JP2000509154A

JP2000509154A - シンチレータ装置

Info

Publication number: JP2000509154A
Application number: JP9538900A
Authority: JP
Inventors: フェイ，シオドアー・ディー
Original assignee: ピーエイチアイ，アプライド・フィジカル・サイエンスィズ・インターナショナル
Priority date: 1996-05-01
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2000-07-18
Also published as: CA2253469A1; EP0896674A1; AU715316B2; AU2723297A; EP0896674A4; WO1997041452A1; US5714761A

Abstract

(57)【要約】シンチレータ検出器装置は、別形態の放射線が繊維の間の開放部分を透過するのを可能にしつつ、一形態の放射線を検出し得るように隔たったパターンにて配置された繊維のサンドイッチ状部部分と、別形態の放射線を検出し得るように繊維に又は該繊維付近に取り付けられた薄膜とを備えている。該薄膜は、シンチレーションを薄膜から繊維内に向ける反射層を有するプラスチック基層上に配置されている。繊維は、例えば、繊維により光増倍管装置に伝送されるベータ粒子を捕獲したときにシンチレーションを発生する。また、該繊維は、膜からの紫外線シンチレーションも感知可能であり、該紫外線シンチレーションに応答して、同様に光増倍管に伝送されるシンチレーションを発生させる。サンドイッチ状部分の組み合わせ体を利用して、飛時間のシンチレーション検出器を形成することができ、また、該サンドイッチ状部分は、選択された繊維及び薄膜に対応して、種々の型式の放射線に応答可能である。

Description

【発明の詳細な説明】シンチレータ装置本発明は、全体として、シンチレータ装置に関し、より具体的には、商業的用途に使用される複数の異なる型式の放射線／粒子を同時に検出することができる薄く且つ迅速なシンチレータに関する。シンチレーションは、高エネルギの粒子又は量子が結晶を透過するときに生じる。粒子は、結晶を透過するときエネルギを原子の電子に伝達することによりエネルギを失う。一方、励起された原子及び励起子は、ＵＶ又は可視光の多数の光子の付随する飛散により崩壊する。固体の結晶性物質は、粒子及びガンマ線が比較的短い帯域を有する高い電子密度である。従って、比較的小さい容積又は薄い厚さにて高エネルギ粒子及び量子の高い検出効率が得られる。光増倍管と組み合わせて使用するとき、結晶性シンチレータは、エネルギの分解能が比較的良い出力信号を提供する。都合の悪いことに、公知のシンチレーチング材料の応答時間は、粒子のエネルギ及び方向に共に、粒子の型式及び質量に関するデータを同時に発生させることのできる粒子検出器を提供するのに十分、迅速ではない。すなわち、現在、ナノ秒の応答時間を有する明るい（＞10陽子／ＫｅＶ）シンチレータ結晶で利用可能なものはない。かかる迅速な反応時間の結晶が現在、必要とされているが、かかるシンチレータの現在の開発は、数年かかり、例えば、製造される新規な結晶の各々に対して100万ドル以上もの極めて多額の費用が必要となる。プラスチックシンチレータのＺ値が低いことは、長い減衰長さを生じさせる。このため、市販の迅速なプラスチックシンチレータは、特に、電子及びＸ線に対して不正確な位置の測定値を提供することになる。更に、これらのシンチレータは、異なる型式の粒子、すなわち、陽子、アルファ、ベータ及び中間子を容易に識別することができない。現在の迅速な無機シンチレータＢａＦ₂、ＣａＦ₂は、最も正確な飛時間の測定を可能にするのに十分、迅速なナノ秒の崩壊時間を有する明るい構成要素を有していない。本発明は、薄く（このため、入射する粒子の方向を感知可能である）、明るく（＞10陽子／ＫｅＶ）且つ飛時間のデータを提供するのに十分、迅速であるシンチレータを利用する粒子検出器に関するものである。発明の概要本発明によるシンチレータ検出装置は、全体として、別形態の放射線が格子パターンの開放部分を透過することを可能にしつつ、１つの形態の放射線を検出する手段を提供する、開放格子パターンにて配置された繊維を含んでいる。本発明は、薄膜と組み合わせて、その一側部にて繊維付近に配置されたプラスチック基層上に薄膜が蒸着された状態にて、別形態の放射線を検出する手段を提供する。適当な電子機器と組み合わせた、このシンチレータの「サンドイッチ状部分」は、異なる形態の放射線又は粒子の飛時間及び位置を同時に測定するために使用することができる。１つの実施の形態において、本発明は、交差パターンにて配置された個々の繊維を備えている。本発明の別の実施の形態において、繊維手段は、互いに平行な関係に配置された個々の繊維から成るようにすることができる。これらの実施の形態の何れも別形態の放射線が透過するのを可能にし得るように、繊維の間に開放領域を提供する。