マイクロチャネルプレート、ガス比例計数管、及び撮像装置
【課題】高輝度と高解像度の両方を同時に達成できる優れた特性を有するマイクロチャネルプレート、ガス比例計数管、及び撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明による撮像型の検出装置は、例えば、撮像系に電源系及び制御系が接続されたものである。撮像系は、ベリリウム窓を有し複数のチャネル１３が設けられたＭＣＰ１が設けられたチャンバの後段に、光検出器が収容されたチャンバがＦＯＰを介して接合されたものである。また、チャネル１３の開口端の周囲及びその内壁上に電極１ａが設けられている。
【解決手段】本発明による撮像型の検出装置は、例えば、撮像系に電源系及び制御系が接続されたものである。撮像系は、ベリリウム窓を有し複数のチャネル１３が設けられたＭＣＰ１が設けられたチャンバの後段に、光検出器が収容されたチャンバがＦＯＰを介して接合されたものである。また、チャネル１３の開口端の周囲及びその内壁上に電極１ａが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネルプレート、ガス比例計数管、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロチャネルプレート（Micro Chanel Plate；ＭＣＰ）として機能する鉛ガラス製キャピラリープレートを撮像型のガス比例計数管（Capillary Gas Proportional Counter；ＣＧＰＣ）として動作させる新しいタイプの検出器が開発されている（非特許文献１〜８参照）。また、最近では、Ｘ線等の二次元位置検出が可能な別の放射線検出器として、ガス・エレクトロン・マルチプライアー（Gas Electron Multiplier；ＧＥＭ）が注目を浴びている（非特許文献１０〜１２参照）。
【０００３】
さらに、本発明者は、従来のＣＧＰＣを更に改良し、ノイズレベルを十分に低減できるキャピラリープレートとそれを用いた新しいＣＧＰＣ（特許文献１）、及び、ＧＥＭに比して耐衝撃性及び取扱性に優れると共に、感度分布の一様性をより高めたＣＧＣＰ（特許文献２）を提案している。
【非特許文献１】H. Sakurai et al., "A new type of proportional counter using a capillary plate", Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A374(1996)341-344.
【非特許文献２】H. Sakurai et al., "Characteristics of capillary gas proportional counter", SPIE Proceedings Reprint, vol.2806(1996)569-576.
【非特許文献３】H. Sakurai et al., "Detection of photoabsorption point with capillary imaging gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (2002).
【非特許文献４】M. Tsukahara et al., "The development of a new type of imaging X-ray detector with a capillary plate", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (1997)679-682.
【非特許文献５】H. Sakurai et al., "The form of X-ray photoelectron tracks in a capillary gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.46, No.3, (1999)333-337.
【非特許文献６】H. Sakurai, "Imaging gas proportional counter with capillary plate", 放射線 vol.25, No.1, (1999)27-37.
【非特許文献７】H. Sakurai et al., "New type of imaging X-ray detector using a capillary plate", SPIE Proceedings Reprint, vol.3114(1997)481-487.
【非特許文献８】T. Masuda et al., "Optical imaging capillary gas proportional counter with penning mixtures", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.2, (2002)553-558.
【非特許文献９】Nishi,Yu.; Tanimori,Y.; Ochi,A.; Nishi,Ya.; Toyokawa,H., "Development of a hybrid MSGC with a conductive capillary plate.", SPIE, vol.3774(1999)87-96.
【非特許文献１０】F. Sauli, Nucl. Instr. And Meth. A 368(1977)531.
【非特許文献１１】F. A. F. Fraga, et al., Nucl. Instr. And Meth. A 442(2000)417.
【非特許文献１２】D. Mormann, et al., Nucl. Instr. And Meth. A 504(2003)93.
【特許文献１】特開２００４−２４１２９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ＣＧＣＰを用いた撮像装置の概略構成を、撮像型Ｘ線検出装置を例にとって説明する。撮像型Ｘ線検出装置は、通常、ＣＧＣＰの後段に光学系及び撮像系が順に連設された構成を有している。ＣＧＣＰは、Ｘ線等の電磁波が入射するベリリウム窓が一方端に設けられ且つ他方端に光透過窓が設けられたチャンバの内部に設置されている。ＣＰは、中空状を成す１００μｍ径程度の鉛ガラス製キャピラリーが複数集積された薄板状部材であり、その両面には、薄膜電極が形成されている。さらに、ＣＰの前段（光電面側）には、電源と設置電位に接続された整形リングが設けられていて、ドリフト領域が画成されている。チャンバ内には、主成分であるＡｒガスやＣＨ4ガス等にペニング効果（Penning Effect）を奏するトリメチルアミン（ＴＭＡ）等が添加された混合ガスが封入されている。
