極板2的第一漂移電極裝置和一個是一塊陽極板1的第二漂移電極裝置。他們相互平行，並且其之間的空間包括一個是轉換和漂移體積的薄氣體填充間隙或區域13、和一個電子雪崩放大裝置17。要不然，板是不平行的。一個電壓施加在陽極板1與陰極板2之間，並且一個或幾個電壓施加在電子雪崩放大裝置17上。這產生一個引起間隙13中的電子和離子漂移的漂移場、和在電子雪崩放大裝置17中的一個電子雪崩放大場或幾個電子雪崩放大場。與陽極板1連接的是用於提供的電子雪崩探測的讀出元件的一個裝置15。最好讀出元件裝置15也構成陽極。要不然，讀出元件裝置15能形成與陰極板2或電子雪崩放大裝置17相連接。它也能形成在由一個介電層或基片與陽極或陰極電極分離的陽極或陰極板上。在這種情況下，陽極或陰極電極必須是半可透過的以產生脈衝，例如形成為條或墊。
如看到的那樣，要探測的X射線橫向入射在探測器上，並且進入在陰極板2與陽極板1之間的轉換和漂移體積13。X射線最好在與陽極板1平行的方向上進入探測器，並且可以經一個薄縫隙或準直窗口10進入探測器。以這種方式，能容易地使探測器帶有一條長得足以允許入射X射線光子的主要部分相互作用和被檢測的相互作用路徑。在這種情況下，使用一個準直器，這最好應該這樣布置，從而薄平面束進入靠近電子雪崩放大裝置17和與其平行的探測器。
間隙或區域13填充有一種氣體，該氣體能是一種例如90％氪和10％二氧化碳的混合物或一種例如90％氬和10％甲烷的混合物。該氣體能處於壓力下，最好在範圍1-20個大氣壓內。因此，探測器包括一個帶有一個縫隙進口窗口92的氣密殼體91，穿過該窗口92 X射線束9進入探測器。窗口由對於輻射可透過的材料例如Mylar或薄鋁箔製成。
在操作中，入射X射線9經如果存在則靠近電子雪崩放大裝置17的可選擇薄縫隙或準直窗口10進入探測器，並且在與電子雪崩放大裝置17平行的一個方向上穿過氣體體積。每個X射線光子作為與一個氣體原子相互作用的結果在氣體中產生一個初級電離電子-離子對。這種產生由光電效應、康普頓效應或俄歇效應引起。產生的每個初級電子11經與新氣體分子的相互作用失去其動能，引起電子-離子對(次級電離電子-離子對)的進一步產生。典型地在該過程中從一個20 kev X射線光子產生在幾百與幾千之間的次級電離電子-離子對。次級電離電子16(與初級電離電子11一起)由於在轉換和漂移體積13中的電場向電子雪崩放大裝置17漂移。當電子進入強電場、或電子雪崩放大裝置17的聚焦場線的區域時，他們經受雪崩放大，這在下面進一步描述。
雪崩電子和離子的運動在用於電子雪崩探測的讀元件20中產生電信號。聯繫電子雪崩放大裝置17、陰極板2或陽極板1、或所述位置的兩個或多個的組合拾波這些信號。諸信號進一步由讀出電路14放大和處理，以得到X射線光子相互作用點的準確測量、和可選擇的X射線光子能量。
在上述共同待決申請(PCT/SE98/01873)中描述的探測器中，陰極板2包括一個介電基片6和一個是陰極電極的導電層5。陽極1包括一個介電基片3和一個是一個陰極電極的導電層4。由於聯繫電極板能出現的高電場強度，有火花放電出現在氣體中的危險。這樣的火花放電堵塞探測器一段時間，並且對於探測器和電子電路也可能是有害的。
在圖1b中，表示根據本發明的一種探測器。這裡陽極71包括一個由一個電阻層74攜帶的導電層73，並且陰極72包括一個由一個電阻層75攜帶的導電層76。通過這種布置，電阻層面對著漂移和轉換體積或雪崩放大裝置，其中強電場能出現。由此得到，在火花放電出現的情況下，減小火花放電的功率。因而能控制由此造成的影響。電阻層能形成為一個起用於導電層的載體的基片的作用，並且能由例如一氧化矽、導電玻璃或金剛石製成。火花放電大都出現在陽極71附近。因此，如果僅陽極71包括一個電阻層，並且陰極72如圖1a中那樣形成，就足夠了。圖1b中表示的探測器的其他部分與圖1a的那些相同或類似。