より具体的には、本発明によれば、薄膜は、別形態の放射線の捕獲したときシンチレーションを放出するシンチレーチング材料手段を備え、また、シンチレーションを薄膜手段から繊維手段内に向ける更なる反射層手段をプラスチック基層の上に配置することができる。更に、より具体的には、本発明による装置は、選択されたエネルギのベータ粒子がプラスチック基層及び蒸着した膜を透過することを可能にする厚さを有する個々の繊維を備えることができる。この膜は、選択されたエネルギのアルファ粒子が該膜を透過するのを可能にする厚さを有する。更に、シンチレーションを薄膜手段から繊維手段内に向ける追加的な手段を提供するアルミ被覆したプラスチック膜を繊維手段の両側部付近に配置することができる。薄膜手段内のアルファ粒子によって発生されたシンチレーションは、紫外線の形態をしており、このＵＶ線は繊維内にシンチレーションを発生させる作用可能である。ベータ粒子を捕獲したとき、薄い繊維手段によって紫外線が直接、発生される。プラスチック膜基層を支持するためフレームを設けることができ、個々の繊維をプラスチック基層に接着させる接着剤手段を提供することができる。更に、繊維手段によって発生されたシンチレーションを受け取るため、個々の繊維に接続された光増倍管手段を提供することができる。１つの実施の形態において、本発明の装置は、粒子を判別するための複合的なシンチレータ「サンドイッチ」状手段を備えることができる。例えば、アルファ粒子は、薄膜手段しか透過せず、このため、個々の繊維の間しか透過することができない一方、ベータ粒子は、個々の繊維手段を直接、透過することができる。第二のシンチレーション手段は、アルファ粒子及びベータ粒子の双方を停止させるのに十分な厚さを有し、また、この第二のシンチレータ手段により発生されたシンチレーションを受け取るため第二の増倍管手段が提供される。第二のシンチレーション手段とシンチレーション「サンドイッチ」状部分との間の隔たった関係は、飛時間、位置及び方向を測定することを可能にする。このようにして、この装置は、２つの形態の粒子放射線、すなわち、アルファ粒子及びベータ粒子を判別する。本発明の別の実施の形態において、第一のプラスチック基層に蒸着される第一の薄膜手段によりアルファ粒子が捕獲されたときに紫外線を発生させる第一の薄膜手段が提供される。第一のフレームは、第一のプラスチック基層を支持する手段を提供する。個々の繊維を打撃するベータ粒子及び紫外線を検出すべく開放格子パターンにて第一のプラスチック基層上に配置された個々の繊維を有する第一の繊維手段が提供される。この開放格子パターンは、アルファ粒子が個々の繊維の間を透過することを可能にする。第二のプラスチック基層上に蒸着される第二の薄膜手段によりアルファ粒子を捕獲したときに紫外線を発生させる第二の薄膜手段が提供される。第二のフレーム手段が提供され且つ第二のプラスチック基層を支持し得るように第一のフレーム手段と隔たった関係に配置される。個々の繊維を有する第二の繊維手段が開放格子パターンにて第二のプラスチック基層上に配置され、個々の繊維を打撃するベータ粒子及び紫外線を検出し且つアルファ粒子が個々の繊維の間を透過することを可能にする。より具体的には、この実施の形態において、第一のプラスチック基層は、第一の薄膜手段により発生された紫外線を第一の繊維手段内に向ける反射層手段を備えることができ、この第一のプラスチック基層は、第一の繊維手段の一側部付近に配置され、また、第二のプラスチック基層は、第二の膜手段により発生された紫外線を第二の繊維手段内に向ける反射層手段を備え、この第二のプラスチック基層は、第二の繊維手段の一側部付近に配置されている。この実施の形態において、第一の繊維手段は、選択されたエネルギのベータ粒子が透過することを可能にする厚さを有する個々の繊維から成っており、また、第二の繊維手段は、選択されたエネルギのベータ粒子が透過するのを防止する厚さを有する個々の繊維から成っている。更に、第一の薄膜手段及び第一のプラスチック基層は、選択されたエネルギのアルファ粒子が透過することを可能にする厚さを有し、第二の薄膜手段及び第二のプラスチック基層は、選択されたエネルギのアルファ粒子が透過するのを防止する厚さを有する。従って、この実施の形態において、第一の繊維手段を透過するベータ粒子は電気信号を発生させ、また、第二の繊維手段により捕獲されたときに該第二の繊維手段内に電気信号を発生させる。これらの２つの電気信号は、ベータ粒子の飛時間、方向及びエネルギを判断するのに必要なデータを提供する。同様に、第一の膜手段は、アルファ粒子を捕獲したときに信号を提供し、第二の膜手段は、アルファ粒子を捕獲したときに電気信号を提供し、これらの信号は組み合わさって、アルファ粒子の飛時間及び方向を計算するのに必要なデータを提供する。このように、本発明による組合せ体は、多数の放射線、具体的には、例えば、アルファ粒子及びベータ粒子をエネルギ及び方向に関する情報と同時に検出することが可能である。第一の繊維手段に接続され、ベータ粒子及び紫外線により発生された個々の繊維からのシンチレーションに対応する電気出力を発生させる、第一の光増倍管手段と、第二の繊維手段に接続され、ベータ粒子及び紫外線により発生された個々の繊維からのシンチレーションに対応する電気出力を発生させる、第二の光増倍管手段とにより電気信号が提供される。