用于輻射、特別是高能電磁輻射的檢測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于輻射、特別是高能電磁輻射的檢測器。檢測器包括轉(zhuǎn)換區(qū)段，轉(zhuǎn)換區(qū)段包括用于通過光電效應(yīng)將入射在轉(zhuǎn)換區(qū)段上的輻射（P）轉(zhuǎn)換為電子（E）的陰極（3）。檢測器還包括氣體電子倍增器（4），其用于從由轉(zhuǎn)換區(qū)段生成并且進入氣體電子倍增器（4）的電子（E）產(chǎn)生電子雪崩，氣體電子倍增器（4）包括第一電極（5）、介電層（6）和第二電極（7），第一電極（6）被布置在鄰近于轉(zhuǎn)換區(qū)段的介電層（6）的第一側(cè)處并且第二電極（7）被布置在與第一側(cè)相對的介電層（6）的第二側(cè)處。氣體電子倍增器（4）包括許多填充有氣體的孔（9），所述孔（9）延伸通過第一電極（5）、介電層（6）和第二電極（7）。而且，檢測器包括鄰近于第二電極（7）的檢測器陽極（8），用于檢測電子雪崩。根據(jù)本發(fā)明的檢測器的特征在于檢測器陽極（8）在氣體電子倍增器（4）的每個孔（9）處從第二電極（7）延伸到孔（9）之上，使得孔（9）在一側(cè)完全被檢測器陽極（8）覆蓋。
【專利說明】用于輻射、特別是高能電磁輻射的檢測器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于輻射、特別是高能電磁輻射的檢測器。

【背景技術(shù)】
[0002]針對輻射的檢測，從現(xiàn)有技術(shù)得知許多不同類型的檢測器。針對感測高能電磁輻射，包括閃爍體晶體和光電倍增管的閃爍檢測器被廣泛使用在不同【技術(shù)領(lǐng)域】中，例如，在醫(yī)學(xué)成像裝備中或者用于石油和天然氣工業(yè)中的測井。在閃爍檢測器中，輻射落在將輻射轉(zhuǎn)換為照射在光電陰極上的光的閃爍體晶體上。該光電陰極是在玻璃外殼中包括多個倍增電極的光電倍增管的部分。由于光電效應(yīng)，落在光電陰極上的光引起光電倍增管內(nèi)部的初級電子的發(fā)射。電子在管中朝向倍增電極加速從而導(dǎo)致次級電子級聯(lián)，其被檢測為輸出信號。閃爍檢測器由于具有數(shù)厘米長的光電倍增管而相對龐大。另外，那些檢測器的空間分辨率相對低。
[0003]從現(xiàn)有技術(shù)得知的另一類型的檢測器是指所謂的氣體電子倍增器，其中通過光電效應(yīng)生成的電子進入填充有氣體的對應(yīng)孔。在孔內(nèi)存在使進入孔的電子加速的高電場，從而由于電子與氣體原子/分子的碰撞而結(jié)果形成次級電子。因此，產(chǎn)生電子雪崩。
[0004]在美國專利6，011，265中公開了包括氣體電子倍增器的輻射檢測器。在該檢測器中，布置在距氣體電子倍增器某一距離處的檢測器陽極用于檢測電子雪崩。氣體電子倍增器包括其中具有對應(yīng)孔的絕緣材料以及被布置在絕緣材料上的在孔內(nèi)生成高電場的兩個電極。該檢測器具有以下缺點:并非電子雪崩的所有電子都能夠被檢測器陽極檢測到，因為一些電子在鄰近于檢測器陽極的氣體電子倍增器的電極上放電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種提供精確測量的緊湊尺寸的用于輻射的檢測器。
[0006]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的檢測器解決。在從屬權(quán)利要求中描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0007]本發(fā)明的檢測器被設(shè)計用于檢測輻射并且特別是高能電磁輻射。在此和在下文中，高能電磁輻射是指從1keV開始直到10MeV以及更多的輻射，特別地是指X射線輻射和/或伽馬(Gamma)福射。