圖2a表示根據本發明一個第一特定實施例的一種探測器的、在圖1b中的II-II處得到的示意、部分放大剖視圖。陰極板72包括一個電阻基片75和一個導電層76，一起形成陰極電極，如描述的那樣。陽極1包括一個介電基片3和一個是一個陽有電極的導電層4。在間隙13與陽極1之間，布置一個電子雪崩放大裝置17。該放大裝置17包括一個雪崩放大陰極18和一個雪崩放大陽極19，由一個介電層24分離。這能是攜帶陰極18和陽極19的氣體或固體基片24，如圖中所示。陰極18和陽極19的兩個或一個能在一個導電層的頂部提供有一個電阻層，從而電阻層的一個表面與氣體接觸(用虛線表示)。要不然，只有陰極72、18或陽極19的一個提供有一個電阻層，最好是只有陽極19(71)。如看到的那樣，陽極電極4和19由相同導電元件形成。藉助於用來在一個雪崩放大區域25中創建一個非常強的電場的一個直流電源7，在陰極18與陽極19之間，施加一個電壓。雪崩區域25形成在彼此面對著的雪崩陰極18的邊緣之間和其周圍的一個區域中，其中由於施加的電壓將出現一個集中電場。直流電源7也與陰極72相連接。選擇施加的電壓，從而在間隙13上創建一個較弱的電場、漂移場。在轉換和漂移體積13中通過相互作用釋放的電子(初級和次級電子)，由於漂移場將向放大裝置17漂移。他們將進入非常強的雪崩放大場並且被加速。加速的電子11、16將與區域25中的其他氣體原子相互作用，引起另外的電子-離子對產生。這些產生的電子也將在場中被加速，並且與新的氣體原子相互作用，引起另外的電子-離子對產生。該過程在電子在雪崩區域中向陽極19的行進期間繼續，並且形成一種電子雪崩。在離開雪崩區域之後，電子將向陽極19漂移。如果電場足夠強，則電子雪崩可能繼續到陽極19。
雪崩區域25由在陰極18和如果存在的介電基片24中的一個開口或通道形成。開口或通道從上方看能是圓形的，或者在如果存在的基片24的兩個邊緣與陰極18之間連續縱向延伸。在當從上方看時開口或通道是圓形的情況下，他們並排布置，每一行開口或通道包括多個圓形開口或通道。多個縱向開口或通道或圓形通道行彼此相近地、彼此平行或與入射X射線平行地形成。要不然，能以其他圖案布置圓形開口或通道。
陽極電極4、19也以聯繫形成雪崩區域25的開口或通道提供的帶條的形式形成讀出元件20。對於每個開口或通道或者開口或通道行布置一個帶條。諸帶條沿其長度能劃分成段，其中為每個圓形開口或通道或者為多個開口或通道能以墊的形式提供一段。帶條和段，如果存在的話，則彼此電氣絕緣。每個檢測器電極元件，即帶條或段，最好獨立地連接到處理電子電路14上。要不然，讀出元件能布置在基片的後側上(相對陽極電極4、19側)。在這種情況下，陽極電極4、19必須是半可透過的以產生脈衝，例如以帶條或墊的形式。聯繫下面的圖3和4，表示讀出元件的不同可能布置15。
作為一個例子，縱向通道能具有在範圍0.01-1mm內的寬度，圓形通道能具有在範圍0.01-1mm內的圓直徑，及介電層24(在雪崩陰極18與陽極19之間的隔離層)的厚度在範圍0.01-1mm內。
圖2b是根據本發明一個第二特定實施例的一種探測器的、在圖1b中的II-II處得到的示意、部分放大剖視圖。該實施例與根據圖2a的實施例的不同之外在於陽極電極4和19由不同的導電元件形成，由一個能是固體或氣體的介電層隔開；並且開口或通道也形成在雪崩陽極電極19中。雪崩放大陽極19連接到直流電源7上。在陽極電極4與19之間的介電層是固體的情況下，它包括穿過介電層的開口或通道，開口或通道基本上與形成雪崩區域25的開口或通道相對應。一個電場創建在陽極電極4與19之間。該場能是一個漂移場，即一個弱場，或者是一個雪崩放大場，即一個非常強的電場。陰極72、18和陽極4、19的任一個或全部能在導電層頂部上裝有一個電阻層，從而電阻層的一個表面與氣體接觸(用虛線表示)。要不然，只有陰極72、18或陽極4、19的一個裝有一個電阻層，最好是陽極4.