この紫外線は、第一及び第二の薄膜手段を透過し且つ第一及び第二の繊維手段内にそれぞれ反射されるアルファ粒子に対応する。重要なことは、該第一の薄膜手段が、第一の薄膜手段と第二の薄膜手段との間の距離をアルファ粒子が横断するのに必要な時間よりも速いシンチレーチング発生／崩壊時間を有するシンチレーチング材料から成ることである。従って、本発明のシンチレーチング薄膜手段は、ドープしたＢａＣｌ₂、又はドープしたＺｎＯ膜の何れかから成るようにすることができる。ＢａＣｌ₂膜をＣｅ又はＳｉでドープし、ＺｎＯ薄膜をＳｉＯ₂、Ｇａ₂Ｏ₃及びＨ又はＯでドープすることができる。図面の簡単な説明本発明は、特に、添付図面と共に、以下の詳細な説明を読むことによりより容易に理解することができる。添付図面において、図１は、本発明の１つの実施の形態の斜視図的な分解図である。図２は、図１に図示した実施の形態の側面図である。図３は、図１及び図２に図示した実施の形態に対して使用することのできる関連する電子機器のブロック図である。図４は、図１乃至図３に図示したシンチレータ・サンドイッチ状部分を支持するのに適したフレームの平面図である。図５は、図４に図示したフレーム又はホルダの側面図である。図６は、本発明に従って２つのシンチレータ・サンドイッチ状部分を利用する、本発明の別の実施の形態のブロック／概略図である。図７は、図６に図示した実施の形態にて使用することのできる本発明によるシンチレータ・サンドイッチの平面図である。図８は、図６及び図７に図示した実施の形態の側面図である。図９は、図８に図示した実施の形態の側面／ブロック図である。図１０は、平行列の繊維を利用する本発明の別の実施の形態の平面図である。図１１は、ナノ秒時間目盛り（１つのナノ秒時間表）におけるＺｎＯ（Ｇａ、Ｓｉ、Ｈ）粉末の時間遅れスペクトルのプロット図である。図１２は、ナノ秒時間目盛りにおける１μｍＢａＣｌ₂薄膜の時間遅れスペクトルのプロット図である。詳細な説明先ず、図１を参照すると、その間に開口部２０を有する開放格子パターンにて配置された個々の繊維１４、１６を含む、繊維手段１２を全体として有するシンチレータ検出器装置１０が線図的に示してある。以下に更に詳細に説明するように、繊維１４、１６は、例えばアルファ粒子のような別形態の放射線が格子パターンの開口部２０すなわち開口部分を透過するのを可能にしつつ、例えばベータ粒子のような１つの形態の放射線を検出する作用可能な繊維１４、１６が配置されている。該繊維と組合わさって、薄膜２４は、例えばアルファ粒子のような別形態の放射線を検出する手段を提供し、また、該薄膜手段２４は、繊維手段１２付近に配置されたプラスチック基層２６の上に配置されている。繊維手段１２及び薄膜手段２４は組み合わさって、シンチレータ「サンドイッチ」状部分３０を提供し、該シンチレータ・サンドイッチ状部分３０は、以下に更に詳細に説明するように飛時間技術を使用して異なる種類の粒子のエネルギを正確に測定する機能を含む多数の新規な特徴を提供する。図示するように、シンチレータ・サンドイッチ状部分３０は、アルファ粒子を検出し得るようにミクロン薄膜２４シンチレータが上にある、ベータ粒子を検出する市販のプラスチック繊維の格子を備えている。更に、膜材料及び繊維１４、１６並びに薄膜２４は、弱いＸ線、アルファ、ベータ又は陽子放射線の組合せ体を効果的に検出し且つ測定し得るように選択することができる。本発明を正確に説明するため種々の実施の形態において２層のサンドイッチ状部分のみを説明したが、該サンドイッチ状部分は、多機能で且つ極めて多数の用途にて有用な検出器を形成するため、繊維のその他の格子（図示せず）及び薄膜（図示せず）を含むことができる。本発明による理想的な検出器は、ＵＶ、Ｘ線、ガンマ線、粒子及び中性子を含むあらゆる形態の放射線の性質を特定し且つその放射線を空間的に位置決めし、また苛酷な環境条件下にて劣化しないものである。本発明に従ってベータ粒子を検出するのに適したシンチレーチング繊維１４、１６は、オハイオ州、ソロン及びニューベリーのバイクロン・インコーポレーテッド（Bicron，Inc.）から入手可能であるプラスチックＤＣＦ−10四角繊維であり、これらの繊維１４、１６の各々は約２ｍｍ²であり、その長さは約15ｃｍである。繊維１４、１６は、図１に図示する交差パターンにて配置することができ、繊維間の開口部すなわち間隔は、アルファ粒子が透過することを可能にし得るように約５ｍｍの寸法とする。２ｍｍ²の繊維は、約0.4ＭｅＶ以上のエネルギを有するベータ粒子が10繊維格子を利用する繊維を透過することを可能にする。交差した繊維パターンの全体寸法は約10ｃｍ×10ｃｍである。このことは、例えば、ハママツ（HAMAMATSU）428 6位置感応型光増倍管のような市販の増倍管４０、４２と更なる繊維３４、３６とをそれぞれ相互に接続することを可能にする。繊維１４、１６を透過するベータ粒子（図１に図示せず）によりその内部にて紫外線の形態のシンチレーションを発生させ、この紫外線は、繊維自体により光増倍管４０、４２に光学的に伝達される。