JPS6313251A - 電離形検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電離形検出器に関するものであって、更に詳し
く言えば、Ｘ線断層撮影において使用されるような検出
器に関する。

［発明の背景コ Ｘ線断層撮影においては、上方から見た断面像を計算機
によって再構成するため、側面方向から被検体の多１重
Ｘ線撮影が行われる。しかるに、かかるＸ線断層撮影の
分解能を向上させようとする場合（すなわち、被検体の
一層小さな部分を観察しようとする場合）には、数多く
の問題に遭遇することになる。

たとえば、Ｘ線断層撮影において使用される種類の検出
器に由来する問題について考察しよう。

かかる目的のためにＸ線フィルムは使用されない。

なぜなら、（多数の写真が必要とされるため）莫大な費
用がかかる上、このような検出器（すなわちフィルム）
から計算機にデータを転送することが困難なためである
。それに代って実際に使用される検出器は、Ｘ線に応答
する一般に小形で互いに独立した感知器である。分解能
の向上を達成するためには、一層小形の感知器を密集状
態で使用しなればならない。自明のことながら、互いに
極めて近接して配置される非常に小形の感知器を製造す
る際には様々な問題が起こる。

高分解能の断層撮影用感知器の製造に際して直面する問
題以外にも、従来の断層撮影装置の多くは管理された環
境においてしか十分な機能を果さないことが知られてい
る。このたび本発明者は、管理された環境を維持するこ
との必要性を排除することにより、かかる断層撮影装置
を（たとえば製造現場のような）不適正な環境において
動作させ、更には断続的でない連続方式で使用すること
を可能にする改良を見出した。このような改良は、ター
ビン翼をはじめとするガスタービンエンジン部品の断層
撮影検査に関して有意義である。

更にまた、従来の電離形検出器の一形式においては、第
１図に示されるごとく互いに隣り合う検出器６Ａの間に
仕切板３Ａが配置されている。がかる仕切板は、イオン
化した粒子９Ａが経路１２Ａを辿り、そして直下の検出
器以外の検出器（すなわち検出器６Ｂ）に入射するのを
防止するために役立つ。

［発明の目的］ 本発明の目的の１つは、断層撮影において使用するため
の新規で改良されたＸ線検出器を提供することにある。

また、断続的でない連続使用のための新規で改良された
Ｘ線検出器を提供することも本発明の目的の１つである
。

［発明の概要］ 本発明の一態様に従って述べれば、ハウジングによって
電離室が形成される。ハウジングの外側から電離室内に
挿入した基板上には、検出器素子の上方において起こる
電離現象によって生じた電荷を捕獲するための複数の細
長い検出器素子が支持されている。本発明は、好ましく
はキセノンガスから成る電離媒質の封入を改善するため
にハウジングの機械的改良を行うと共に、検出器に由来
するスプリアス電流の原因を除去する方法をも提供する
ものである。

［発明の詳細な説明］ 従来のＸ線検出器の一例としては、「高圧高分解能キセ
ノンＸ線検出器列」に関する米国特許第４３９４５７８
号明細書中に記載されたものが挙げられる。本明細書に
添付された図面中の第２図は上記米国特許明細書に添付
された図面中の第２図と同じものであって、上記米国特
許明細書の４〜５頁にはこの図に関して下記のごとくに
説明されている。

「本発明に従って製造されたＸ線検出器を第２図に示す
。検出器１０は概して円筒形の金属または合金製のハウ
ジング部材１２を含んでいて、そのハウジング部材１２
には金属または合金製の端板１４がたとえばボルト１６
によって固定されている。ハウジングを構成する端板１
４とハウジング部材１２との間は、圧縮可能な材料（た
とえばゴム）から成る０リングシールによって封止され
ている。ハウジング部材１２は概して円筒形の電離室２
０を形成するが、その一端はＸ線が容易に透過する材料
（たとえばアルミニウム）の薄板から成る窓２２によっ
て閉鎖されている。なお、電離室２０の他端は端板１４
によって閉鎖されている。端板１４を貫通して集電板２
４および２６が配置され、かつテーパ付きのエポキシ樹
脂シール２８および３０によってそれぞれ封止されてい
る。

電離室内にはまた電圧板３２および３４が配置され、か
つそれぞれ電気導線３６および３８によって電気接点４
０および４２にそれぞれ接続されている。端板１４を貫
通して配置された電気接点は、ガスケット４４および４
６によってそれぞれ封止されている。なお、検出器内に
はただ１組の集電板および電圧板を使用してもよいし、
あるいは実用可能な任意の組数の集電板および電圧板を
使用してもよいことを理解すべきである。」ところで本
発明者は、電離室２０をキセノンガスで約１１００ｐｓ
ｉの圧力にまで加圧した場合、端板１４が第３図に誇張
して示されるような弓状に湾曲することを見出した。か
かる湾曲は、スリットを有する円形隔壁の一面に圧力が
加わった場合の湾曲と同様なものである。端板１４の湾
曲の結果として、第３図の領域１０２内に位置する部分
のエポキシ樹脂シール２８および３０（第２図）が引張
力を受け、また領域１０４内に位置する部分のシールが
圧縮力を受ける（なお、第３図にはシールを図示せず）
。これらの力はシールの有効寿命を短縮することがある
。

本発明に従えば、第４図の断面図および第５図の分解図
に示されるようにハウジング部材１１２の内部に概して
方形の（つまり円筒形でない）電離室１２０を形成する
ことによって湾曲が軽減される。かかる電離室は矢印１
０６Ａおよび１０６Ｂの方向に細長く伸びている。同様
に、端板１１４もまた細長く伸びている結果、円形隔壁
との類似性は減少し、そのため端板１１４が円形隔壁と
して挙動する傾向は低減する。