【０００５】
このように構成された撮像型Ｘ線装置に、ベリリウム窓を通してＸ線が入射すると、ベリリウム窓とそれに対向するＣＰの一方面（ＣＰIN）との間に存在するガス分子とＸ線が相互作用し、光電効果によって高エネルギーの一次電子（Ｘ線光電子）が放出される。この一次電子は、他のガスにエネルギーを付与しながら進み、その飛跡中に電子−イオン対を生じて電子雲が形成され、その電子雲がＣＰの一方面（ＣＰIN）からキャピラリー内に入射する。キャピラリーの内部には、例えば１０4Ｖ／ｃｍ以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突してガスの放電及び励起発光が引き起こされ、電子増殖（例えば１０3〜１０4倍）及び光増殖が行われる。増幅光は、光透過窓を透過して光学系に入射し、撮像系へ導光される。
【０００６】
本発明者は、このような撮像型Ｘ線検出装置を使用する際には、ＣＧＣＰの特性を利用して、いわゆる高輝度モードと高解像度モードという二種類の異なるモードを用途に応じて適宜選択して操作している。
【０００７】
すなわち、高輝度モードとは、ベリリウム窓とＣＰINとの間のドリフト領域において、電子雲がＣＰ側に引き込まれる方向に移動（ドリフト）するように順バイアス電圧を印加する通常の操作モードである。この場合、一次電子によって生じた電子雲全体がＣＰに入射し得るので、極めて高い輝度（感度、Ｘ線検出効率）が達成される。ただし、電子雲が、ガス中を進む際に拡散される確率が高くなるので、Ｘ線の入射位置情報が喪失され易く、解像度特性（位置分解能）にやや劣る傾向にある。
【０００８】
一方、高解像度モードとは、ドリフト領域において、高輝度モードとは反対に、電子雲がベリリウム窓側へ斥けられるように移動（ドリフト）する方向に逆バイアス電圧を印加する操作モードである。本発明者の知見によれば、このような逆バイアス電圧の印加によって高解像度が達成できる理由は、以下のように推定される。
【０００９】
つまり、ドリフト領域で生じた飛程の長い一次電子、及びその進行途中で生じた電子雲は、逆バイアス電圧によってＣＰへ入射することが妨げられるので、ＣＰのキャピラリー内には、ＣＰIN近傍で生じた電子雲が入射して電子・光増殖に関与する。そして、ＣＰIN近傍で生じた電子雲は、ＣＰまでの距離が短いので、ガス中で殆ど拡散されず、生じた位置に近いキャピラリー内に入射し得る。このように、実質的に、殆ど拡散せずにＸ線の入射位置情報を保持した電子雲のみがキャピラリー内での電子・光増殖に寄与するので、位置分解能は、キャピラリーの径そのものによって決定され得る。
【００１０】
しかし、このように逆バイアス電圧を印加する高解像度モードは、解像度特性に優れるものの、ドリフト領域で生じる多量の電子（雲）がキャピラリー内へ入射しないので、キャピラリー内での電子・光増殖に寄与する電子数が少なくなって輝度（感度、Ｘ線検出効率）が低下してしまう傾向にある。
【００１１】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高輝度と高解像度の両方を同時に達成できる優れた特性を有するＭＣＰ、ガス比例計数管、及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明によるＭＣＰは、複数の貫通孔が設けられ且つ絶縁性を有する基体を備えており、主として不活性ガスを含むガス雰囲気中に配置されて比例計数管を構成するものであって、基体が、少なくとも前記複数の貫通孔の内壁上に設けられた光電変換部を有するものである。ここで、光電変換部は、貫通孔の内壁上（つまり、貫通孔の内面）に形成されていれば、例えば貫通孔の開口端の周囲の基体表面にも設けられていてもよい。
【００１３】
このように構成されたＭＣＰでは、基体の両端面に電圧が印加されて電場が形成された状態において、複数の貫通孔が電子・光増殖を行うマイクロチャネルとして機能する。本発明者は、このような構成を有するＭＣＰを試作し、例えば特許文献１に記載された撮像型Ｘ線検出装置のＣＰの代わりに用い、上述した逆バイアス電圧を印加する'高解像度モード'で運転したところ、十分な解像度特性が得られつつ、しかも、上述した'高輝度モード'に匹敵する輝度が達成されることが確認された。
【００１４】
また、このＭＣＰの構成をモデル化し、EGS4コード（The EGS4 Code System by W. R. Nelson, H. Hirayama and D. W. O. Rogers, SLAC-265, Stanford Linear Accelerator Center, 1985）を用いて、Ｘ線と、ガス及びＣＰの材料物質との相互作用モンテカルロシミュレーションを行い、検出効率とパルス波高スペクトル（分布）を評価した。
【００１５】
その結果、少なくとも複数の貫通孔の内壁上（貫通孔の内面）に設けられた光電変換部を有するＭＣＰを用いた場合、そのような光電変換部を有しないＭＣＰに比して、特に１０ｋｅＶ以上のエネルギーを有するＸ線に対する検出効率が有意に高められることが確認された。
【００１６】
さらに、本発明者は、ＭＣＰの三次元構成をモデル化し、Maxwell 3-D Field Simulator（Commercial Finite Element Computation Package, Ansoft Co. Pittsburg, PA, USA.）及び Garfield（R. Veenhof, Nucl. Instr. and Meth. A 419 (1998) 726. HYPERLINK "http://garfield.web.cern.ch/garfield/" http://garfield.web.cern.ch/garfield/）コードを用いて電場及び電子挙動のシミュレーションを実施した。なお、Maxwellにて電場計算を行い、Garfieldによりガス中の電子の運動を計算した。その結果、少なくとも貫通孔の内壁上（貫通孔の内面）に設けられた光電変換部を有するその貫通孔の内部には、貫通孔の前方のドリフト領域で生じた電子雲が入射し難い傾向にあることが判明した。
【００１７】
これらより、少なくとも前記複数の貫通孔の内壁上（貫通孔の内面）に設けられた光電変換部を有するＭＣＰでは、その外部で生じた電子雲が貫通孔内に入射することが十分に抑制される一方で、その光電変換部において高効率で生じた一次電子が、貫通孔内の電子・光増殖に実質的に寄与するものと推定される。ただし、作用機序はこれに限定されない。
【００１８】