本発明の実施の形態に関して以下に更に詳細に説明するように、同様にバイクロン・インコーポレーテッドから入手可能であるＢＣＦ−600のような光学用セメントを使用して繊維１４、１６をプラスチック基層２６に接着することにより、繊維１４、１６を所定位置に保持することができる。薄膜２４は、約１ミクロン乃至３ミクロンの範囲の厚さを有することができ、以下に更に詳細に説明するＢａＣｌ₂又はドープしたＺｎＯのようなシンチレーチング材料から成るものとすることができる。この薄膜は、約３ミクロン乃至約 30ミクロンの範囲の厚さを有するマイラー（MYLAR）（登録商標名）プラスチック基層２６上に配置することができる。このことは、約３ＭｅＶ乃至約10ＭｅＶの範囲のエネルギを有するアルファ粒子が透過することを可能にする。繊維手段１２の開口部２０を透過するアルファ粒子が薄膜２４及び基層２６を透過する一方、繊維１４、１６を打撃するアルファ粒子は、その繊維内に取り込まれ、その後、プラスチックシンチレータディスク４２Ａ上に配置された厚いシンチレーチング膜４０Ａ（例えば、約3ミクロン）により捕獲される。このシンチレータディスク４２Ａは、繊維１４、１６を透過するベータ粒子を停止させ、そのベータ粒子に対応するシンチレーションを発生させる。厚い膜４０Ａ、及びディスク４２Ａからのシンチレーションは第三の光増倍管４６により受け取られる。図２に図示するように、作動中、入射するベータ粒子５０は、繊維１４、１６を透過し、その後、プラスチックシンチレータディスク４２Ａにより捕獲され且つ停止される。以下に説明するように、繊維１４、１６からのシンチレーション及びディスク４６からのその後のシンチレーションは、図面に線５０で示すようにベータ粒子のエネルギ及び移動方向の双方を判断するために使用することができる。開口部２０内で繊維１４、１６の間を透過する入射アルファ粒子５４は、薄膜２４を通じて捕獲され且つ該薄膜を透過し、該薄膜２４は、シンチレーションを発生し、光増倍管の管４０、４２を通じてアルファ粒子に対する最初の飛時間の測定を開始する。厚い膜４０Ａはアルファ粒子を停止させ、そのアルファ粒子に対応するシンチレーションを提供し、そのシンチレーションは、第三の光増倍管４６により受け取られ、その後の電気出力が図２に線５４で示すアルファ粒子のエネルギ及び位置を判断するのに必要な情報を提供する。厚い膜４０Ａ及びシンチレータディスク４２Ａは、シンチレータ・サンドイッチ状部分３０に対して例えば、約８ｃｍの隔たった関係にて配置されている。以下に説明するように、薄膜手段は、アルファ粒子が薄膜手段２４と厚い膜４０Ａとの間の距離を横断するのに必要な時間よりも速いシンチレーション発生／崩壊時間を有するシンチレータ材料から成っている。このように、アルファ粒子が薄膜２４を透過し、厚い膜４０Ａにより停止されるとき、別個の電気的出力信号が発生される。従って、この速い応答時間は、図１及び図２に図示したシンチレータ装置を使用することを通じて飛時間を測定することを可能にする。図３には、検出器装置１０を支援する電子機器が示してある。全体として、この支援装置の全ては市販されており、従って、図３に線図として示してある。飛時間を測定するとき、ベータ粒子が繊維１４、１６を打撃する時間と、隔たったシンチレータ４２Ａを打撃する時間との差を測定するために時間遅れの補正器が利用される。光増倍管４０、４２は、飛時間の測定の開始時におけるベータ粒子のｘ、ｙ座標を決定する。この信号は、時間遅れ補正器６０に送られる。アルファ粒子が繊維を打撃する可能性があることを考慮して、ベータ粒子とアルファ粒子とを識別し、ベータ粒子の情報のみを時間遅れ調和装置に伝達するため判別装置６２が利用される。アルファ粒子が横断することに応答する薄膜からのシンチレーションは紫外線帯域内にある。この紫外線エネルギは、繊維１４、１６により捕獲され、該繊維は追加的なシンチレーションを発生させ、その追加的なシンチレーションも伝達され且つ光増倍管４０、４２により受け取られる。また、薄膜２４を横断するアルファ粒子に対応する電気的出力も一定成分判別装置６２に入力され、その後、時間遅れ補正器６０に入力される。その結果、ベータ粒子及びアルファ粒子が繊維１４、１６及び薄膜２４をそれぞれ横断するとき、そのベータ粒子及びアルファ粒子の各々に対する別個の開始信号が発生される。アルファ粒子及びベータ粒子は、厚い膜４０Ａ及びシンチレータディスク４２Ａによりそれぞれ停止され、該粒子に起因する刺激の結果、光増倍管４６から電気的出力が発生する。アルファ粒子及びベータ粒子に関連する２つのシンチレーション事象に鑑みて、この出力は、アルファ一定成分判別装置６４、時間ゲート６６を通って流れ、その後、時間遅れ調和装置に入る。更に、光増倍管４０、４２、４６からの出力は、検出された粒子に関するエネルギの位置データを提供する時間遅れ補正器を利用する適当なコンピュータ６８に供給される。上述したように、シンチレーチング繊維１４、１６は、ベータ粒子のみならず、シンチレーチング薄膜２４により発生された紫外線にも応答可能である。このように、薄膜を横断し且つその内部でシンチレーションを生じさせるアルファ粒子に対応する電気的出力を提供するため別個の光増倍管（図示せず）は不要である。