[0008]本發(fā)明的檢測器包括包含陰極的轉(zhuǎn)換區(qū)段。該區(qū)段通過光電效應(yīng)將要被檢測的和入射在轉(zhuǎn)換區(qū)段上的輻射轉(zhuǎn)換為電子。另外，檢測器包括用于從電子產(chǎn)生電子雪崩的氣體電子倍增器，所述電子在轉(zhuǎn)換區(qū)段中生成并且進入氣體電子倍增器。氣體電子倍增器包括第一電極、介電層和第二電極。第一電極和第二電極優(yōu)選地由銅制成。另外，介電材料優(yōu)選地由Kapton制成。第一電極被布置在鄰近于轉(zhuǎn)換區(qū)段的介電層的第一側(cè)處并且第二電極被布置在與第一側(cè)相對的介電層的第二側(cè)處。氣體電子倍增器包括許多孔并且特別地包括多個填充有氣體(例如氖)的孔，其中所述孔延伸通過第一電極、介電層和第二電極。檢測器還包括鄰近于第二電極的檢測器陽極以用于檢測電子雪崩。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的檢測器的特征在于檢測器陽極在每個孔處從第二電極延伸到孔之上，使得孔在一側(cè)完全被檢測器陽極覆蓋。本發(fā)明基于以下實現(xiàn):通過由檢測器陽極覆蓋氣體電子倍增器的孔，電子雪崩中沒有電子由于第二電極處的放電而損失。因而，通過該檢測器可以實現(xiàn)輻射的更加精確的測量。另外，相比于具有光電倍增管的閃爍檢測器，本發(fā)明的檢測器具有緊湊得多的尺寸，因為相比于針對光電倍增器的數(shù)厘米，氣體電子倍增器的厚度通常處于數(shù)微米的范圍中。而且，相比于包括光電倍增管的閃爍檢測器，可以使得氣體電子倍增器的空間分辨率高得多。
[0010]在檢測器的優(yōu)選實施例中，轉(zhuǎn)換區(qū)段包括光電陰極和閃爍體材料(例如NaI(Tl)),其被布置在光電陰極的面向進入轉(zhuǎn)換區(qū)段的輻射的一側(cè)處。閃爍體材料將入射輻射轉(zhuǎn)換為光。由于光電效應(yīng)，該光的光子使得電子直接從光電陰極被發(fā)射。因而，光電陰極可以被布置成靠近氣體電子倍增器的孔從而減小檢測器的尺寸。然而，在另一實施例中，轉(zhuǎn)換區(qū)段還可以包括常規(guī)陰極和氣體容積使得輻射通過陰極并且由于光電效應(yīng)使得從氣體容積中的氣體原子/分子發(fā)射電子。
[0011]以上描述的實施例的光電陰極可以直接布置在第一電極上(即與其接觸)。然而，在光電陰極和第一電極之間還可以存在填充有氣體的間隙。
[0012]在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，檢測器陽極和第二電極形成整體電極從而導(dǎo)致檢測器的簡單設(shè)計。
[0013]在本發(fā)明的另一實施例中，檢測器陽極在一個或多個孔處并且特別地在每個孔處延伸于第二電極的平面中或與之平行地延伸。
[0014]在另一變型中，檢測器陽極在一個或多個孔處并且特別地在每個孔處具有沿垂直于第二電極的平面的U形橫截面。另外，檢測器陽極可以在一個或多個孔處并且特別地在每個孔處具有半橢圓形橫截面。由于使用U形或者半橢圓形橫截面，增加了陽極的檢測器表面。
[0015]氣體電子倍增器中的孔可以具有不同的形式。在一個實施例中，至少一個孔并且特別地每個孔具有圓柱形形式。在另一實施例中，至少一個孔并且特別地每個孔從第一電極朝向第二電極成圓錐形逐漸變細。另外，至少一個孔并且特別地每個孔可以從第一電極和第二電極二者向孔的內(nèi)部成圓錐形逐漸變細。
