JP6747487B2 - 放射線検出装置 - Google Patents
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Description
(1−1.放射線検出器10の構成)
図1を用いて、本開示の一実施形態に係る放射線検出装置100を備える放射線検出器10の構成の概要を説明する。本実施形態に係る放射線検出器10は、ドリフト電極80、放射線検出装置100及びチャンバー50を備えている。ドリフト電極80と、放射線検出装置100とは、チャンバー50内に一定のスペースを介して対向して配置される。チャンバー50の内部には、アルゴンやキセノンなどの希ガスと、エタンやメタンなどの常温でガスのアルカンもしくは二酸化炭素を含む消光作用を有するガス(クエンチングガス)と、の混合ガスで封入されている。なお、チャンバー50の内部にはこれらのガスが単体で封入されていてもよく、二種類以上の混合ガスが封入されていてもよい。
放射線検出装置100の構造について説明する。以下の説明において、検出素子110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。
・隣り合うアノード電極101の中心間距離d1(1ピクセル長):0.4mm
・アノード電極101の直径d2:60μm
・開口部103aの直径d3:250μm
・アノード電極101およびカソード電極103間の距離d4:75μm
・ビア電極106の上面部分の直径d5:50μm
・検出素子110一辺の長さd6:9.6mm
・回路素子150一辺の長さd7:5mm
・回路素子150の端部から検出素子110の端部までの距離d8:2.3mm
・回路素子150のうち隣りあう入力端子151の間の中心間距離:0.2mm
・隣り合う外部接続端子140の中心間距離d9(1ピクセル長):0.5mm
・外部接続端子140の厚みh1:0.3mm
・集積回路の厚みh2:0.2mm
以下に放射線検出器10における放射線の検出原理について、図5および図6を用いて説明する。ドリフト電極80は、接地電圧(GND)に対して負の電圧が印加されている。アノード電極101は、接地電圧(GND)が印加されている。カソード電極103は、接地電圧(GND)に対して負の電圧が印加されている。この例では、カソード電極103に−400Vが印加される。なお、アノード電極101とカソード電極103に与えられる電圧をそれぞれ変えて用いてもよい。
図7および図8は、放射線検出装置100における検出信号の流れを示す概略図である。
次に、放射線検出装置100の回路構成について、とくに回路素子150の入力部150aを中心に図面を用いて説明する。図9は、放射線検出装置100の回路図である。
・カップリングコンデンサ161の容量値:1000pF
・抵抗162の抵抗値:1MΩ
・電荷/電圧変換コンデンサ157の容量値の容量値:1pF
・抵抗159の抵抗値:100kΩ
本実施形態では、第1実施形態と比べて、外部接続端子の位置が異なる放射線検出装置について説明する。なお、第1実施形態で説明した構成については、その説明を援用する。
本実施形態は、第1実施形態の回路素子が複数設けられた例を示す。
本実施形態は、第1実施形態の検出素子および回路素子が複数設けられた例を示す。
・隣り合うアノード電極101の中心間距離d1(1ピクセル長):0.4mm
(隣り合う検出素子110C−1、検出素子110C−2の間においても同様)
・アノード電極101の直径d2:60μm
・開口部103aの直径d3:250μm
・検出素子110C一辺の長さd6:9.55mm
・隣り合う検出素子110C−1の端部と検出素子110C−2の端部との間の距離d11:50μm
本実施形態は、第1実施形態の検出素子と回路素子の大きさが異なる例を示す。
本実施形態は、第1実施形態の配線基板の配置される場所が異なる例を示す。
本実施形態は、配線基板の構成の異なる例を示す。
本実施形態は、第1実施形態と比べて、回路構成の一部が異なっている放射線検出装置について説明する。
以下に、放射線検出装置100の具体的な構成例を示す。
本開示の第1実施形態では、X方向に隣り合うアノード電極101間の距離と、Y方向に隣り合うアノード電極101間の距離とが等しくなっており、X方向とY方向とは90度で交差する例を示したが、これに限定されない。また、X方向とY方向とにおいて、隣り合うアノード電極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ず、また最密充填配置されていなくてもよい。
また、アノード電極101およびカソード電極103は、銅に限定されず、ニッケル、金、錫などの材料が用いられてもよい。また、アノード電極101およびカソード電極は、単一材料に限定されず合金や多層膜、さらに導電性ペーストなどが用いられてもよい。
また、ビア電極132および接続パッド133には、他の導電性材料が用いられてもよい。例えば、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタンなどの単一材料が用いられてもよいし、チタンおよび銅の積層膜が用いられてもよい。例えば、タングステンやモリブデンは重元素であり、検出素子110を通過した放射線に対して高い放射線遮蔽能力を有するため好ましい。
また、配線基板170の配線材料として、放射線を吸収する材料(タングステン、モリブデンなどの重い金属材料)や、放射線によってシンチレーション発光を起こす材料(例えば、ヨウ化セシウム(CsI)やフッ化バリウム(BaF2)が用いられてもよい。用いる材料は、放射線のエネルギーや種類によって適宜選択されればよい。シンチレーション発光を起こす材料を用いた場合、撮像素子(イメージセンサなど)を配線基板170上に配置して検出素子110を透過した放射線を計測することができる。
また、本開示の第1実施形態では、ACカップリング回路160は、回路素子150内に設けられる例を示したが、これに限定されない。たとえは、ACカップリング回路160は、配線層130に設けられてもよい。
また、本開示の第1実施形態では、接続パッド133は、一層として示しているが、複数層にわたって設けられてもよい。
また、本開示の第1実施形態では、絶縁基板108には、ガラス基板が用いられる例を示したが、樹脂材(例えば、ポリイミド)や液晶ポリマー、シリコンなどの材料が用いられてもよい。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ことが好ましい。また、絶縁基板108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。