電離室１２０の上方および下方には点線１２６によって
囲まれた材料領域が存在するが、これらはガーダ（ｇｉ
ｒｄｅｒ）のウェブと同様な補強ウェブとして作用する
。かかるウェブ機能は、点線内の材料をＩ形ビーム１２
６Ａとして模式的に示した第６図中に一層明確に表わさ
れている。キセノンガスによって端板１１４に加えられ
る圧力は、点線１２６Ｂによって示されるごとくにＩ形
ビーム１２６Ａを曲げる（つまり「弓状に湾曲」させる
）傾向がある。しかるに、ウェブ１２６Ｃはこのような
曲げに抵抗する傾向がある。すなわち、第４図の領域１
２６内の材料は第６図の■形ビーム１２６Ａと同様に弓
状の湾曲に抵抗するのである。

領域１２６内に補強材料を含んだ方形構造の端板は、弓
状の湾曲を軽減する一方、集合体の「口開き（ｙａｗｎ
ｉｎｇ　）　Ｊを引起こす傾向が見られた。

このような現象は第７図に著しく誇張して示されている
。口開きは寸法１２７の増加をもたらす。

かかる口開きの原因は、一部には、溝穴１２８の内部に
大きい引張強度を持った材料が存在しないことにある。

かかる口開きの結果、（後記に詳述される）溝穴内のシ
ーラントは引張力を受けることになる。

本発明に従えば、第５図の領域１３０内に補強材料を設
けることによって口開きが軽減される。

かかる材料は、電離室が加圧された時に引張力を受ける
。領域１３０内の材料の作用は、工形ビーム１２６Ａ同
士がケーブル１３０Ａによって結合されている状態を示
した第６図中に模式的に表わされている。すなわち、前
述のＩ形ビーム１２６Ａが弓状の湾曲を抑制する一方、
ケーブル１３０Ａが口開きを抑制するのである。模式的
に示されたこれらの工形ビームおよびケーブルは、実際
には、製造の便宜上から第５図の領域１２６および１３
０内の中実（ｓｏＨｄ　）な材料の形態を取っている。

　溝穴１２８内部のシールに作用する引張力を更に低減
させるため、本発明に従えば、端板１１４を第８図の荷
重セル１３２内に装着することによって予め荷重が加え
られる。端板１１４の上部１３６および下扉１３８には
孔１３４が形成され、そしてこれらの孔にはめねじが切
られている。孔１３４の中に（１０本の）ボルト１３６
がねじ込まれ、そしてそれぞれのはり１４０および１４
２に対して固定される。これらのボルトの直径は０．１
９０インチであり、かつねじ山のピッチは０．０３１イ
ンチである。それぞれのボルト１３６を１２フイートポ
ンドのトルクで締付けると、溝穴１２８は第９図に誇張
して示されるごとくに広がる傾向を示す。溝穴がこのよ
うに広がった状態にある時、第２図の電圧板３２および
集電板２４と同様な（後記に詳述される）第４図の電圧
板１４４および集電板１４５を溝孔１２８を通して挿入
し、次いで集電板１４５を取巻く空隙にエポキシ樹脂セ
メントを充填することによって前記のシール１４６が形
成される。セメントが硬化した後、ボルト１３６の作用
を解除してエポキシ樹脂シール１４６を圧縮することに
より、それに予備荷重が加えられる。その後に電離室１
２０が加圧されると、エポキシ樹脂シールから荷重が除
去されて無荷重の状態に戻る傾向が生じる。

このようなエポキシ樹脂の予備荷重は、エポキシ樹脂が
引張よりも圧縮に強いという事実を利用したものである
。第４図の電離室１２０を加圧した場合、エポキシ樹脂
に加わる圧縮荷重は（口開きによって）低減し、そして
加圧キセノンガスがそれに剪断荷重を及ぼすのみとなる
。エポキシ樹脂が予備荷重を受けていない第２図の場合
には、集合体の口開きがエポキシ樹脂に引張荷重を及ぼ
すと同時に加圧キセノンガスがそれに剪断荷重を及ぼす
点で相違している。このように引張荷重および剪断荷重
の組合せがエポキシ樹脂に加わる場合には、第４図のよ
うに予備荷重を受けたエポキシ樹脂の場合と異なり、エ
ポキシ樹脂の固有の強度特性が有利に活用されるとは言
えない。

第５図において、電離室１２０は概して方形のハウジン
グ部材１１２および方形の端板１１４の両者によって形
成される。断面が円形のステンレスｒｖ４製ガスケット
１１８は、それと同じ形状の孔１１８Ｂを有する板１１
８Ａによって支持される。

ピン１１９Ａが板１１８Ａの孔１１９に貫入することに
より、上記の孔１１８Ｂは空所１２ＯＡおよび１２０Ｂ
と整列する。板１１８Ａは、２個のリップ１６０の間に
はまり込むことにより、第４図の断面図に示されるごと
く端板１１４内に収容される。なお、リップ１６０も空
所１２０Ａおよび１２０Ｂを整列させるのに役立つ。

第４図のハウジンク部材１１２はＸ線透過性の材料（た
とえばアルミニウム）から成っている。

概して円筒形の内面１６８に隣接する窓１６８Ａは寸法
１７０が約１／８インチとなるように設けられ、その結
果としてＸ線が通過し得る厚さ１／８インチの窓が形成
される。更に第４図に示されるごとく、この窓は厚さが
均一でなくて、寸法１７２が寸法１７０よりも大きくな
っている。本発明者は、このような窓の厚さの差がＸ線
の検出に顕著な影響を及ぼさないことを見出した。すな
わち、円柱状の内面１６８は窓の厚さの変化をもたらす
という事実は無視して、加圧キセノンガスの及ぼす力に
抵抗するというそれの望ましい特性を利用することがで
きるのである。