また、光電変換部の材料は、目的とする測定対象の電磁波、粒子線等と相互作用し、その結果、電磁波、粒子線等を生成する物質を含むものであれば特に制限されず、例えば、遷移金属、重金属、貴金属の他に、アルカリ金属電子を含むもの、測定対象との反応断面積が大きいもの等が挙げられる。より具体的には、例えば、測定対象が可視光（波長約４００ｎｍ〜８００ｎｍ）の場合、後述する複数種類のアルカリ金属を含むマルチアルカリが好ましく、特に波長約３００ｎｍ〜６００ｎｍの可視光に対してはバイアルカリがより好ましい。また、波長が約２００ｎｍより短い真空紫外光の場合、ＣｓＩが更に好ましく、より短波長のＸ線からγ線に対しては、ＡｕやＣｓ等を好ましい金属として例示できる。さらに、測定対象が中性子線の場合には、ＢやＧｄ等を含むものが好適である。このように、アルカリ金属電子を含むものは、測定対象が電磁波である場合に光電変換部の材料として特に有用である。
【００１９】
本発明者は、アルカリ金属原子を含む光電変換部を設けたＭＣＰを試作し、例えば特許文献１に記載された撮像型Ｘ線検出装置のＣＰの代わりに用い、上述した逆バイアス電圧を印加する'高解像度モード'で運転したところ、この場合にも、十分な解像度特性が得られつつ、しかも、上述した'高輝度モード'に匹敵する輝度が達成されることが確認された。また、パルス波高スペクトルの評価から、アルカリ金属とＸ線との相互作用によって生じた光電子の寄与が明らかとなった。これらの結果より、光電変換部に含まれるアルカリ金属等の金属原子とＸ線との相互作用によって生じる光電子が、貫通孔内における電子・光増殖の電子源（すなわち一次電子）となることが強く示唆される。さらに、Maxwell & Garfieldによる電場シミュレーションにおいて、アルカリ金属原子を含む光電変換部を貫通孔の端部内壁の周方向に設けた場合にも、ＭＣＰの外部で生じた電子雲が貫通孔内に入射し難いことが確認された。
【００２０】
さらに、Maxwell & Garfieldによる電場シミュレーションにおいて、貫通孔の内壁上（端部内壁の周方向）に設けた光電変換部の高さ（貫通孔の軸方向に沿う長さ；つまり、光電変換部が貫通孔内部へ入り込んでいる深さ）を種々変化させたところ、その長さがある程度以上になると、ＭＣＰの外部で生じた電子雲の殆どが貫通孔内での電子・光増殖に関与しないことが確認された。
【００２１】
すなわち、光電変換部は、下記式（１）；
Ｌｃｐ×０．１＜Ｌａ …（１）、
で表される関係を満たすものであるとより好ましい。式中、Ｌｃｐは、貫通孔の軸方向長さを示し、Ｌａは、貫通孔の軸方向に沿う光電変換部の長さを示す。
【００２２】
また、光電変換部は、貫通孔の両端に所定の電圧を印加するための電極を兼ねるものであると一層有用である。こうすれば、紫外光から近赤外光の波長領域に至る幅広い波長範囲において高い感度を達成し易くなる。また、Ｘ線のようなより短い波長の電磁波に対して、貫通口の端部で生じる電子数を増加させることができる。よって、幅広い波長領域に対して高い感度を簡易に実現できる。
【００２３】
具体的には、光電変換部は、複数種類のアルカリ金属原子を含むものであるとより好ましい。こうすれば、光電変換効率が一層高められ、例えばＸ線の場合であれば、貫通口の端部で生じる電子数をより一層増加させることができる。
【００２４】
より具体的には、複数の貫通孔は、内壁断面が略直状をなすものである。
【００２５】
また、本発明によるガス比例計数管は、主として不活性ガスを含む検出用ガスが充填されており、電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、チャンバ内に配置された本発明によるＭＣＰとを備えるものである。なお、「比例計数管」は、管状部材に限られず、比例計数領域で作動する計数装置全般を意味するものとする。
【００２６】
さらに、検出用ガスが分子中にハロゲン原子を含む有機系ガスを含有するものであると好適である。
【００２７】
前述したＡｒガス及びＣＨ4ガス等を主成分とするガスにＴＭＡやＴＥＡといったアミン系ガスが添加された混合ガスを用いた場合には、例えば、Ａｒの励起発光である波長１２７ｎｍがＴＭＡによって波長変換されて波長２９０ｎｍの光が発光する。よって、通常の撮像装置では、可視光への変換が必要となる。これに対し、検出用ガスが、分子中にハロゲン原子を含む有機系ガス（例えば、ＣＦ4等のハロゲン化アルカンといった少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素ガス）を含有するものであれば、従来よりも長波長である可視光（ＣＦ4を含む場合、発光領域４００〜９００ｎｍ程度、ピーク波長は約６２０ｎｍ）を高効率で発光させることができる。
【００２８】
また、本発明による撮像装置は、本発明による比例計数管と、チャンバの後段に配置された光検出器とを備えるものである。なお、これまでの経緯を考慮して換言すれば、本発明によるＭＣＰは、複数の貫通孔が設けられ且つ絶縁性を有する基体を備えており、主として不活性ガスを含むガス雰囲気中に配置されて比例計数管を構成するものであって、基体が、貫通孔の開口端の周囲に設けられたアルカリ金属原子を含む光電変換部を有するものと言い表すことも可能であり、光電変換部が複数の貫通孔の内壁上に設けられたものであると好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のＭＣＰ、ガス比例計数管、及び撮像装置によれば、ＭＣＰに形成された貫通孔の開口端の周囲に設けられたアルカリ金属原子を含む光電変換部により、ＭＣＰの外部で生じた電子雲が貫通孔内に入射することが抑制される一方で、その光電変換部において高効率で生じた一次電子が、貫通孔内の電子・光増殖に実質的に寄与するので、高輝度と高解像度の両方を同時に達成できるという優れた特性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００３１】
図１は、本発明によるＭＣＰの好適な一実施形態を模式的に示す平面図であり、図２は図１におけるII−II線に沿う断面図である。ＭＣＰ１は、板状を成す絶縁性の多孔プレート１１（基体）の周囲に外周枠１２が接合されたものである。多孔プレート１１は、その厚み方向に沿ってチャネル１３（貫通孔）が複数設けられたものであり、その材質は特に制限されず、例えば、特許文献１等に記載されたガラス枠に接合されたキャピラリープレートからなるチャネルガラス（鉛を含んでいてもいなくてもよい）、特許文献２に記載された樹脂枠内に複数の樹脂製の中空糸管が配置されたもの、等が挙げられる。
【００３２】