また、検出素子110内にスイッチング素子や保護素子などの半導体素子が構成されても良い。例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いて検出素子のアノード電極及びカソード電極が配置された領域内に半導体素子が形成されたものでもよい。
Claims (23)
- 第1面及び前記第1面の反対側に第2面を有する基材、
前記第1面に配置された第1電極、
第1方向において前記第1電極と隣り合う第2電極、
前記第1方向と交差する第2方向において前記第1電極と隣り合う第3電極、
前記第1方向において前記第3電極と隣り合い、前記第2方向において前記第2電極と隣り合う第4電極、並びに
前記基材の前記第1面上に配置され、前記第1電極と前記第2電極との間、前記第1電極と前記第3電極との間、前記第2電極と前記第4電極との間、及び前記第3電極と前記第4電極との間に設けられた第5電極を含む検出素子と、
前記第2面側に配置され、前記第1電極と接続される第1配線、前記第2電極と接続される第2配線、前記第3電極と接続される第3配線、及び前記第4電極と接続される第4配線を含む配線層と、
前記配線層と前記基材の法線方向において対向して配置され、前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線及び前記第4配線と接続される回路素子と、を有することを特徴とする、
放射線検出装置。 - 前記回路素子は、1つの絶縁基板に設けられた回路基板であって、前記第1配線、前記第2配線、前記第3配線及び前記第4配線のそれぞれに対応する接続パッドと接続される、
請求項1に記載の放射線検出装置。 - 前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、および前記第4電極は、前記検出素子のアノード電極であって、
前記第5電極は、前記検出素子のカソード電極である、
請求項1または2に記載の放射線検出装置。 - 前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極及び前記第4電極は、前記第1面から前記第2面まで貫通する部分を有する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 前記第5電極は、前記第1電極を囲む第1開口部、前記第2電極を囲む第2開口部、前記第3電極を囲む第3開口部及び前記第4電極を囲む第4開口部を有することを特徴とする、
請求項4に記載の放射線検出装置。 - 前記第1開口部、前記第2開口部、前記第3開口部及び前記第4開口部は、円形状を有することを特徴とする、
請求項5に記載の放射線検出装置。 - 前記検出素子に離隔して設けられた第2検出素子をさらに含むことを特徴とする、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 前記検出素子の前記第5電極と、前記第2検出素子とは、架設された電極により電気的に接続されることを特徴とする、
請求項7に記載の放射線検出装置。 - 前記第5電極は、前記第1面から前記第2面まで貫通する部分を有することを特徴とする、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 前記配線層上に配置された外部接続端子と、
前記外部接続端子と接続される配線基板とをさらに含むことを特徴とする、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 前記外部接続端子の厚さは、前記回路素子の厚さよりも大きい、
請求項10に記載の放射線検出装置。 - 前記第5電極は、前記第1面から前記第2面まで貫通する部分を有し、前記配線層に設けられた第5配線を介して前記外部接続端子と接続されることを特徴とする、
請求項11に記載の放射線検出装置。 - 前記回路素子に対向して配置された配線基板と、
前記回路素子と前記配線基板との間に配置された外部接続端子とをさらに含むことを特徴とする、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 放射線が物質と相互作用して発生した電荷を検知する2つ以上のアノード電極およびカソード電極を有し、前記2つ以上のアノード電極が同一平面上に第1方向および前記第1方向と交差する第2方向に分離して配置され、前記アノード電極と前記カソード電極が同一平面上に配置された検出素子と、
前記2つ以上のアノード電極のそれぞれと第1側において個々に接続される配線を有する配線層と、
前記配線層上の同一平面上に配置され、前記第1側とは異なる第2側において前記配線と個々に接続される接続パッドと、
前記接続パッドに対向して配置され、前記接続パッドと接続される回路素子と、を有することを特徴とする、
放射線検出装置。 - 前記回路素子は、1つの絶縁基板に設けられ、前記検出素子で検出された信号を処理するための回路基板である、
請求項14に記載の放射線検出装置。 - 前記物質は、気体である、
請求項14または15に記載の放射線検出装置。 - 前記配線層上に配置された外部接続端子と、
前記外部接続端子と接続される配線基板とをさらに含むことを特徴とする、
請求項14乃至16のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 前記外部接続端子の厚さは、前記回路素子の厚さよりも大きい、
請求項17に記載の放射線検出装置。 - 前記外部接続端子は前記回路素子の外側に配置されることを特徴とする、
請求項13または18に記載の放射線検出装置。 - 前記回路素子上に配置され、前記配線層と接続される部分を有する第2外部接続端子を含むことを特徴とする、
請求項19に記載の放射線検出装置。 - 前記回路素子は、入力端子、前置増幅部、及び前記入力端子と前置増幅器との間に配置されたACカップリング回路を有する入力部を含むことを特徴とする、
請求項1乃至20のいずれか一項に記載の放射線検出装置。 - 前記回路素子と前記配線層との間に保護回路を有することを特徴とする、
請求項21に記載の放射線検出装置。 - 前記保護回路は、ヒューズ素子であることを特徴とする、
請求項22に記載の放射線検出装置。
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