別の言い方をすれば、内面１６８が凹面でありかつ表面
１７４が平面であることから、窓１６８Ａはアルミニウ
ム製の平凹レンズである。

また、第１０図に示されるようにコリメータ１８０も装
備される。かかるコリメータ１８０はタングステン（Ｘ
線吸収材料）から成る２本の棒材１８１および１８２に
より構成されていて、第４図に示される平行な面１８５
および１８６の間にはスリット１８３が形成されている
。第１０図において、スリット１８３の高さく寸法１９
０）は０．０１１５インチであり、また幅（寸法１９１
）は３．４５５インチである。従って、電離室１２０に
入射するＸ線は第４図の直線１９２によって示されるご
とく実質的に平行化され、そして薄層状となって電離室
内に進入する。

溝穴１２８を貫通して検出器板を配置する場合には、第
４図の検出器板１４５上の検出器素子列（後述）が平行
化されたＸ線の薄層と平行になるようにすべきである。

その理由の１つは、電離事象が窓１６８Ａに近い場所（
領域２ｏ１）または窓１６８Ａから遠い場所（領域２０
４）のいずれで起こるかに関係なく、電離位置から検出
器板上の検出器素子列までの距離が等しくなければなら
ないことにある。

検出器板１４５の配置時にはまた、端板１１４をハウジ
ング部材１１２に対して固定した場合、検出器板１４５
の末端から窓１６８Ａまでの距離２０３ができるだけ小
さくなるようにすべきである。本発明者は０．０１５イ
ンチの距離を使用した。この距離が小さいことが望まれ
る理由は、検出器板と窓との間に形成される空隙を通っ
てイオンが移動するのを低減させることにある。とは言
え、両者間には数百ボルトの電位差が存在するがら、検
出器板と窓との間のアーク放電を防止するために少なく
ともある程度の距離は必要である。

上記のごとく端板１１４とハウジング部材１１２との組
立てに先立って検出器板を配置することはまた、コリメ
ータ１８０および窓１６８Ａに対して所定の位置に検出
器板を設置するためにも有利である。このような位置を
確認するこは重要である。なぜなら、検出器板１４５が
異なる位置（たとえば窓から遠く離れた位置）に設置さ
れたとすれば、電離事象の信号解析（本明細書中では論
じない）が影響を受けるからである。この点に関して言
えば、端板とハウジング部材とを、組立てた後に検出器
板１４５を挿入する別法に比べると上記のごとき本発明
の方法は遥かに簡便である。

別法の場合、電離室１２０内に収容された部分の検出器
板は目で見られないため、所定の位置に検出器板１４５
を配置することはより困難であると同時に時間のかかる
作業でもある。

以上、本発明の検出器板を収容する電離室の構造を説明
したが、ここで検出器板それ自体の説明に移ろう。

かかる検出器板の一例を第１１図に示す。金およびクロ
ムで構成された幅（寸法２１４）４ミルの細長くて平行
な検出器素子２１０が基板２１２上に支持されている。

これらの検出器素子は１ミルの厚さく寸法２１６）を有
し、そして隣りの素子から１６５ミル（寸法２１８）だ
け離隔している。かかる検出器素子は次のようにして形
成される。

第１２図に示されるごとく、厚さ１ミルのクロムで形成
された第１の層２２０が当業界において公知の方法によ
って基板２１２上に設置される。

基板２１２は、好ましくは４０（容量）％という高いガ
ラス繊維含量を有するガラス繊維入りエポキシ樹脂から
成ることが望ましい。次いで、厚さ１ミルの金で形成さ
れた第２の層２２２が当業界において公知の方法によっ
てクロム層上に設置される。

クロムは基板２１２に対する金層２２２の付着性を向上
させる。クロム層および金層の設置後、第１のエツチン
グ工程においてこれらの層を食刻することにより、上記
の寸法を持った検出器素子列が形成される。当業界にお
いて公知である１つのエツチング法に従えば、所望の検
出器素子のパターンを成すようにホトレジストが設置さ
れる。

次いで酸を作用させると、ホトレジストによって保護さ
れていない領域が除去される。とは言え本発明者は、エ
ツチング後にも、第１１図に示されるごとく検出器素子
間に金の島状体２２４が残存することを見出した。かか
る金の島状体２２４は、１つの原因としては、第１２図
の基板２１２．が微少なかき傷２２６を有することから
生じる。クロム層および金層がかき傷の内部に侵入する
のでエツチングによって完全には除去されず、そのため
エツチング後にも金の島状体か残存するのである。

本発明者は、かかる金の島状体がスプリアス電流（後述
）に関連するものと考え、そこで金の島状体の密度を低
下させる下記のような方法を開発した。

それは、ホトレジストの除去後にエツチング工程をもう
１度繰返すというものである。次いで、洗浄工程によっ
て残留するホトレジストおよび酸が除去される。かかる
二重エツチングは、金の島状体の密度を低減させ、それ
によってスクラビング（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ　）の必要
性を軽減することが判明した。その上、かかる二重エツ
チングは検出器素子から有害なほど多量の金を除去する
ことなしに実施し得ることも判明した。

二重エツチングの後、検出器素子列を有する基板に対し
て１ミクロンの酸化アルミニウム粒子の水性スラリによ
る穏やかなスクラビングが施される。この穏やかな研摩
作用はエツチング工程の残留物および微視的な残層を除
去するのに役立つが、検出器素子２１０を破壊すること
はない。かがるスクラビングは、残層や有機表面汚染物
（たとえば第１３図の金の島状体２２４）を除去するに
際し、点線２３０によって示されるごとくに検出器素子
から一部の金をも除去することが認められる。