圖2c是根據本發明一個第三特定實施例的一種探測器的、在圖1b中的II-II處得到的示意、部分放大剖視圖。該探測器包括一個陰極72、一個陽極1、及一個雪崩放大裝置17。一個是一個轉換和漂移體積的間隙13提供在陰極72與雪崩放大裝置17之間。間隙13被氣體填充，並且如上述那樣形成陰極72。陽極1提供在一個介電基片26，例如一個玻璃基片，的一個後表面上。在基片26的前表面上，交替地提供雪崩放大陰極18和陽極19帶條。陰極18和陽極19帶條是導電帶條，並且連接到直流電源7上，用於在一個陰極帶條18與一個陽極19帶條之間的每個區域中創建一個集中電場，即一個雪崩放大場。陽極1和陰極72也連接到直流電源7上。選擇施加的電壓，從而在間隙13上創建一個較弱電場、漂移場。要不然，介電基片26能由一種氣體代替。然後把陽極和陰極支撐在例如其相應端部。
最好雪崩陽極帶條19也形成讀出元件20，並且然後連接到處理電子電路14上。雪崩陰極帶條18能代之以形成讀出元件，或者與陽極帶條19一起形成。作為一種選擇，陽極電極1能由能分段的帶條構成，並且彼此絕緣。這些帶條然後能單獨或者與陽極和/或陰極帶條一起形成讀出元件。起陽極/陰極和讀出元件作用的帶條，藉助於用於隔離的適當聯接連接到直流電源7和處理電子電路14上。陰極帶條組18和陽級帶條組19的任一個能在一個導電層的頂上裝有一個電阻層，從而電阻層一個表面與氣體接觸。要不然，只有陰極72、陰極帶條組18及陽級帶條組19的一個裝有一個電阻層。在讀出帶條一種布置的另外一個選擇例中，讀出帶條20布置在下面，並且與雪崩陽極帶條19平行。然後使讀出帶條20稍寬於雪崩陽極帶條19。如果他們布置在陽極1下方，則陽極電極必須是半可透過的以產生脈衝，例如以帶條或墊的形式。在又一個可選擇例中，能省去陽極1，因為藉助於陰極電極5、18和陽極電極19能創建必需的電場。
作為一個例子，玻璃基片是約0.1-0.5mm厚。而且，導電陰極帶條具有一個是約20-1000μm的寬度，而導電陽極帶條具有一個約10-200μm的寬度，具有一個約50-2000μm的間距。陰極和陽極沿其延伸能劃分成諸段。
在操作中，X射線光子進入在圖2c的探測器中基本上與雪崩陰極18和陽極19帶條平行的空間13。在轉換和漂移體積13中，吸收入射X射線光子，並且如上述那樣產生電子-離子對。是由一個X射線光子引起的相互作用結果的一團初級和次級電子，向雪崩放大裝置17漂移。電子將進入在一個陽極帶條與一個陰極帶條之間的氣體填充區域中的非常強的電場，這是一個雪崩放大區域。在強電場中，電子啟動電子雪崩。結果，在陽極帶條上收集的電子數量比初級和次級電子數量高几個數量級(所謂的氣體倍增)。對於該實施例的一個優點在於，每次電子雪崩僅在一個陽極元件上或基本上在一個探測器電極元件上產生一個信號。在一個坐標中的位置解析度因此由節距確定。
圖2d表示根據本發明一個第四特定實施例的一種探測器的、與圖1b類似的示意剖視圖。一個電壓施加在陰極72與陽極71之間，以便在間隙13中創建一個用於雪崩放大的非常強的電場。由此間隙13將形成一個轉換和雪崩放大體積。陽極71和陰極72的每一個在一個導電層的頂部上裝有一個電阻層，從而相應電阻層的一個表面處於與氣體接觸。要不然，只有陰極72、或陽極71的一個裝有一個電阻層。
在操作中，X射線光子進入在圖2e的探測器中基本上與陽極71平行並且靠近陰極72的空間13。在體積13中，吸收入射X射線光子，並且如上述那樣產生電子-離子對。產生是由一個X射線光子引起的相互作用結果的一團初級和次級電子。在體積13中的強電場將使電子啟動電子雪崩。由於光子平行於陽極1行進，並且電場是均勻的，所以雪崩放大在探測器中是均勻的。讀出元件分離地與陽極71或陰極相連地布置並且與其絕緣，或者包括在陽極或陰極電極中，如在其他實施例中描述的那樣。
在其中能使氣體體積較薄的實施例中，這引起快速除去離子，導致較低的空間電荷積累或沒有這種積累。這使得高速率下的操作成為可能。
在距離能保持較小的實施例中，這導致較低的操作電壓，引起可能火花的低能量，這對電子電路是有利的。
在實施例中場線的聚焦對於抑制電子流形成也是有利的。這導致降低火花危險。