反射層７４のシンチレーションに起因した薄膜から放出された紫外線の結合を向上させるため、薄膜２４からの紫外線シンチレーションを繊維１４、１６内に向ける、アルミニウム等とすることのできる反射層７４が提供される。上述したように、繊維１４、１６は、基層２６に接着することができるが、基層自体は、図４及び図５に図示するような、ステンレス鋼製フレーム７８により支持することができる。該フレームは、ロッド８６、８８及び第二の組みのバー９０、９２により隔たった関係に保持された２本のバー８０、８２を含むことができ、バー９０、９２を貫通し且つバー８０、８２にそれぞれ螺着可能に係合するねじ９４を通じて組みのバー８２、９０及び８０、９２の間にクランプ止め動作が提供される。バー８０、８２及び９０、９２の相互境界面９８、１００は、その間を伸びた膜２６を把持し易くし得るように粗仕上げとすることができる。次に、図６を参照すると、２つのシンチレータ・サンドイッチ状部分１０８、１１０を利用する、本発明の別の実施の形態１０４が図示されている。これらシンチレータ・サンドイッチ状部分１０８、１１０は、上述したサンドイッチ状部分３０と同等であり、これら２つのサンドイッチ状部分の利用により、上述したシンチレータ・ディスク４２Ａ及び第三の光増倍管４６が不要となる。電子的な支援装置に対する共通の参照番号は、図３に関して上述した同様の電子構成要素に対応する。この場合にも、ＴＡＣ60の開始信号と停止信号との時間差は、アルファ及びベータ事象の各々に対する飛時間のデータ流を提供する。繊維シンチレータ１４、１６及び関連した電子機器１１４内の位置感知型光増倍管４０、４２は、粒子事象のとき、位置及び明るさの双方を提供し、このため、パルス高分析装置６８を備えるコンピュータは、図１に示した数式から粒子の方向、エネルギ、速度及び質量を自動的に表示する。表１図２に図示した粒子検出器に対する性能の等式は次の通りである。ＢＣＦ10繊維がカバーする部分領域Ａ_fは、次のようにして求められる。Ａ_f＝ｆ_d×ｆ_l×Ｎ_f＝10ｃｍ² ｆ_d＝0.2ｃｍｆ_l＝５ｃｍＮ_f＝10 ホルダの面積Ａ_hは、５ｃｍ×５ｃｍ＝25ｃｍ²である。１本のファイバを打撃する確率はＡ_f／Ａ_h−0.4であり、１本のファイバを外れる確率は（Ａ_h−Ａ_f）／Ａ_h＝0.6である。これら点の設計変数は、図２の事例に対して示すものである。すなわち、双方の繊維層をベータ粒子が打撃する確率はＡ_f ²／Ａ_h ²＝0.16である。アルファ粒子が双方の繊維層を外れる確率は（Ａ_h−Ａ_fｆ）²／Ａ_h ²＝0.36である。飛時間ごとの粒子の運動エネルギは、Ｔ＝（ν−１）Ｍｃ²、この場合 ν ²＝１／（１−β²）、但し、β＝ｖ／ｃである。この等式において、Ｍは粒子の静止質量、ｖは粒子の不適当な速度、ｃは真空中の量子の速度である。Ｌ_pの測定値（図７Ｂ参照）は、Ｘ_f、Ｙ_fのＰＭＴ位置を感知する測定値から直接、求められる。Ｌ_p ²＝（Ｘ_f−Ｘ_c）²＋（Ｙ_f−Ｙ_c）²＋Ｌ_o ²であるから、これらは、粒子のエネルギ及び位置を計算することを可能にする。運動エネルギＴに対し、Ｔ＝（ν−１）Ｍｃ²、β＝Ｌ_p／ｃｔ_pとなり、従って、ν ²＝（ｃｔ_p ）²／［（ｃｔ_p）−Ｌ_p ²］となる。この事例において、定数Ｘ_c、Ｙ_c、Ｌ_oは、粒子検出器の製造中に求められ、また、走行時間ｔ_pの測定値も図３に図示したＴＡＣ60で求められた。図２に図示した源の角度座標θ、φは次式から求められる。ここで、源の象限を特定するためｃｏｓφ及びｓｉｎφの双方が必要である。図７は、光増倍管の管４０、４２と相互に接続された交差列の繊維１４、１６を示すシンチレータ・サンドイッチ状部分の平面図である。該光増倍管は、ハママツから入手可能であり、立ち上がり時間が約300ピコ秒、遷移時間の拡がりが約200ピコ秒、崩壊時間が約1200ピコ秒のモデルＨ6564及びＲ5900Ｕである。繊維１４、１６と、光増倍管４０、４２との結合は、市販の光学的面板１１６、１１８に対して行うことができる。次に、図８を参照すると、図６及び図７に図示した実施の形態１０４の側面図が示してある。２つのシンチレータ・サンドイッチ状部分１０８、１１０は、互いに約10ｃｍ離して配置することができる。サンドイッチ状部分１１０は、サンドイッチ状部分１０８と同様に、繊維１２０、１２２と、アルミ被覆膜１２４とを有している。薄膜２４、１２４からそれぞれ繊維１４、１６及び１２０、１２２内への紫外線シンチレーションの結合を促進するため、アルミ被覆したプラスチック膜１２６、１２８も提供されており、該アルミ被覆プラスチック膜は、薄膜手段２４、１２４から繊維１４、１６及び１２０、１２２内へそれぞれ紫外線シンチレーションを向ける手段を提供する。源１３２からのアルファ粒子１３０も図８に示されており、該アルファ粒子は、繊維１４、１６の間の開口部２０内を該繊維の間を通り且つ繊維１２０、１２２又は膜２４により捕獲される。他方、ベータ源１３６からのベータ粒子１３４は、繊維１４、１６及び繊維１２０、１２２の１つ以上と交差する。図８に図示した実施の形態の側面図は、図９にて共通の源１４０からのアルファ粒子１３０及びベータ粒子１３４を検出する状態が示されている。