[0016]為了實現(xiàn)高的空間分辨率，每個孔的最大直徑處于10和100 μ m之間和/或第一電極的平面視圖中的鄰近孔的中心之間的距離處于10和100 μ m之間。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的檢測器可以使用在不同【技術(shù)領(lǐng)域】中。在優(yōu)選的實施例中，檢測器是用于檢測醫(yī)學(xué)設(shè)備中、特別是計算機斷層X光攝影裝置(computer tomograph)中的福射的檢測器。換言之，本發(fā)明還涉及包括根據(jù)本發(fā)明的檢測器的計算機斷層X光攝影裝置。另夕卜，本發(fā)明的檢測器可以使用在用于記錄被鉆孔穿透的地質(zhì)構(gòu)成的測井設(shè)備中。因而，本發(fā)明還涉及包括以上描述的檢測器的測井設(shè)備。本發(fā)明還可以使用在除以上【技術(shù)領(lǐng)域】之外的【技術(shù)領(lǐng)域】中。例如，本發(fā)明的檢測器可以使用在用于研究放射性核素頻譜、用于測量核內(nèi)核的壽命時間的核物理中，在地質(zhì)學(xué)(活化分析、礦物搜索、巖石年齡界定)、生物學(xué)、探傷學(xué)等中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]現(xiàn)在將關(guān)于附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于高能輻射的檢測器的一個單元的截面視圖；
圖2示出針對具有多個圖1中圖示的單元的檢測器的沿圖1的線I1-1I的橫截面視圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的檢測器單元的一部分的橫截面視圖；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的檢測器單元的一部分的橫截面視圖；以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的檢測器單元的一部分的橫截面視圖。

【具體實施方式】
[0019]在下文中，將關(guān)于用于檢測高能電磁輻射和特別地X射線輻射和/或伽馬輻射的包括多個單元的閃爍檢測器來描述本發(fā)明的實施例。
[0020]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的檢測器的一個單元的截面視圖。檢測器包括閃爍材料1，其將要被檢測的高能輻射(由箭頭Pl指示)轉(zhuǎn)換為光(由箭頭P2指示)，即轉(zhuǎn)換為具有不同于入射輻射的另一波長的電磁輻射。取決于閃爍體材料，材料中產(chǎn)生的光可以處于可見光譜內(nèi)或在鄰近于可見光譜的光譜中。在優(yōu)選實施例中，NaI (Tl)(用鉈活化的碘化鈉)被用作閃爍體晶體。光學(xué)透射窗2 (優(yōu)選地由適當?shù)牟Ａе瞥?被布置在該閃爍體晶體的底部處。
[0021]閃爍體晶體中產(chǎn)生的光通過光學(xué)窗2到達光電陰極3，其結(jié)果是由于光電效應(yīng)，從光電陰極發(fā)射電子E。包括閃爍體1、光學(xué)窗2和光電陰極3的檢測器的上部表不如權(quán)利要求I中限定的轉(zhuǎn)換區(qū)段的實施例。在另一實施例中，該轉(zhuǎn)換區(qū)段可以被不同地結(jié)構(gòu)化，例如通過陰極和填充有氣體的間隙使得光電效應(yīng)基于在經(jīng)過陰極的輻射和氣體容積中的氣體電子之間的相互作用。
[0022]在圖1的轉(zhuǎn)換區(qū)段之下，布置了氣體電子倍增器4。該倍增器包括第一電極5 (優(yōu)選地由銅制成)、介電材料6 (優(yōu)選地由Kapton制成)和第二電極7 (優(yōu)選地由銅制成)。穿過電極5和7以及介電材料6而形成圓柱形孔9。孔填充有氣體，例如氖。適當?shù)碾妷?例如100V)被施加在第一和第二電極之間，使得在孔9內(nèi)存在大電場區(qū)域。因而，進入孔9的電子E被加速并且碰撞氣體原子/分子從而產(chǎn)生次級電子，次級電子再一次碰撞其它原子，諸如此類。因而，產(chǎn)生電子雪崩。該雪崩由孔9的底部處所布置的檢測器陽極8檢測到。在該陽極和陰極3之間存在適當?shù)碾妱?。與現(xiàn)有技術(shù)相對，檢測器陽極8未從第二電極7間隔開。代替地，電極7和檢測器陽極8形成整體電極。這具有以下優(yōu)點:孔9中生成的所有雪崩電子都被檢測器陽極8檢測到。