本発明者は、検出器索子２１０からも金の島状体からも
同じ厚さの金が除去されるものと考える。

誤って検出器素子が除去されてしまうのを防止するため
、顕微鏡で検出器素子をしばしば観察することにより、
金の島状体の密度が限界値（後述）に到達したかどうか
が確認される。限界値に到達したならば、スクラビング
が停止される。このように頻繁に観察を行えば、誤って
検出器素子を除去してしまう可能性は低減する。スクラ
ビングの後、得られた検出器板は当業界において公知の
ごとくアルコノックス（Ａｌｃｏｎｏｘ　）水溶液を用
いて超音波洗浄され、次いで乾燥される。なお、アルコ
ノックスはアメリカ合衆国マサチューセッツ州ボストン
市所在のＶＷＲサイエンティフィック・カンパニー　（
ＶＷＲ５ｃ１ｅｎｔ１ｆｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から入
手することができる。

第４図の電離室１２０の内壁にもまた清浄操作が施され
る。ただしこの場合には、電離室の内面上においてフレ
オン液体を沸騰させた後、上記のごとき超音波洗浄が施
される。このように強力な清浄操作を施す理由を以下に
説明しよう。

本発明者は、電離ガスによって検出器素子上に蓄積した
電荷の読取り速度の向上を追究している間に意外な困難
の存在す、ることを見出した。すなわち、電荷の読取り
後にも不明の原因によって検出器素子中を流れるスプリ
アス電流が残留するのであって、それが減衰するのに約
３０秒を要することが判明した。勿論、減衰期間中には
検出器素子は利用できないから、検出速度は影響を受け
ることになる。

第２６図は、検出器素子２１０上に蓄積した電荷を読取
るために使用される装置の模式図である。

検出器素子２１０と７５０ｐＦのコンデンサ４゜５との
間にＩＯＫΩの抵抗器４０１が接続されている。検出器
素子２１０の上方で起こる電離の結果として検出器素子
２１０上に電荷が蓄積すると、それに応答してコンデン
サ４０５上にも電荷の蓄積が起こる。スイッチ４１ｏ　
（模式的に図示されているが実際にはＦＥＴトランジス
タが使用される）が閉じられると、実質的に全ての電荷
は増幅器４２０に接続された２０ｐＦのコンデンサ４１
５上に移動する。その結果、リード線４２５上にはコン
デンサ４１５上の電荷に対応した増幅電圧が得られる。

この増幅電圧は、次いで、たとえばオシロスコープ（図
示せず）で表示するために任意の方法によって処理する
ことができる。

上記のスプリアス電流は矢印４３０によって示されるよ
うなものであって、これはコンデンサ４０５上の電圧が
読取られかつ放電された後にも流れ続ける。前述の通り
、この電流は３０秒にわたって持続する。

本発明の評価に際して本発明者が得たその他の知見を考
え合わせると、このようなスプリアス電流は第１１図の
検出器素子列２１０が高インピーダンス電流源のような
挙動を示すことを表わしている。通例、電流源が第２７
図に示されるようにモデル化されることを考えると、こ
れは普通のことではない。すなわち、電流源は高いイン
ピーダンスではなく　（抵抗器４３５によって示される
）低いインピーダンスを有するものと期待されている。

そこで、上記のスプリアス電流を低減させるに当り、本
発明者は検出器素子列が高インピーダンス電流源として
挙動する傾向を減少させることを試みた。

上記の清浄操作はこのようなスプリアス電流を低減させ
る目的で開発された。しかしながら、以下に述べる通り
、かかる清浄操作によってスプリアス電流が低減する実
際の理由は明らかでない。

スプリアス電流の可能な原因を探究するに当り、電離室
１２０内での電離に際して起こる現象を記述する理論の
幾つかを検討しよう。言うまでもないが、これらの理論
には全く矛盾がないというわけではない。電離室１２０
内の電離したキセノンガスはプラズマとしての性質を幾
つか持っているから、先ず最初にプラズマの考察を行お
う。

−膜化したプラズマ２３４を第１４図に示す。

このプラズマは、Ｘ線光子との衝突によって互いに分離
された電子２３５および陽イオン２３７から成っている
。プラズマの内部では空間電荷が中性であること、すな
わち巨視的な領域２３９内には正味の電荷は存在しない
と考えられる。なぜなら、かかる領域内では正の電荷と
負の電荷とが平衡しているからである。ここで言う「巨
視的」とは、多数のイオン化した原子を含有するのに十
分な大きさ゛の領域を指す。これはただ１個の電子だけ
を含有する領域とは異なるのであって、勿論、そのよう
な領域内には正味の電荷（すなわち電子の電荷）が存在
するわけである。

（基板２１２によって支持された金の島状体２２４に類
似する）絶縁棒２４２によって支持された導体２４０が
プラズマ２３４内に挿入された場合、空間電荷の中性の
ため、導体または絶縁棒のいずれにも正味の電荷は蓄積
しないと考えられる。

見方を変えれば、導体および絶縁棒には同数の電子およ
びイオンが蓄積するため、いずれにも正味の電荷は生じ
ないのである。このように、第１１図における金の島状
体および露出基板が第１４図の導体２４０および絶縁棒
２４２に類似しているという点に限って言えば、前二者
は検出器素子の付近で起こる電離事象に由来する電荷を
獲得することはないと期待される。

シカるに、電離室１２０内に存在するプラズマの各部は
電界を受ける。このような理由のため、次に本発明者は
第１５図のプラズマ２４４のごとく電界内に置かれたプ
ラズマの挙動を考察する。

電界は矢印２４６によって表わされるが、これは導電板
２５２および２５４上の電荷２４８および２５０により
発生されるものである。

かかる電界は電子２３５とイオン２３７とを引離すよう
に働くから、（正の）イオンは矢印２４６の方向に移動
し、また（負の）電子は反対の方向に移動することにな
る。このような情況の下では空間電荷が中性であるのか
どうかという疑問が生じる。定常状態ならば答えはイエ
スであると考えられる。