本発明の別の実施の形態が図１０に図示されており、この図１０において、繊維１４４はそれぞれ光増倍管１４８、１５０と光学的面板１５０、１５２の間にて平行状態に配置されている。繊維１４４、光増倍管１４８、１５０及び光学的面板１５０、１５２は、本発明の実施の形態１０、１０４に関して上述したものと同一である。実施の形態１４２は、図１０に線１５６として表示した周知の多線カウンタ装置を具体化する。この実施の形態は、アルファ粒子の約50％が図２及び図８に図示した交差線の実施の形態１０、１０４と異なり、繊維１４４を透過するという有利な点がある。多線カウンタ１５６は、0.1ｍｍまで２つの光時間の位置にてＸ、Ｙ粒子の位置を測定し、十分に迅速な繊維１４６、膜シンチレータ１６０は 50ピコ秒の精度まで光の時間を測定する。多線１５６は、枠１６４、１６６、１６８にて表示する３つの信号を発生させる。これらの信号は、図１０に図示しない飛時間補正器６０を始動させるため、一定成分判別装置１７４、１７６に送られる。この配置の結果、より簡単な一元的光ファイバの設計となるが、多少より複雑な電子機器を備えることになる。多線電子機器及び形態の完全な説明は、1995年の物理的研究における核計測器及び方法（Nuclear Instrumentation and Methods in Physics Research）」Ａ３６６、１２９にて、ミゾガワ（Mizogawa）、Ｍ.サトー（Sato）及びＹ.アワヤ（Aw aya）により「ＭＢＷＣ二次元的位置読み取り技術の多線比例式カウンタへの応用（Application of the MBWC Two-Dimensional Positional Readout Technique s to a Nulti-wire Proportional Counter）」に記載されている。この論文は、本発明の装置に適した電子機器を説明すべく本明細書に含めてある。本発明によるシンチレータ装置は、正確な飛時間の測定を行うため、重無機薄膜を必要とする。これらの重無機シンチレータは、明るく且つナノ秒の崩壊速度を有していなければならない。重無機シンチレータを選択するための理論的背景を説明するべく引用して本明細書に含めた、1972年、ニューヨークのアメリカン・エルズビュアのアベルス（ Abels）、Ｆ.による「固体の光学的性質（Optical Properties of Solids）」に記載されたような結晶中の励起子の理論的な説明を利用することで、適正な材料を選択することができる。この理論は、ＺｎＯ（Ｇａ）のようなドープしたＺｎＯにおけるＢａＣｌ₂の選択に利用される。プラスチック基層に蒸着した薄膜は、本発明にて有用であり、ウィスコン州、ミルウォーキーのアルドリッヒ・ケミカル・カンパニー（Aldrich Chemical Com pany）から入手可能である、ＢａＣｌ₂、ＺｎＯの超純粋粉末、及びそのドーパントにて形成することができる。これらの粉末は、混合し且つ約180,000ｐｓｉの圧力で低温加圧成形して抵抗スパッタリング又は電子ビーム溶着に適した小さいペレットにする。本発明にて利用される膜の各々は、電子ビーム法に対して５つのペレットが必要であった。該ペレットの直径は18ｍｍ、厚さは1.25ｍｍである。蒸着させた基層上にＢａＣｌ₂及びＺｎＯ（Ｇａ）を蒸着した後、電子ビーム蒸着を行う前に、バリウムハロゲン化物ペレットを真空中で約300℃にて４時間、加熱して、残留水又は水和物を除去し、また、蒸着の前に、全てのプラスチック基層を従来の技術で洗浄した。更に、蒸着前に、そのフレーム中のプラスチック基層は２時間、80℃まで加熱して残留水を除去した。この蒸着は、電子ビーム銃、光学的モニタ装置及び厚さモニタ装置、＜10^-5トールの能力の真空装置、ブローバー及び電源を利用し、これらは全て従来の装置である。蒸着は＜２×10^-5トールの圧力にて行った。バリウム・ハロゲン化物を蒸着した後、膜の一部は二酸化ケイ素の層で上被覆し、結晶の水和作用を防止した。基層中の膜を１時間、露出させた後、二酸化ケイ素の被覆は水和作用を遅らせないことが分かった。図１１には、１ナノ秒時間及び分解能におけるＺｎＯ（Ｇａ）リン酸粉末のシンチレーションの時間遅れが示してある。この粉末は、有効透過厚さが30ミクロンであり、標準明るさは15光子／ＫｅＶである。図１２には、本発明に従ってミクロン厚さのＢａＣｌ₂膜のイルミネセンスの時間遅れが示してある。理解し得るように、２つのシンチレータは、明るさ及び速度の点で比較可能である。上述した方法は、シンチレータに適した、光学的に透明な第一のＢａＣｌ₂と、ＺｎＯ膜とを生じさせた。図１１及び図１２を比較すると、乾燥し、透明で且つ均一なＢａＣｌ₂の結晶膜は、水和化したＢａＣｌ₂粉末と同一の明るさのとき、同一の遅延時間速度にて蛍光を生することが分かる。更に、該崩壊時間及び明るさは、飛時間の測定を行うために本発明にて使用するのに適している。本発明によるシンチレータ検出器装置には多くの用途がある。例えば、油田掘削及び鉱山の開発において、種々の計測のため中性子の発生源を知るべくＤ（Ｔ、アルファ）ｎ事象の正確なタイミングを判断するため、アルファ粒子を検出する迅速な薄膜シンチレータが必要とされる。