多孔プレート１１に設けられたこれらのチャネル１３は、各々独立した電子・光増倍器を構成するものである。さらに、多孔プレート１１の両面には、例えば真空蒸着等によって形成された遷移金属合金（例えば、インコネル等）やアルカリ金属原子を含む金属等からなる薄膜を含む電極１ａ（光電変換部）、及び電極１ｂが設けられている。
【００３３】
この電極１ａ，１ｂに用いられるアルカリ金属原子を含む金属材料としては、例えば、バイアルカリ化合物、マルチアルカリ化合物、バイアルカリ及びアンチモン若しくはテルルの化合物、又は、マルチアルカリ及びアンチモン若しくはテルルの化合物等が挙げられ、電極１ａ，１ｂは、カーボンナノチューブ等からなる他の層を更に有していてもよく、さらに、例えば中性子線の吸収断面積（中性子との反応断面積）が大きな核種を含めてもよい。
【００３４】
ここで、図３は、図２の要部拡大図であり、チャネル１３及びその周囲を模式的に示す断面図である。チャネル１３は、細長い直孔状すなわち内壁１３ａが直状で内径が延在軸Ｇに沿って略一定に形成されている。なお、図示において、チャネル１３は、バイアス角度（多孔プレート１１の面に垂直な方向と延在軸Ｇとがなす角度）が略０°となっているが、例えば５〜１５°程度のバイアス角度となるようにしてもよい。
【００３５】
また、電極１ａ，１ｂは、チャネル１３の開口端の周囲を覆うように設けられており、且つ、チャネル１３の開口端からその内部に入り込むように、つまりチャネル１３の端部の内壁１３ａ上まで延設されている。
【００３６】
さらに、一方の電極１ａ（後述するように、ＭＣＰ１が撮像装置に設けられたときにＸ線等の電磁波が入射する側ＣＰINに設けられた電極）は、好ましくは下記式（１）；
Ｌｃｐ×０．１＜Ｌａ …（１）、
より好ましくは、
Ｌｃｐ×０．２≦Ｌａ≦Ｌｃｐ×０．５ …（２）、
で表される関係を満たすように設けられている。
【００３７】
ここで、Ｌｃｐは、チャネル１３の延在軸Ｇ方向の全長（多孔プレート１１の厚さ）を示し、Ｌａは、チャネル１３の延在軸Ｇ方向に沿う電極１ａの長さ（チャネル１３の内部における電極１ａの高さ）を示す。
【００３８】
このように構成されたＭＣＰ１において、電極１ａ，１ｂ間すなわち各チャネル１３の両端に電圧が印加されると、チャネル１３内に延在軸Ｇ方向の電界が発生する。このとき、一方端からチャネル１３内に電極１ａでの光電効果によって生じた電子（一次電子）が入射すると、その入射電子はチャネル１３内に形成された強電界からエネルギーを付与され、チャネル１３内のガス原子との電離・励起衝突が多重（雪崩式）に繰り返されて、電子及び光（励起発光）が指数関数的に激増することにより電子・光増殖が行われる。
【００３９】
図４は、ＭＣＰ１を備える本発明のガス比例計数管（ＣＧＰＣ）を用いた撮像装置の好適な一実施形態を示す斜視図（一部破断図）である。また、図５は、その要部を模式的に示す断面図である。
【００４０】
撮像型Ｘ線検出装置２００（撮像装置）は、撮像系２１０に、電源系３４、並びにＣＡＭＣＡユニット及び表示装置が組み込まれた制御系３５（測定回路系を兼ねる。）が接続されたものである。撮像系２１０は、略筒状をなし上方端がベリリウム窓２１（窓）で覆われ且つ側壁に排気口２２ａ及び吸気口２２ｂが設けられたチャンバ２２と、Ｘ線Ｐｖ（電磁波）の入射方向に対してチャンバ２２の後段に接合されたチャンバ２３とを有している。
【００４１】
チャンバ２２内には、Ｘ線Ｐｖの入射方向に沿うように、その上流側から中空状の整形リング（シェイピングリング）２１５，２１６、及び前述したＭＣＰ１が同軸状に設けられている。これらの整形リング２１５，２１６は、電源系３４及び接地電位に接続されており、電源系３４からの高電圧と接地との間が抵抗分割されてそれぞれに適切なドリフト電圧が印加されるようになっている。これらの整形リング２１５，２１６によって、ＭＣＰ１の前方空間にドリフト領域が画成されている。
【００４２】
また、ＭＣＰ１の電極１ａ，１ｂは、それぞれ電源系３４に接続されており、電極１ａには所定のカソード電圧が印加されて陽極として作用し、電極１ｂには所定のアノード電圧が印加されて陰極として機能する。
【００４３】
また、チャンバ２２，２３の境界には開口部が設けられており、そこにＦＯＰ２がチャンバ２２側を封止するように嵌合設置されている。このように閉止されたチャンバ２２内の空間には、主ガス成分であるＨｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、ＣＨ4ガス等に、分子中に好ましくはハロゲン原子、より好ましくはフッ素原子を含むＣＦ4等のハロゲン化アルカンといった有機系ガスが添加され、更に必要に応じてクエンチングガスが加えられた検出用ガス２１７が封入されている。検出用ガス２１７は、排気口２２ａ及び吸気口２２ｂを用いて適宜排気及び吸気される。
【００４４】
ＣＦ4等の有機系ガスの添加量は、ガスの種類に応じて適宜選択することができるものの、検出用ガス２１７の全量に対して好ましくは１〜１０体積％程度、より好ましくは数体積％とされる。このように、ベリリウム窓２１、チャンバ２２、整形リング２１５，２１６、ＭＣＰ１、及び検出用ガス２１７から本発明の比例計数管が構成されている。
【００４５】
さらに、チャンバ２３の底壁上には、ＭＣＰ１及びＦＯＰ２と同軸状に光位置検出器３（光検出器）が設置されており、その周囲には、光位置検出器３を駆動させるための駆動回路ボード４が設けられている。光位置検出器３としては、二次元の位置検出が可能な光検出器が好ましく、例えば、ＣＭＯＳセンサアレイ、イメージインテンシファイファ（Ｉ．Ｉ．）、ＣＣＤ、ＩＣＣＤ、ＰＭＴ、又は陽極ボードを用いた撮像用センサ等が挙げられる。
【００４６】
またさらに、先述した電源系３４は、チャンバ２３の側壁に設けられた電源端子２４を介して整形リング２１５，２１６及びＭＣＰ１に接続されると共に、電源端子２４を介して駆動回路ボード４及び光位置検出器３にも駆動電力を供給するようになっている。さらにまた、制御系３５は、チャンバ２３の側壁に設けられた信号端子２５を介して駆動回路ボード４と接続されている。
【００４７】
このように構成されたＭＣＰ１を備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００においては、ベリリウム窓２１を通してチャンバ２２内に入射したＸ線Ｐｖが、ベリリウム窓２１とＭＣＰ１との間に画成された領域（ドリフト領域）のガス分子と相互作用し、光電効果によって高エネルギーの一次電子（Ｘ線光電子）が放出される。この一次電子は、他のガス分子にエネルギーを付与しながら進行し、その飛跡中に電子−イオン対を生じて、電子雲が形成される。
【００４８】