[0023]與此相對，在現(xiàn)有技術(shù)檢測器中，圖1中示出的虛線L形成電極7的底側(cè)，其中檢測器陽極8從電極7間隔開。因而，并非所有雪崩電子到達檢測器陽極8，因為由于從電極7離開的電場線，在孔的邊緣處的一些電子將撞擊在電極7的底部上。由于并非電子雪崩的全部能量被陽極捕獲到，這將導(dǎo)致測量誤差。顯然，該問題通過如圖1中示出的檢測器解決，因為孔9的底部是封閉的，使得電子雪崩的所有電子被陽極8檢測到。因而，如圖1中所示的檢測器單元提供了入射輻射的能量和強度的更加精確的測量。
[0024]在圖1中示出的實施例中，光電陰極3直接布置在上電極5上(即與其接觸)。然而，在光電陰極3和電極5之間還可以存在小的間隙，使得氣體在檢測器中在氣體電子倍增器4的所有孔9之間延伸。
[0025]圖2示出了包括多個如圖1中示出的單元的檢測器的沿圖1的線I1-1I的橫截面視圖。如可以從圖2看到的，穿過檢測器中的上電極5形成若干孔9。為了清楚起見，通過參考標號9僅指明鄰近孔中的一些。圖2僅示出檢測器的檢測表面的一部分。換言之，檢測器包括比圖2中示出的多得多的孔，例如數(shù)千個孔。包括孔的檢測器表面的尺寸優(yōu)選地處于數(shù)厘米的范圍中(例如1cm X 10cm)。為了實現(xiàn)高的空間分辨率，鄰近孔之間的距離D優(yōu)選地處于數(shù)微米的范圍中，例如在10和100微米之間。孔的直徑d優(yōu)選地處于相同的范圍中，即在10和100微米之間。圖2中示出的檢測器的空間分辨率比通過使用光電倍增管的常規(guī)閃爍體檢測器可以實現(xiàn)的空間分辨率高得多。與包括光電倍增管的檢測器相比，本檢測器的另一優(yōu)點在于以下事實:檢測器的尺寸小得多。圖1的檢測器單元在豎直方向上的延伸處于數(shù)微米的范圍中，而光電倍增管通常具有數(shù)厘米的長度。
[0026]在圖1的實施例中，陽極8被形成為平行于第二電極7的平坦電極。另外，孔9具有圓柱的形式。然而，如圖3至圖5的實施例中所示，不同形式的檢測器陽極和孔是可能的。那些圖是形成氣體電子倍增器的檢測器單元的部分的橫截面視圖。在該倍增器的頂部上的單元的部分對應(yīng)于如圖1中所示的結(jié)構(gòu)。在圖3至5中，對應(yīng)于圖1的組件用相同的參考標號指明。
[0027]圖3示出其中孔9從第一電極5朝向第二電極7成圓錐形逐漸變細的實施例。另夕卜，檢測器陽極8處于第二電極7的平面中使得通過陽極8和電極7形成總體平坦的電極。如圖3中所示的實施例具有非常緊湊的尺寸。
[0028]圖4示出其中氣體電子倍增器的孔9從上電極5和下電極7 二者朝向在該處孔具有最低直徑的孔的中部而成圓錐形逐漸變細的實施例。另外，檢測器陽極8的定位向下偏移，結(jié)果產(chǎn)生檢測器陽極的U形形式。該實施例增強陽極8的檢測表面，結(jié)果產(chǎn)生更好的檢測能力。另外，具有逐漸變細的表面的孔的形式增加了孔內(nèi)的電場。
[0029]圖5示出檢測器單元的另一實施例。如圖4中那樣，孔9具有逐漸變細的表面。與圖4相對地，陽極8具有半橢圓形橫截面，其同樣結(jié)果產(chǎn)生檢測器陽極的更大的表面。
[0030]如上文中所描述的實施例具有若干優(yōu)點。特別地，由于在由氣體電子倍增器產(chǎn)生的電子雪崩中不發(fā)生電子的任何丟失，因此檢測器的測量更加精確。另外，相比于使用光電倍增管的閃爍檢測器，檢測器的尺寸小得多并且空間分辨率高得多。
【權(quán)利要求】