アルゴン・ナショナル・ラボラトリー（Argon National Laboratory）は、中性子の発生源と標的との間の距離を測定する新規な方法を開発した。この方法において、Ｄ（Ｔ）融合により発生されたアルファ線の時間をシンチレータ及び光増倍管（ＰＭＴ）により記録する。パルス・ポストアルファ・シンチレータ／ＰＭＴが計測器の時間／振幅の補正器（ＴＡＣ）を始動させ、中性子／標的の捕獲によるガンマ線を受けることによりＴＡＣを停止させることができる。現在、アルファ・シンチレータの崩壊速度がＴＡＣ停止／始動の正確な測定に適合するものはない。かかる中性子の標的の距離により、油田掘削のため及びある種の微量の鉱物を検出するため、三次元的な同位元素マップが得られる。本発明によるシンチレータ検出器は、この必要性に適合するものである。本発明により提供されるような経済的なシンチレータは、医療用としてＸ線を検出する適用例における改良となる。本発明に従って形成された更に経済的な検出器は、学生及び研究者による利用をより容易にし、同様に、安全目的のための済的なシンチレータも更に提供するものである。化学分野及びエレクトロニック産業にて本発明によるシンチレータの無限の用途を見い出すことができる。本発明を有利に使用することのできる方法を示す目的のため、本発明によるシンチレータ装置に関して上述したが、本発明は、これにのみ限定されるものではないことを理解すべきである。従って、当業者に案出される任意の且つ全ての改変例、変更又は均等な配置は、請求の範囲に記載した本発明の範囲に属すると見なすべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．シンチレータ検出器装置において、別形態の放射線が格子パターンの開放部分を透過するのを可能にしつつ、一形態の放射線を検出し得るように、開放格子パターンにて配置された繊維手段と、別形態の放射線を検出する薄膜手段であって、その一側部にて前記繊維手段付近に配置されたプラスチック基層上に蒸着された薄膜手段とを備える、シンチレータ検出器装置。２．請求項１に記載の装置において、前記繊維手段が、交差パターンにて配置された個々の繊維をから成る、装置。３．請求項１に記載の装置において、前記薄膜手段が、別形態の放射線を捕獲したとき、シンチレータを放出させるシンチレータ材料手段を備える、装置。４．請求項３に記載の装置において、前記薄膜手段から前記繊維手段内にシンチレーションを向け得るように、前記プラスチック基層上に配置された反射層手段を更に備える、装置。５．請求項１に記載の装置において、前記繊維手段が、選択されたエネルギのベータ粒子が透過するのを可能にする厚さを有する個々の繊維から成る、装置。６、請求項５に記載の装置において、前記プラスチック基層及び蒸着された膜手段が、選択されたエネルギのアルファ粒子が透過するのを可能にする厚さを有する、装置。７．請求項４に記載の装置において、前記薄膜手段から前記繊維手段内にシンチレーションを向け得るように、前記繊維手段のもう一方の側部付近に配置された、アルミ被覆したプラスチック膜手段を更に備える、装置。８．請求項７に記載の装置において、前記薄い繊維手段により発生されたシンチレーションが、紫外線を含み、前記繊維手段が、ベータ粒子を捕獲したときに第一のシンチレーションを発生させ、前記薄いフィルタ手段により発生された紫外線を捕獲したときに第二のシンチレーションを発生させる作用可能である、装置。９．アルファ粒子を捕獲したときに紫外線を発生させる薄膜手段を備え、該薄膜手段がプラスチック基層上に蒸着される、シンチレータ検出器装置において、前記プラスチック基層を支持するフレーム手段と、ベータ粒子及び個々の繊維を打撃する紫外線を検出し、アルファ粒子が前記個々の繊維の間を透過するのを可能にし得るように開放格子パターンにて前記プラスチック基層上に配置された個々の繊維を有する繊維手段とを備える、シンチレータ検出器装置。１０．請求項９に記載の装置において、前記個々の繊維が交差する格子パターンにて蒸着される、装置。１１．請求項９に記載の装置において、前記個々の繊維が互いに対して平行な関係に配置される、装置。１２．請求項９に記載の装置において、前記プラスチック基層が、前記薄膜手段により発生された紫外線を前記繊維手段内に向ける反射層手段を備え、前記プラスチック基層が前記繊維手段の一側部付近に配置される、装置。１３．請求項１２に記載の装置において、前記薄膜手段から前記繊維手段内に紫外線を向け得るように前記繊維手段のもう一方の側部付近に配置された、アルミ被覆したプラスチック膜手段を更に備える、装置。１４．シンチレータ検出器において、別形態の放射線が個々の繊維の間を透過するのを可能にしつつ、一形態の放射線を捕獲したときにシンチレーションを発生させ得るように、開放列にて配置された前記個々の繊維を有する繊維手段と、別形態の放射線を捕獲したときにシンチレーションを発生させる薄膜手段であって、プラスチック基層上に配置された薄膜手段と、前記プラスチック基層を支持するフレーム手段と、前記繊維手段により発生されたシンチレーションを受け取り得るように、前記個々の繊維に接続された光増倍管手段と、その内部にて更なるシンチレーションを発生させ得るように前記薄膜手段から前記繊維手段内にシンチレーションを向けるべく、前記プラスチック基層上に配置された反射手段とを備える、シンチレーション検出器。