ドリフト領域には、従来の高輝度モードと同様の順バイアス電圧が印加され、一次電子によって生じた電子雲は、その順バイアス電圧によって形成される電場（例えば１００Ｖ／ｃｍ程度の強度）により、ＭＣＰ１側へ移動（ドリフト）する。このようにＭＣＰ１側へ移動した電子は、従来の装置ではＭＣＰのチャネル内に入射するが、本発明のＭＣＰ１では、チャネル１３内への進入が妨げられる。
【００４９】
ここで、そのような電子の挙動を解明するために本発明者が行ったMaxwell & Garfield 三次元シミュレーションコードを用いた電場シミュレーションの結果を説明する。シミュレーションに用いたＭＣＰ１近傍の構造モデルの概略は以下のとおりである。なお、チャネル１３の形状は基本的に図３に示すものと同等であり、また、以下の符号は、図３における符号である。
・チャネル１３の全長Ｌｃｐ：５００μｍ
・チャネル１３の内径Ｄ：５０μｍ
・電極１ａと前方電位点Ｖtopとの距離Ｌtop：５００μｍ
・電極１ａと後方電位点Ｖbotとの距離Ｌbot：５００μｍ
・電極１ａのチャネル１３内における長さＬａ：２５，５０，１００μｍ
・電極１ｂのチャネル１３内における長さＬｂ：５０μｍ
・上方電位点の電位：＋４５．８Ｖ
・電極１ａの電位：＋５０Ｖ
・電極１ｂの電位：＋１０５０Ｖ
・下方電位点の電位：＋１０４５Ｖ
【００５０】
このモデルにおいては、電極１ａの前方のドリフト領域の電場強度は１００Ｖ／ｃｍであり、チャネル１３内の電場強度は２×１０4Ｖ／ｃｍ以上である。
【００５１】
図６〜８は、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線（電位の等高線）分布の計算結果を示す図である。電極の長さＬａが大きいほど、等電線間隔が密になる部位がチャネル１３内部のより深い位置へ変化することが確認された。
【００５２】
また、図９〜１１は、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。電極１ａの長さが２５，５０，１００μｍと変化すると、チャネル１３内の電場が、最大２３，２４．５，２８ｋＶ／ｃｍと増大することが確認された。このように、電極１ａの長さが増大すると、チャネル１３内の電場強度が高められ、逆に言えば、電極１ａの長さが大きいほど、低電圧で同じ電場強度を得ることが可能であることが判明した。
【００５３】
さらに、図１２〜１４は、電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動（ドリフト）状態の計算結果を示す図である。電極１ａの前方にある電子Ｅは、電極１ａの長さが大きくなるほど、チャネル１３の内部に入射し難くなることが確認された。
【００５４】
またさらに、図１５〜１７は、電極１ａの前方にガスが存在する条件で、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動（ドリフト）状態の計算結果を示す図である。この場合にも、電極１ａの前方にある電子Ｅは、電極１ａの長さが大きくなるほど、チャネル１３の内部に入射し難くなることが判明した。
【００５５】
さらにまた、電極１ａから前方電位点Ｖtop側へ４００μｍの距離で且つチャネル１３の延在軸Ｇ上の位置に仮想電子１０００個を配置し、それらの挙動、及びチャネル１３の内部でガスとの相互作用により電子増殖に寄与（関与）した電子の割合を計算評価した。結果を表１にまとめて示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
これらの結果より、電極１ａの長さが長くなるほど、電極１ａで停止する電子数が多くなり、それによりチャネル１３内に到達する電子数が減少すると共に、さらに、チャネル１３内で電子増殖に寄与する電子の割合が低下することが確認された。特に、電極１ａの長さＬａが５０μｍ（すなわちＬａ＝Ｌｃｐ×０．１）より大きいと、電極１ａの前方のドリフト領域で発生した電子Ｅがチャネル１３内での電子増殖に寄与する割合が格段に減少し、Ｌａが１００μｍ（すなわちＬａ＝Ｌｃｐ×０．２）以上になると、その寄与率は実質的に無視できるほど小さくなることが理解される。
【００５８】
このように、電極１ａ前方のドリフト領域にある電子Ｅがチャネル１３内に入射し難いのは、図６〜８に示されるように、電極の長さＬａが大きいほど、等電線間隔が密になる部位がチャネル１３内部のより深い位置へ変化することにより、チャネル１３の開口端に入射しつつある電子が、電極１ａに入射するように移動する（図１２〜１４参照）ことが理由の一つと推定される。ただし、作用はこれに限定されない。
【００５９】
こうしてドリフト領域で生成した電子雲は、チャネル１３内に入射し難くなると共に、チャンバ２２内に入射したＸ線Ｐｖのなかには、ガス分子との相互作用によって電子に変換されずにＭＣＰ１に到達するものがある。このＸ線Ｐｖが電極１ａに入射すると、電極１ａとの相互作用によって光電変換が引き起こされ、光電子を生じ得る。このとき、電極１ａには、光電変換の反応断面積が大きいアルカリ金属原子が含まれているので、光電子の発生効率が高められる。
【００６０】
電極１ａから生じる光電子は、チャネル１３の開口部近傍又はチャネル１３の内部で発生するので、チャネル１３内へ直ちに入射する。チャネル１３の内部には、電極１ａ，１ｂに印加された電圧によって、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な例えば１０4Ｖ／ｃｍ以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖及び光増殖が行われる。
【００６１】
この際、種々の素反応が引き起こされ、なかでも励起されたＣＦ4分子が基底状態に遷移する際に、そのエネルギー遷移に特有な波長を有する光が発せられる（CF4*→CF4＋hν）。この励起発光の波長領域は、可視光から赤外光領域にかけた広いもの（４００〜９００ｎｍ程度）であり、そのピーク波長は約６２０ｎｍである。この発光波長は、上述した光位置検出器３の具体的なデバイスのうち、ＣＣＤの感度に最もよく合致する傾向にある。
【００６２】
こうして増殖された光はＦＯＰ２を透過し、再度光電変換されることなく光位置検出器３に入射する。光位置検出器３からは、光が入射した二次元位置情報と各入射位置での光強度に基づく電気信号が駆動回路ボード４を通して制御系３５へ出力され、そこで、三次元Ｘ線発光画像が構成されて表示装置等に出力される。
【００６３】