定常状態においては、第１６図に示されるごとく、矢印
２６０および２６１によって表わされる電子２３５およ
びイオン２３７の継続した流れが維持されている。この
場合、巨視的な領域２６４内に正味の電荷は存在しない
。かかる結論は、ホール効果が存在しない限り、電流を
流している棒状の半導体の内部に空間電荷の中性が存在
することに合致している。このような半導体の内部では
、電子が一方向に流れかっ正孔が反対方向に流れるが、
任意の巨視的領域内にそれらは同数だけ存在する。従っ
て、定常状態では導体２４０およびそれを支持する絶縁
体２４２に正味の電荷は蓄積しないものと期待される。

非定常状態では恐らく事情が異なるはずである。

電離の開始時には、第１７図に示されるごとく、電荷２
６６および２６８によって表わされるような電荷の分離
が存在する可能性がある。すなわち、定常状態における
電子およびイオンの継続した流れが確立されるのに先立
ち、空間電荷の中性が生じない可能性がある。同様に電
離の終了後にも、第１８および１９図の経過によって示
されるように電荷が導電板２５２および２５４に向がっ
て移動するのに際し、領域２７２おふび２７４に見られ
るごとく電荷の分離が生じる可能性がある。

第１７または１９図に示された場合のいずれにおいても
、絶縁体２４２に接続された導体２４０が図示のごとく
に配置されていれば、導体または絶縁体が多少の電荷を
得ることはあり得る。なお、電荷に対して絶縁体よりも
導体の方が大きい親和性を有するかどうかは本発明者に
はわからない。

本発明者はまた、第１７および１９図に示された情況の
持続時間は非常に短かい（数マイクロ秒程度）ので、こ
のような情況はここでの解析においては無視できるもの
と信じている。

これまでの解析では、金の島状体またはそれに隣接する
露出基板に電荷が蓄積することを明白に示す説明は間隙
されなかった。次に、別の観点から・このような情況の
解析を試みよう。この新たな解析は、電界パターンの特
別な形状が演じる役割を考察するものである。

電圧板１４４と検出器素子２１０との間には電界が形成
される。かかる電界の正確な分布を確認するのは困難で
あるが、恐らくそれは第２０および２１図に示された２
つの極端な場合の中間にあると思われる。かかる分布の
顕著な特徴の１つは、いずれの電気力線も基板２１２お
よび金の島状体２２４に終端していないことである。ま
た、金の島状体２２４は導体であるため、いずれの電気
力線も金の島状体２２４を通過していない。更にまた、
領域２９０内には電界が全く存在しない。

領域２９０内に電界が存在しないことは、第１４図に関
連して考察したような一般化したプラズマの解析をこの
領域にも適用し得ることを意味している。かかる解析の
結果、領域２９０内に存在、する金の島状体２２４また
°は基板２１２には正味の電荷が蓄積しないという結論
が得られる。領域２９０外における第２０および２１図
の電界分布もまた、以下に考察するごとく、金の島状体
２２４または基板２１２に電荷が蓄積しないことを示し
ている。

電離事象によって生じた電子は、電界の作用を受ける結
果、電気力線に沿って移動する傾向を示す。すなわち、
金の島状体の近くを通る電気力線（たとえば第２２図の
電気力線２９２）に沿って移動する電子は金の島状体２
２４をかすめてから検出器素子２１０に到達する。その
結果、検出器素子２１０に電子が蓄積するが、金の島状
体２２４に蓄積することはない。

これまでの所でも、金の島状体またはそれに隣接する基
板における電荷蓄積の明確な説明は得られていない。そ
こで本発明者は、金の島状体およびそれに隣接する基板
に電子が蓄積するものと仮定し、そしてかかる蓄積がス
プリアス電流の一因となり得るかどうかを解析してみる
ことにする。

この場合、金の島状体２２４およびそれに隣接する露出
基板２１２Ａは電離によって生じた電子のシャワーに暴
露される。かかるシャワーは空間全域にわたって一様な
はずである。すなわち、電子は金の島状体２２４にも露
出基板２１２Ａにも等しく降りそそぐ。しかるに、金の
島状体２２４または露出基板２１２Ａに蓄積した電子が
スプリアス電流として検出器素子に移動する理由は明ら
かでない。その上、金の島状体を除去しても事態は変化
しないはずである。なぜなら、電子は金の島状体の下方
に位置する、新たに露出された基板にも蓄積するからで
ある。この場合にもまた、金の島状体とスプリアス電流
とを結び付ける情況は明らかとならない。

以上の考察が指摘している通り、金の島状体がいかにし
てスプリアス電流に関与するかは明らかでないにせよ、
本発明者は金の島状体、気体汚染物、写真食刻工程での
残留汚染物および第４図の電離室１２０の内壁上に存在
する痕跡量の油状物のごとき物質が単独または共同に作
用してスプリアス電流を生じさせるという仮説を立てた
。これらの原因物質の各々を簡単に考察しよう。

気体汚染物は、第２図のゴム製Ｏリング１８あるいはシ
ールや基板材料として使用される各種のエポキシ樹脂の
ような有機物によって電離室１２０内に導入される。か
かる有機物は大気中のガスを吸収し、そして第４図の電
離室１２０のキセノンガス雰囲気中に置かれると吸収さ
れたガスを放出する傾向がある。放出されたガスはスプ
リアス電流の一因となり得る。本発明者は、第２図のゴ
ム製Ｏリング１８を第５図のステンレス鋼製Ｏリング１
８に変えかつガラス繊維入り基板２１２を使用すること
によってキセノンガスに接触する有機物の量を低減させ
る。無機物であるガラス繊維は、有機物と置き替わるこ
とにより、キセノンガスに接触する有機物の量を低減さ
せるのである。

写真食刻工程での残留汚染物および痕跡量の油状物もス
プリアス電流の一因となり得る。本発明においては、上
記のスクラビング操作によって写真食刻工程での残留汚
染物が除去される。また、上記のごとく沸騰フレオン中
に油状物を溶解し、次いで電離室１２０の内壁に超音波
洗浄を施すことによって痕跡量の油状物が除去される。