１５．請求項１４に記載のシンチレーション検出器において、開放列にて前記プラスチック基層内に入る個々の繊維を更に備える、シンチレーション検出器。１６．請求項１４に記載のシンチレーション検出器において、前記個々の繊維が交差する格子パターンにて配置される、シンチレーション検出器。１７．請求項１４に記載のシンチレーション検出器において、前記個々の繊維が互いに対して平行な関係に配置される、シンチレーション検出器。１８．請求項１４に記載のシンチレーション検出器において、前記繊維手段が、選択されたエネルギのベータ放射線を捕獲した後、該ベータ放射線が透過するのを可能にする厚さを有する個々の繊維から成る、シンチレーション検出器。１９．請求項１８に記載のシンチレーション検出器において、前記プラスチック基層及び蒸着した膜手段が、選択されたエネルギのアルファ放射線を捕獲した後、該アルファ放射線が透過することを可能にする厚さを有する、シンチレーション検出器。２０．請求項１９に記載のシンチレーション検出器において、前記膜手段を透過し且つ前記個々の繊維の間を透過する粒子と、前記繊維手段を透過するベータ粒子とを発生させるシンチレータ手段であって、アルファ粒子及びベータ粒子の双方を停止させるのに十分な厚さを有するシンチレータ手段と、前記シンチレータ手段内で発生されたシンチレーションを受け取る第二の光増倍管手段とを更に備える、シンチレーション検出器。２１．請求項２０に記載のシンチレータ検出器において、前記第二の光増倍管手段が、前記繊維手段及び前記薄膜手段からある距離の位置に配置され、前記薄膜手段が、前記アルファ粒子が前記第二の光増倍管と前記繊維及び薄膜手段との間の距離を横断するのに必要な時間よりも速いシンチレーション発生／遅れ時間を有するシンチレーション材料から成る、シンチレータ検出器。２２．請求項２１に記載のシンチレータ検出器において、前記シンチレーション材料がＢａＣｌ₂から成る、シンチレータ検出器。２３．請求項２１に記載のシンチレータ検出器において、前記シンチレータ材料がドープしたＺｎＯから成る、シンチレータ検出器。２４．飛時間のシンチレータ検出装置において、アルファ粒子を捕獲したときに紫外線を発生させる第一の薄膜手段であって、第一のプラスチック基層上に蒸着された第一の薄膜手段と、前記第一のプラスチック基層を支持する第一のフレーム手段と、個々の繊維を打撃するベータ粒子及び紫外線を検出し且つアルファ粒子が前記個々の繊維の間を透過するのを可能にし得るように、前記第一のプラスチック基層上に開放格子パターンにて配置された個々の繊維を有する第一の繊維手段と、アルファ粒子を捕獲したときに紫外線を発生させる第二の薄膜手段であって、第二のプラスチック基層上に蒸着された第二の薄膜手段と、前記第二のプラスチック基層を支持し得るように、前記第一のフレーム手段に対して隔たった関係に配置された第二のフレーム手段と、個々の繊維を打撃するベータ粒子及び紫外線を検出し且つアルファ粒子が前記個々の繊維の間を透過するのを可能にし得るように、開放格子部分内にて前記第二のプラスチック基層上に配置された個々の繊維を有する第二の繊維手段とを備える、シンチレータ検出装置。２５．請求項２４に記載の装置において、前記第一のプラスチック基層が、前記第一の薄膜手段により発生された紫外線を前記第一の繊維手段内に向ける反射層手段を備え、前記第一のプラスチック基層が前記第一の繊維手段の一側部付近に配置され、前記第二のプラスチック基層が、前記第二の薄膜手段により発生された紫外線を前記第二の膜手段内に向ける反射層手段を備え、前記第二のプラスチック基層が前記第二の繊維手段の一側部付近に配置される、装置。２６．請求項２５に記載の装置において、前記第一の繊維手段が、選択されたエネルギのベータ粒子が透過するのを可能にする厚さを有する個々の繊維から成り、前記第二の繊維手段が、反射されたエネルギのベータ粒子が透過するのを防止する厚さを有する個々の繊維から成るようにする、装置。２７．請求項２５に記載の装置において、前記第一の薄膜手段及び第一のプラスチック基層が、選択されたエネルギのアルファ粒子が透過するのを可能にする厚さを有し、前記第二の薄膜手段及び第二のプラスチック基層が、反射されたエネルギのアルファ粒子が透過するのを防止する厚さを有する、装置。２８．請求項２７に記載の装置において、ベータ粒子及び紫外線により発生された、個々の繊維からのシンチレーションに対応する電気的出力を発生させ得るように、前記第一の繊維手段に接続された第一の光増倍管手段と、ベータ粒子及び紫外線により発生された、個々の繊維からのシンチレーションに対応する電気的出力を発生させ得るように、前記第二の繊維手段に接続された第二の光増倍管手段とを更に備える、装置。２９．請求項２８に記載の装置において、前記第一の薄膜手段が、前記アルファ粒子が前記第一の薄膜手段と第二の薄膜手段との間の距離を横断するのに必要な時間よりも速いシンチレータ発生／崩壊時間を有するシンチレーション材料から成る、装置。