ここで、図２０〜図２２は、チャネル１３の内径Ｄが１００μｍであり、電極１ａ，１ｂとしてＩｎｃｏｎｅｌ ６００（インコネル６００）を用いたＭＣＰ１を製作し、図１９に示すテストパターン（アパーチャ）をベリリウム窓２１の前に載置し逆バイアス電圧を印加する高解像度モードでＸ線を照射しながら撮像を行った結果を示す写真である。なお、チャンバ２３内には、所定圧力のＡｒ＋ＣＦ4混合ガスを封入した。図２０〜図２２は、その混合ガスの圧力が、それぞれ１気圧、０．５気圧、及び０．２５気圧の場合の結果を示す。また、図２０〜図２２に表示されている数値が大きいほど、その隣に写し出された直線が緻密であることを表す。
【００６４】
これらの結果より、本発明によるＭＣＰ１及びそれを備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００は、極めて位置分解能に優れた高解像度モードにおいても十分な撮像感度を有することが確認された。また、順バイアスを印加する高輝度モードでの運転では、通常、チャンバ内のガス圧が小さくなるほど電子の飛跡長が増大するので、ガス圧が小さくなるほど解像度が劣化する傾向にあるのに対し、図２０〜図２２から明らかなように、本発明によるＭＣＰ１及びそれを備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００では、そのようなチャンバ内のガス圧が変化しても解像度の劣化は認められないことが判明した。
【００６５】
このように構成されたＭＣＰ１を備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００によれば、電極１ａに含まれるアルカリ金属原子とＸ線Ｐｖとの相互作用によって高い効率で生じた電子が、チャネル１３内での電子・光増殖の電子源となるので、高輝度（高感度）での撮像が可能となる。また、ドリフト領域で生じた電子雲は、ガス中で拡散されながらＭＣＰ１側へ移動するが、それらはＭＣＰ１内への入射が妨げられると共に、チャネル１３の開口部近傍及びその内部で生じた光電子は、ガス中での拡散が殆どないので、Ｘ線Ｐｖが入射した位置の情報をより正確に保持している。そして、これらの光電子が、チャネル１３内での電子・光増殖の電子源となるので、チャネル１３の内径で決定される優れた位置分解能を実現することができる。こうして、高輝度且つ高解像度でのＸ線撮像が実現される。
【００６６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、ＭＣＰ１の形状は円板状に制限されず、例えば角板状等でもよい。図１８は、このような本発明のＭＣＰの他の一例を模式的に示す斜視図である。ＭＣＰ１０は、矩形の外周枠２１２を備え、その内側に、チャネル１３が多数併設された例えばガラスや樹脂等の絶縁性部材で構成された基体２１１が設けられたものである。さらに、ＭＣＰ１，１０は、外周枠１２，２１２を有しなくともよい。
【００６７】
またさらに、検出用ガス２１７には、ＣＦ4ガスに替えて又は加えてＴＭＡやＴＥＡ等の他のペニング効果を奏するガスが添加されていてもよいが、励起光波長が上述の如く可視域となる点でＣＦ4等のハロゲン化アルカン等の有機系ガスがより好ましい。さらにまた、ＦＯＰ２の代わりに従来の光透過窓及び光学系の組み合わせを用いてもよいし、バンドル状の光ファイバーを用いても構わない。加えて、電極１ｂにはアルカリ金属原子が含まれていなくともよい。
【００６８】
また、上述した実施形態では、Ｘ線の検出・撮像について説明したが、検出対象はＸ線に限定されず、本発明によるＭＣＮ、ガス比例計数管、及び撮像装置は、他の電磁波及び電離放射線の検出に用いることができる。特に、光電変換部がアルカリ金属原子を含むので、紫外領域から近赤外領域の波長を有する光にも高い感度を有し、その場合にも上述した優れた位置分解能を実現することができる。
【００６９】
またさらに、電極１ａに、中性子線の吸収断面積（中性子との反応断面積）が大きな核種（例えば10Ｂ）を含む層を設けてもよく、この場合には、中性子の検出装置としても機能する。すなわち、この場合、電極１ａでは、下記式（３）；
10Ｂ＋ｎ→4Ｈｅ＋7Ｌｉ＋２．７８ＭｅＶ …（３）
で表される核反応が生じる。このとき放出される4Ｈｅ（α線）と7Ｌｉは、チャネル１３内でガスにエネルギーを付与して一次電子雲を生じ、この一次電子雲がチャネル１３内での電子・光増殖の源となり得る。これにより、中性子検出においてμｍオーダーの位置分解能を達成することができる。通常の、ガスを用いた中性子検出器の位置分解能はｃｍオーダーであることから、本発明のＭＣＮ、ガス比例計数管、及び撮像装置によれば、中性子検出における位置分解能を従来よりも１０００倍程度改善することが可能となる。
【００７０】
さらに、多孔プレート１１の材質は特に制限されないが、ガラスを用いれば、電極１ａに含まれるアルカリ金属原子と酸素との反応を抑止できるので、電極１ａの経時的な劣化を防止する観点から好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明のマイクロチャネルプレート、ガス比例計数管、及び撮像装置によれば、高輝度と高解像度の両方を同時に達成できるので、位置検出をはじめとする電磁波又は電離放射線の種々の測定に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明によるＭＣＰの好適な一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図２の要部拡大図であり、チャネル１３及びその周囲を模式的に示す断面図である。
【図４】ＭＣＰ１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像装置の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図５】図４に示す撮像装置の要部を模式的に示す断面図である。
【図６】電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線分布の計算結果を示す図である。
【図７】電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線分布の計算結果を示す図である。
【図８】電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線分布の計算結果を示す図である。
【図９】電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。
【図１０】電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。
【図１１】電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。