金の島状体もまた、上記のスクラビング操作によって除
去される。本発明者は、金の島状体の密度を一定の限界
値（またはそれ以下）にまで低下させ、次いで上記の洗
浄操作を施した場合、スプリアス電流が実質的に排除さ
れることを見出した。

かかる限界値は下記のようにして定義される。

第２３図に示されるごとく検出器素子列を上方から観察
することにより、金の島状体の表面積が顕微鏡下で測定
される。検出器素子同士の間隔は１．５ミル（寸法２９
８）である。金の島状体の面積（陰影部分２２４の面ｖ
Ｉ）と露出基板の面積（斜線部分３０１０面積）との比
は０．００２５を越えてはならない。すなわち、金の島
状体と露出基板との面積比は０．２５％以下でなければ
ならないのである。

次に、検出器アセンブリを支持するための関連部品につ
いて説明しよう。第１０図に示されるごとく、ハウジン
グ集合体はプラットホーム３０５上に支持されている。

検出器素子列（詳しくは図示せず）を支持する基板２１
２は電離室１２０の中まで伸びている。電圧板３０８は
、基板２１２の下方において検出器素子と平行に配置さ
れている。基板２１２は、第２４図に一層詳しく図示さ
れている。検出器板の領域３０９は電離室１２０内に挿
入される部分である。１群の検出器素子２１０が示され
ているが、それらは第４図の溝穴１２８内に位置する領
域３１２を通って外方に伸びている。かかる検出器素子
は更に伸びてからたとえば領域３１４に示されるように
曲げられ、そして図示のごとく基板２１２の縁端に達し
ている。

第１０図においては、好ましくは高密度ｐｃ　（印刷回
路）カード−ｐｃシカ−間コネクタのごときコネクタ３
１６を検出器板の縁端に装着することによって検出器素
子２１０との接続が達成される。コネクタに取付けられ
たリボンケーブル３２１は図示のごとくに折曲げられ、
そして信号処理回路（図示せず）に接続される。これら
のリボンケーブルは、第１０図の縁端のコネクタ３１６
から信号処理回路の端子に至るまでの長さが全てのリボ
ンケーブル３２１について同一となるように設計されて
いる。

工場環境内に存在する外部振動源がもたらす振動を低減
させるため、リボンケーブルは剛性ブラケット３２３に
よって支持されている。振動はスプリアス信号を生じさ
せることが判明しており、リボンケーブル中を流れる低
レベルの信号が振動によって影響を受ける。

第２４図の領域３１２においては、検出器素子列は端板
を貫通すると共に、エポキシ樹脂シール１４６によって
端板に固定されている。すなわち、検出器素子列と溝穴
１２８の内壁との間には機械的結合部が存在する。この
ような結合部の物理的長さく寸法３２６）は、第４図の
電離室１２０の内部に加圧キセノンガスを収容する必要
性が課する強度条件に従えば、できるだけ小さいことが
好ましい。長さ３２６が小さいことが好ましいという点
には少なくとも２つの理由がある。第一に、エポキシ樹
脂シールが検出器素子列に接触する範囲はできるだけ小
さいことが好ましい。なぜなら、検出器素子は極めて細
く、すなわち人間の毛髪よりも細く、シたがって繊細で
あるからである。エポキシ樹脂シールを介して検出器素
子と端板１１４とが機械的に結合すると、検出器素子に
は端板の機械的応力が加えられるという作用が生じる。

たとえば、上記の口開きや弓状の湾曲が熱による膨張や
収縮と共に検出器素子に対して作用を及ぼす傾向がある
。

長さ３２６を小さくすべきもう１つの理由は、領域３１
２内における金の島状体の密度を前記に定義された限界
値以下に低下させなければならないことによる。これは
、電子の蓄積が領域３１２内において起こると信じられ
るからである。長さ３２６を小さくすることはまた、金
の島状体の密度に関する限界値条件を満足しなければな
らない検出器素子部分の長さを低減することにもなる。

その結果、検出器板の製造時の歩留り（すなわち、全生
産量当りの使用可能な検出器板の数）が向上することに
なる。

このようなわけで、アルミニウムより強度の大きいステ
ンレス鋼が端板１１４の製造用として好適である。なぜ
なら、ステンレス鋼は端板の強度を維持しながら長さ３
２６を小さくすることを可能にするからである。

本発明の一特徴に従えば検出器素子２１０はニッケルで
構成される。その場合には下記のようにして製造される
。まず、第１１図を参照して説明すると、検出器素子２
１０を金を有する層（２２０）およびニッケルを有する
層（２２２）で構成する。金の層（２２０）はステンレ
ス鋼薄板（２１２）に付着する。そこで、上記のごとき
種類のガラス繊維入りエポキシ樹脂製の基板（図示せず
）をニッケルの層に結合させる。次いで、たとえばステ
ンレス鋼薄板（２１２）を金の層から剥離することによ
り、ステンレス鋼と金との結合を破壊する。それに続い
て、エツチングによりニッケルの層から金を除去すると
、好ましくは二・ソケルの層のみから成る検出器素子列
が得られる。前述のように検出器素子２１０間に空隙を
検査し、そしてやはり上記のように金の島状体を除去す
る。勿論、この時点における検出器素子２１０は単一の
層から成るものであって、第１１図に示されたような二
層構造のものではない。

ニッケルで構成された検出器素子２１０を使用した場合
には、金に関連したエレクトロマイグレーションの問題
が軽減されるため、検出器素子の機械的結合性が向上す
ることが見出された。エレクトロマイグレーションの問
題は、寸法の小さい検出器においては重大となる。なお
、金に比べてニッケルの方が抵抗率が大きいにニッケル
の抵抗率は金の抵抗率のほぼ３倍）にもかかわらず、検
出器素子２１０に蓄積した電荷の読取りの際の極めて小
さい電流がニッケルの使用によって顕著に減衰するわけ
ではないことを本発明者は見出した。