1.一種用于輻射、特別是高能電磁輻射的檢測器，包括: -轉(zhuǎn)換區(qū)段，其包括用于通過光電效應(yīng)將入射在轉(zhuǎn)換區(qū)段上的輻射(P)轉(zhuǎn)換為電子(E)的陰極(3); -氣體電子倍增器(4)，其用于從由轉(zhuǎn)換區(qū)段生成并且進入氣體電子倍增器(4)的電子(E)產(chǎn)生電子雪崩，氣體電子倍增器(4)包括第一電極(5)、介電層(6)和第二電極(7)，第一電極(6 )被布置在鄰近于轉(zhuǎn)換區(qū)段的介電層(6 )的第一側(cè)處并且第二電極(7 )被布置在與第一側(cè)相對的介電層(6)的第二側(cè)處，其中氣體電子倍增器(4)包括許多填充有氣體的孔(9),所述孔(9)延伸通過第一電極(5)、介電層(6)和第二電極(7)； -檢測器陽極(8)，其鄰近于第二電極(7)，用于檢測電子雪崩； 其特征在于 檢測器陽極(8)在氣體電子倍增器(4)的每個孔(9)處從第二電極(7)延伸到孔(9)之上，使得孔(9)在一側(cè)完全被檢測器陽極(8)覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器，其特征在于轉(zhuǎn)換區(qū)段包括光電陰極(3)和被布置在光電陰極(3)的面向進入轉(zhuǎn)換區(qū)段的輻射(Pl)的一側(cè)的閃爍體材料(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測器，其特征在于光電陰極(3)直接或利用填充有氣體的間隙而布置在第一電極(5 )上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于檢測器陽極(8)和第二電極(7)形成整體電極。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于檢測器陽極(8)在一個或多個孔(9 )處并且特別地在每個孔(9 )處延伸于第二電極(7 )的平面中或者平行于第二電極(7 )的平面而延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于檢測器陽極(8)在一個或多個孔(9)處并且特別地在每個孔(9)處具有沿垂直于第二電極(7)的平面的U形橫截面。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于檢測器陽極(8)在一個或多個孔(9)處并且特別地在每個孔處具有沿垂直于第二電極(7)的平面的半橢圓形橫截面。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于至少一個孔(9)并且特別地每個孔(9)具有圓柱形形式。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于至少一個孔(9)并且特別地每個孔(9)從第一電極(5)朝向第二電極(7)成圓錐形逐漸變細。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于至少一個孔(9)并且特別地每個孔(9)從第一電極(5)和第二電極(6) 二者向孔(9)的內(nèi)部成圓錐形逐漸變細。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于每個孔(9)的最大直徑處于10到100 μ m之間和/或第一電極(5)的平面視圖中的鄰近孔(9)的中心之間的距離處于10到100 μ m之間。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的檢測器，其特征在于檢測器是醫(yī)學(xué)設(shè)備、特別是計算機斷層X光攝影裝置或者測井設(shè)備中的用于檢測輻射的檢測器。
【文檔編號】H01J47/02GK104350576SQ201280073807
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】I.M.阿斯塔菲瓦, O.海德, T.休格斯 申請人:西門子公司