【図１２】電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１３】電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１４】電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１５】電極１ａの前方にガスが存在する条件で、電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１６】電極１ａの前方にガスが存在する条件で、電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１７】電極１ａの前方にガスが存在する条件で、電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１８】本発明のＭＣＰの他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１９】テストパターンを示す平面写真である。
【図２０】ＭＣＰ１を高解像モードで運転してテストパターンをＸ線で撮像した結果を示す写真である。
【図２１】ＭＣＰ１を高解像モードで運転してテストパターンをＸ線で撮像した結果を示す写真である。
【図２２】ＭＣＰ１を高解像モードで運転してテストパターンをＸ線で撮像した結果を示す写真である。
【符号の説明】
【００７３】
１，１０…ＭＣＰ、１ａ…電極（光電変換部）、１ｂ…電極、３…光位置検出器、４…駆動回路ボード、１１…多孔プレート（基体）、１２，２１２…外周枠、１３…チャネル（貫通孔）、１３ａ…内壁、２１…ベリリウム窓、２２，２３…チャンバ、２２ｂ…吸気口、２２ａ…排気口、２４…電源端子、２５…信号端子、３４…電源系、３５…制御系、２００…撮像型Ｘ線検出装置（撮像装置）、２１０…撮像系、２１１…基体、２１５，２１６…整形リング、２１７…検出用ガス、Ｄ…内径、Ｅ…電子、Ｇ…延在軸、Ｐｖ…Ｘ線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネルプレート、ガス比例計数管、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロチャネルプレート（Micro Chanel Plate；ＭＣＰ）として機能する鉛ガラス製キャピラリープレートを撮像型のガス比例計数管（Capillary Gas Proportional Counter；ＣＧＰＣ）として動作させる新しいタイプの検出器が開発されている（非特許文献１〜８参照）。また、最近では、Ｘ線等の二次元位置検出が可能な別の放射線検出器として、ガス・エレクトロン・マルチプライアー（Gas Electron Multiplier；ＧＥＭ）が注目を浴びている（非特許文献１０〜１２参照）。
【０００３】
さらに、本発明者は、従来のＣＧＰＣを更に改良し、ノイズレベルを十分に低減できるキャピラリープレートとそれを用いた新しいＣＧＰＣ（特許文献１）、及び、ＧＥＭに比して耐衝撃性及び取扱性に優れると共に、感度分布の一様性をより高めたＣＧＣＰ（特許文献２）を提案している。
【非特許文献１】H. Sakurai et al., "A new type of proportional counter using a capillary plate", Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A374(1996)341-344.
【非特許文献２】H. Sakurai et al., "Characteristics of capillary gas proportional counter", SPIE Proceedings Reprint, vol.2806(1996)569-576.
【非特許文献３】H. Sakurai et al., "Detection of photoabsorption point with capillary imaging gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (2002).
【非特許文献４】M. Tsukahara et al., "The development of a new type of imaging X-ray detector with a capillary plate", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (1997)679-682.
【非特許文献５】H. Sakurai et al., "The form of X-ray photoelectron tracks in a capillary gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.46, No.3, (1999)333-337.
【非特許文献６】H. Sakurai, "Imaging gas proportional counter with capillary plate", 放射線 vol.25, No.1, (1999)27-37.
【非特許文献７】H. Sakurai et al., "New type of imaging X-ray detector using a capillary plate", SPIE Proceedings Reprint, vol.3114(1997)481-487.
【非特許文献８】T. Masuda et al., "Optical imaging capillary gas proportional counter with penning mixtures", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.2, (2002)553-558.
【非特許文献９】Nishi,Yu.; Tanimori,Y.; Ochi,A.; Nishi,Ya.; Toyokawa,H., "Development of a hybrid MSGC with a conductive capillary plate.", SPIE, vol.3774(1999)87-96.
【非特許文献１０】F. Sauli, Nucl. Instr. And Meth. A 368(1977)531.
【非特許文献１１】F. A. F. Fraga, et al., Nucl. Instr. And Meth. A 442(2000)417.
【非特許文献１２】D. Mormann, et al., Nucl. Instr. And Meth. A 504(2003)93.