本発明の一面では、従来の印刷回路板製造技術と同様な
製造技術の使用が含まれている。しかしながら、本発明
の重要な特徴はそれと従来の印刷回路板との機能の違い
にある。一般的に言えば、従来の印刷回路板は２．５＋
０．１５Ｖ程度の（本発明の場合に比べれば）高い電圧
を取扱うために使用され、かつまた数ミリアンペア程度
の電流を取扱うために使用される。それに対して本発明
は、１００ｍＶ程度の極めて低い電圧を取扱うものであ
る。また、ある意味では、本発明は電流の伝達に係るも
のではなくて検出器素子に蓄積した電荷の検出に係るも
のである。厳密に言えば、本発明の場合にも第２６図の
抵抗器４０１を通って流れる電流の形で電荷の伝達を行
うことは確かであるが、その電流は極めて小さなもの（
ナノアンペアおよびピコアンペアの範囲内のもの）であ
るから、印刷回路板の設計および装造のために別種の原
理を開発しなければならなかった。従来の印刷回路板お
よび本発明の検出器板における電流挙動に関する機能的
差異は極めて顕著であるから、従来の製造基準や許容清
浄度は不適格であった。

従って、本発明者はかかる不適格性を解析しかつ上記の
ごとき矯正手段を開発するために独自の研究を行う必要
があった。

ここで、本発明における検出器素子の微細な寸法は集積
回路（ＩＣ）製造技術の使用によって容易に実現し得た
ことを述べておこう。ただし、シリコン円板上にＩＣを
製造するために使用されている現行の装置は加工可能な
円板の大きさに関して限界がある。すなわち、直径が約
４インチを越える円板は加工することができない。検出
器板の基板２１２は４８６インチの寸法を有し、従って
上記の限界を越えているから、このような製造技術を使
用することはできなかった。

更にまた、本発明の重要な特徴の１つについても述べて
おくことにする。最初に試験したある種の検出器板は金
の島状体と基板との面積比が０゜０１　（１％）である
ことが判明した。この検出器板は上記のごときスプリア
ス電流を生じた。他方、金の島状体の密度が限界値以下
であり、上記のごときスクラビングおよび超音波洗浄を
施した同様な検出器板が製造された。このような検出器
板においては、スプリアス電流が実質的に排除された。

金の島状体の面積が１／４に減少しただけで（すなわち
、面積比が０．０１から０．００２５に変化しただけで
）、スプリアス電流の時定数（すなわち減衰時間）が１
／１８００にも低減したのは驚くべきことであった。こ
のようなスプリアス電流の時定数の低減は金の島状体の
密度の低下に比べて不釣合いなほどに大きいのである。

本発明のもう１つの重要な特徴として、検出器素子２１
０上方の誘電媒質中におけるＸ線不透過性仕切板の配置
が排除されることが挙げられる。

前述の通り、従来の装置においてはたとえばタングステ
ンから成る第１図の仕切板３Ａが設置されていた。これ
は、電離事象によって生じたイオン（または電子）が隣
接する検出器素子ではなく直下の検出器素子に入射する
ようにするためのちのである。しかるに本発明において
は、上記のごとく１ミルという狭い間隔にもかかわらず
、かかる仕切板は不要であることが判明した。従って、
検出器素子２１０と電圧板３０８との間には均質な誘電
媒質が存在することになる。誘電媒質が均質であるとは
、それがキセノンガスから成り、汚染物が可能な限り低
減され、しかもガスが検出器素子間の空隙の上方に配置
された仕切板によって遮断されていないことを意味する
。

更にまた、第２４図において検出器素子２１０は基板の
領域３１２に沿って溝穴１２８を貫通して電離室の外側
に伸びているが、その横断面形状は変化していない。す
なわち、検出器素子は電離室内の部分、溝穴内の部分お
よび電離室より外側の部分のいずれにおいても、横断面
が第２４図に示されるごとく長方形を成している。

別の実施の態様に従えば、検出器素子は第２４図に示さ
れるごとく互いに平行ではなくて、第２５図に示される
ごとく中心３３０からの放射線に沿って配置される。こ
のような放射状の配置は、たとえばアメリカ合衆国ジョ
ーシア州アトランタ市所在のりッジ社（Ｒｌｄｇｅ、　
Ｉｎｃ、）からフィリップスＸ＄１ユニットＭＣＮ４２
１の名称で入手し得るもののようなＸ線源を検出器素子
列から約１０フイート離して設置した場合、それは点光
源と見なし得るという事実に基づいている。

第２５図に示されるごとく、かかる点光源は扇形のＸ線
ビームを発生し、そしてそのＸ線ビームは図示のごとく
に検出器素子と交わる。従って、Ｘ線は放射状に配置さ
れた検出器素子２１０とほぼ平行になる。このことは、
個々のＸ線４４０がただ１つの検出器素子２１０に沿っ
て進行する結果、分解能を向上させるのに役立つ。この
ようにすれば、Ｘ線４４０が引起こす電離現象に応答し
てただ１つの検出器素子２１０のみが信号を発生するの
で理想的である。それに対し、第１図に見られる互いに
平行な検出器素子６Ａを使用しかつ仕切板３Ａを取去っ
た場合には、２つ以上の検出器素子が応答することにな
る。

本発明者は、検出器アセンブリを湿度の高い環境内で使
用したとき、信号応答特性が著るしく低下することを見
出した。本発明者は、信号応答特性を改善しようとした
試みの中で、検出器板の回路側に電気的に中性な耐湿性
材料を吹付は塗布すると性能が向上することを見出した
。この目的に適した材料は、例えばコロンビア・チェー
ス争コーポレーション（Ｃｏｌｕｍｂｉａ　Ｃｈａｓｅ
　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により製造されているヒュ
ーミシール（ｌｌｕｍｉｓｅａｌ）であった。上記の現
象は大気からの水蒸気や空気中の汚染物のような汚染物
が検出器素子からの回路の間に付着して隣接の回路部分
およびアース間の抵抗を減少させることによると考えら
れる。かかる汚染物は検出器回路の反射インピーダンス
を減少させ、これにより検出可能な信号の損失を生じさ
せると思われる。