一般對於本發明的所有實施例，電阻層的電阻率應該保持得低的足以接收高速度，而仍然高得足以防護電極免於火花。
作為一個另外的可選擇實施例，間隙或區域13可以包括一種諸如液體介質或固體介質來代替所述氣體介質之類的電離介質。所述固體或液體介質可以是一個轉換和漂移體積及一電子雪崩體積。
液體電離介質例如可以是TME(三甲基乙烷)或TMP(三甲基戊烷)或具有類似性質的其他液體電離介質。
固體電離介質例如可以是一種半導體材料，例如矽或鍺。當電離介質是固體時，能除去繞探測器的殼體。
能使使用固體或液體電離介質的探測器較薄，並且他們相對於來自由探測器探測的輻射物體的圖象的解析度對入射X射線的方向沒有類似的氣體探測器敏感。
電場最好在引起雪崩放大的區域中，但本發明也能工作在較低電場範圍下，即當在探測器中使用固體或液體電離介質時高得不足以引起電子雪崩。
儘管聯繫多個最佳實施例已經描述了本發明，但要理解，仍可以進行各種改進而不脫離本發明的精神和範圍，如由附屬權利要求書定義的那樣。例如，儘管聯繫其中輻射從側面入射的探測器已經描述了本發明，但本發明能用於其中輻射在任何方向入射的探測器。而且，電壓能以除描述之外的其他方式施加，只要創建描述的電場。
權利要求
1.一種用於電離輻射的探測的探測器，包括一個腔室，填充有一種電離氣體，第一第二電極裝置，提供在所述腔室中，在他們之間有一個空間，所述空間包括一個轉換體積，用於電子雪崩放大的裝置，布置在第一與第二電極裝置之間，及至少一個讀出元件裝置，用於探測電子雪崩，該探測器的特徵在於第一和第二電極裝置的至少一個包括一種帶有一個面對著其他電極裝置的表面的電阻材料。
2.根據權利要求1所述的探測器，其中第一和第二電極裝置的所述至少一個包括一個由電阻材料製成的基片，並且帶有一個第一和一個第二表面，所述第一表面至少部分用一個導電層覆蓋。
3.根據權利要求1或2所述的探測器，其中第一和第二電極裝置的至少一個構成一個漂移電極裝置。
4.根據權利要求1或2所述的探測器，其中第一和第二電極裝置的至少一個構成一個雪崩電極裝置。
5.根據權利要求1或2所述的探測器，其中第一和第二電極裝置的至少一個構成一個雪崩電極裝置，並且第一和第二電極裝置的至少一個構成一個漂移電極裝置。
6.根據以上權利要求任一項所述的探測器，其中所述電阻材料是一種歐姆材料。
7.根據以上權利要求任一項所述的探測器，其中所述電阻材料是金剛石，其一層提供在一種介電材料上。
8.根據權利要求2-7任一項所述的探測器，其中所述基片起一種用於導電層的載體的作用。
9.根據權利要求1-8任一項所述的探測器，其中所述腔室填充有一種電離液體或固體材料以代替所述電離氣體。
10.一種用在平面束射線照相中的設備，包括一個X射線源，用來形成一個基本平面X射線束的裝置，定位在所述X射線與一個要成象的物體之間，該設備的特徵在於，它進一步包括一個根據權利要求1-9任一頂所述的探測器。
11.根據權利要求10所述的設備，其中多個探測器疊置以形成一個探測器單元，對於每個探測器布置用來形成一個基本上平面的X射線束的裝置，所述裝置定位在所述X射線源與要成象的物體之間，X射線源、用來形成一個基本平面的X射線束的所述裝置及所述探測器單元彼此相對地固定，以便形成一個能用來掃描物體的單元。
全文摘要
一種用於電離輻射的探測的探測器(64),和一種用在平面束射線照相中、包括這樣一個探測器的設備。該探測器包括:一個腔室,填充有一種電離介質;第一第二電極裝置(2、1、18、19),提供在所述腔室中,在他們之間有一個空間,所述空間包括一個轉換體積(13);用於電子雪崩放大的裝置(17),布置在所述腔室中;及至少一個讀出元件裝置(15),用於探測電子雪崩。為了減小在腔室中可能火花放電的影響,第一和第二電極裝置的至少一個包括一種帶有一個面對著其他電極裝置的表面的電阻材料。
文檔編號G01TGK1347506SQ00806170
公開日2002年5月1日 申請日期2000年3月30日 優先權日1999年4月14日
發明者湯姆·福蘭克, 弗拉基米爾·佩斯科夫, 克裡斯特·烏爾伯格 申請人:埃克斯康特爾股份公司