本発明の実施に際しては、検出器板を先ず十分に清浄に
しなければならない。この清浄化操作は清浄な湿気のな
い空気を十分な速度で検出器板の表面に吹きつけること
により行うのが好ましく、これにより検出器板上に存在
する粒子および汚染物を除去する。清浄化操作および耐
湿性材料の塗布のための最良の方法は次の通りである。

すなわち、先ず初めにハウジング部材１１２を平坦面上
に置くことにより検出器アセンブリを垂直な状態に配置
し、次いでクランプを用いて端板１１４を平坦面に対し
て締めつけて固定する。次にプラットホーム３０５を取
り外し、検出器板上のコネクタの中にその相手側のコネ
クタを挿入する。次いで検出器板を上述したように清浄
にした後、高温空気銃を用いて徐々に温めて、検出器板
の表面に何ら水分が存在しないようにする。そこで検出
器板の回路側に耐水性材料を吹付は塗布する。また、検
出器板の反対側および全ての接続ケーブルも二のシーラ
ントを吹付は塗布する。この処理により湿度の変化およ
び空気中の汚染物に対して感応しない検出器回路が得ら
れる。

本発明の精神および範囲から逸脱することなしに多数の
置換や変形が可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の検出器を示す概略斜視図、第２図は従来
の電離形検出器の断面図、第３図は従来のハウジングに
おいて見られる弓状の湾曲を示す断面斜視図、第４図は
本発明の一実施例を示す断面図、第５図は本発明の一実
施例を示す分解図、第６図は弓状の湾曲および口開きを
低減させるため本発明において採用された設計上の特徴
を示すＩ形ビームおよびケーブルの斜視図、第７図は従
来のハウジングにおいて見られる口開きを示す断面図、
第８および９図は溝穴を拡大するための荷重セルを示す
断面図、第１０図は本発明の一実施例を示す部分切欠斜
視図、第１１図は２つの検出器素子間に存在する金の島
状体を示す斜視図、第１２図は金の島状体を示す側面図
、第１３図は研摩剤スクラビングによって除去された全
領域を示す断面図、第１４〜１９図はプラズマの挙動を
示す概略図、第２０および２１図は検出器素子から発す
る電気力線を示す概略図、第２２図は荷電粒子の辿る経
路を示す概略図、第２３図は金の島状体および露出基板
の相対面積を示す部分平面図、第２４図は端板のスリッ
トを貫通している検出器素子列を示す斜視図、第２５図
は放射状の検出器素子列を示す平面図、第２６図は検出
器素子上に蓄積した電荷を読取るために使用される回路
を示す概略回路図、そして第２７図は電流源の標準モデ
ルを示す環路線図である。 図中、１１２はハウジング部材、１１４は端板、１１８
はガスケット、１１８Ａはガスケット支持体、１２０は
電離室、１２０Ａおよび１２０Ｂは空所、１２６および
１３０は補強材料、１２８は溝穴、１４４は電圧板、１
４５は集電板（検出器板）、１４６はエポキシ樹脂シー
ル、１６８Ａは窓、１８０はコリメータ、２１０は検出
器素子を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、線形検出器素子列を有する検出器板を備えた電離形
   検出器で、信号応答特性を改善するための方法であって
   、（ａ）汚染物を除去するために前記検出器板の検出器
   素子列側の表面を清浄化し、次いで（ｂ）前記検出器板
   に電気的に中性な耐湿性材料を塗布する工程を含むこと
   を特徴とする方法。 ２、前記工程（ｂ）が前記検出器板に電気的に中性な耐
   水性材料を吹付け塗布することを含む特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、前記工程（ａ）が、（イ）前記検出器板をほぼ垂直
   な平面内に位置決めし、次いで（ロ）前記検出器板の前
   記表面に予め清浄にした湿気のない空気を吹きつけて汚
   染物を除去し、次いで（ハ）前記検出器板を温めて水分
   を除去することを含む特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ４、前記工程（イ）が前記検出器板に電気信号ケーブル
   を接続することを含んでおり、更に、前記ケーブルおよ
   び関連するコネクタにも電気的に中性な耐湿性材料を吹
   付け塗布する工程を含んでいる特許請求の範囲第３項記
   載の方法。 ５、（ａ）８００ポンド／平方インチを越える圧力のキ
   セノンガスを封入する電離室、（ｂ）入射する放射線を
   平行化するためのコリメータ手段、（ｃ）平行化された
   放射線を前記電離室内に導入すると共に前記電離室から
   のキセノンガス漏出を防止するための窓手段、（ｄ）基
   板により支持されて前記電離室の中まで伸びかつ前記電
   離室の内側および外側において実質的に同じ横断面形状
   を有する複数の実質的に平行で細長い検出器素子から成
   る検出器素子列であって、（１）各々前記基板に隣接し
   たニッケル含有層および前記ニッケル含有層上に位置す
   る金含有層から成りかつ前記の横断面形状と実質的に同
   じ形状を有する複数の平行な部材を前記基板上に設置し
   、（２）前記金含有層を除去することによって前記ニッ
   ケル含有層のみから成る複数の検出器素子を形成し、次
   いで（３）前記検出器素子間の空隙に存在する金属残留
   物を除去することによって上方から見た前記金属残留物
   の面積が前記検出器素子間の空隙の面積の０．５０％未
   満となるようにする諸工程を含む方法によって形成され
   た前記検出器素子列、（ｅ）前記基板によって支持され
   た前記検出器素子の汚染を防止する手段、並びに（ｆ）
   電気的に中性な耐湿性材料の表面被覆を備えることを特
   徴とする電離形検出器。