【特許文献１】特開２００４−２４１２９８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ＣＧＣＰを用いた撮像装置の概略構成を、撮像型Ｘ線検出装置を例にとって説明する。撮像型Ｘ線検出装置は、通常、ＣＧＣＰの後段に光学系及び撮像系が順に連設された構成を有している。ＣＧＣＰは、Ｘ線等の電磁波が入射するベリリウム窓が一方端に設けられ且つ他方端に光透過窓が設けられたチャンバの内部に設置されている。ＣＰは、中空状を成す１００μｍ径程度の鉛ガラス製キャピラリーが複数集積された薄板状部材であり、その両面には、薄膜電極が形成されている。さらに、ＣＰの前段（光電面側）には、電源と設置電位に接続された整形リングが設けられていて、ドリフト領域が画成されている。チャンバ内には、主成分であるＡｒガスやＣＨ4ガス等にペニング効果（Penning Effect）を奏するトリメチルアミン（ＴＭＡ）等が添加された混合ガスが封入されている。
【０００５】
このように構成された撮像型Ｘ線装置に、ベリリウム窓を通してＸ線が入射すると、ベリリウム窓とそれに対向するＣＰの一方面（ＣＰIN）との間に存在するガス分子とＸ線が相互作用し、光電効果によって高エネルギーの一次電子（Ｘ線光電子）が放出される。この一次電子は、他のガスにエネルギーを付与しながら進み、その飛跡中に電子−イオン対を生じて電子雲が形成され、その電子雲がＣＰの一方面（ＣＰIN）からキャピラリー内に入射する。キャピラリーの内部には、例えば１０4Ｖ／ｃｍ以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突してガスの放電及び励起発光が引き起こされ、電子増殖（例えば１０3〜１０4倍）及び光増殖が行われる。増幅光は、光透過窓を透過して光学系に入射し、撮像系へ導光される。
【０００６】
本発明者は、このような撮像型Ｘ線検出装置を使用する際には、ＣＧＣＰの特性を利用して、いわゆる高輝度モードと高解像度モードという二種類の異なるモードを用途に応じて適宜選択して操作している。
【０００７】
すなわち、高輝度モードとは、ベリリウム窓とＣＰINとの間のドリフト領域において、電子雲がＣＰ側に引き込まれる方向に移動（ドリフト）するように順バイアス電圧を印加する通常の操作モードである。この場合、一次電子によって生じた電子雲全体がＣＰに入射し得るので、極めて高い輝度（感度、Ｘ線検出効率）が達成される。ただし、電子雲が、ガス中を進む際に拡散される確率が高くなるので、Ｘ線の入射位置情報が喪失され易く、解像度特性（位置分解能）にやや劣る傾向にある。
【０００８】
一方、高解像度モードとは、ドリフト領域において、高輝度モードとは反対に、電子雲がベリリウム窓側へ斥けられるように移動（ドリフト）する方向に逆バイアス電圧を印加する操作モードである。本発明者の知見によれば、このような逆バイアス電圧の印加によって高解像度が達成できる理由は、以下のように推定される。
【０００９】
つまり、ドリフト領域で生じた飛程の長い一次電子、及びその進行途中で生じた電子雲は、逆バイアス電圧によってＣＰへ入射することが妨げられるので、ＣＰのキャピラリー内には、ＣＰIN近傍で生じた電子雲が入射して電子・光増殖に関与する。そして、ＣＰIN近傍で生じた電子雲は、ＣＰまでの距離が短いので、ガス中で殆ど拡散されず、生じた位置に近いキャピラリー内に入射し得る。このように、実質的に、殆ど拡散せずにＸ線の入射位置情報を保持した電子雲のみがキャピラリー内での電子・光増殖に寄与するので、位置分解能は、キャピラリーの径そのものによって決定され得る。
【００１０】
しかし、このように逆バイアス電圧を印加する高解像度モードは、解像度特性に優れるものの、ドリフト領域で生じる多量の電子（雲）がキャピラリー内へ入射しないので、キャピラリー内での電子・光増殖に寄与する電子数が少なくなって輝度（感度、Ｘ線検出効率）が低下してしまう傾向にある。
【００１１】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高輝度と高解像度の両方を同時に達成できる優れた特性を有するＭＣＰ、ガス比例計数管、及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明によるＭＣＰは、複数の貫通孔が設けられ且つ絶縁性を有する基体を備えており、主として不活性ガスを含むガス雰囲気中に配置されて比例計数管を構成するものであって、基体が、少なくとも前記複数の貫通孔の内壁上に設けられた光電変換部を有するものである。ここで、光電変換部は、貫通孔の内壁上（つまり、貫通孔の内面）に形成されていれば、例えば貫通孔の開口端の周囲の基体表面にも設けられていてもよい。
【００１３】
このように構成されたＭＣＰでは、基体の両端面に電圧が印加されて電場が形成された状態において、複数の貫通孔が電子・光増殖を行うマイクロチャネルとして機能する。本発明者は、このような構成を有するＭＣＰを試作し、例えば特許文献１に記載された撮像型Ｘ線検出装置のＣＰの代わりに用い、上述した逆バイアス電圧を印加する'高解像度モード'で運転したところ、十分な解像度特性が得られつつ、しかも、上述した'高輝度モード'に匹敵する輝度が達成されることが確認された。
【００１４】
また、このＭＣＰの構成をモデル化し、EGS4コード（The EGS4 Code System by W. R. Nelson, H. Hirayama and D. W. O. Rogers, SLAC-265, Stanford Linear Accelerator Center, 1985）を用いて、Ｘ線と、ガス及びＣＰの材料物質との相互作用モンテカルロシミュレーションを行い、検出効率とパルス波高スペクトル（分布）を評価した。
【００１５】
その結果、少なくとも複数の貫通孔の内壁上（貫通孔の内面）に設けられた光電変換部を有するＭＣＰを用いた場合、そのような光電変換部を有しないＭＣＰに比して、特に１０ｋｅＶ以上のエネルギーを有するＸ線に対する検出効率が有意に高められることが確認された。
【００１６】
さらに、本発明者は、ＭＣＰの三次元構成をモデル化し、Maxwell 3-D Field Simulator（Commercial Finite Element Computation Package, Ansoft Co. Pittsburg, PA, USA.）及び Garfield（R. Veenhof, Nucl. Instr. and Meth. A 419 (1998) 726. HYPERLINK "http://garfield.web.cern.ch/garfield/" http://garfield.web.cern.ch/garfield/）コードを用いて電場及び電子挙動のシミュレーションを実施した。なお、Maxwellにて電場計算を行い、Garfieldによりガス中の電子の運動を計算した。その結果、少なくとも貫通孔の内壁上（貫通孔の内面）に設けられた光電変換部を有するその貫通孔の内部には、貫通孔の前方のドリフト領域で生じた電子雲が入射し難い傾向にあることが判明した。
【００１７】
これらより、少なくとも前記複数の貫通孔の内壁上（貫通孔の内面）に設けられた光電変換部を有するＭＣＰでは、その外部で生じた電子雲が貫通孔内に入射することが十分に抑制される一方で、その光電変換部において高効率で生じた一次電子が、貫通孔内の電子・光増殖に実質的に寄与するものと推定される。ただし、作用機序はこれに限定されない。
【００１８】
また、光電変換部の材料は、目的とする測定対象の電磁波、粒子線等と相互作用し、その結果、電磁波、粒子線等を生成する物質を含むものであれば特に制限されず、例えば、遷移金属、重金属、貴金属の他に、アルカリ金属電子を含むもの、測定対象との反応断面積が大きいもの等が挙げられる。より具体的には、例えば、測定対象が可視光（波長約４００ｎｍ〜８００ｎｍ）の場合、後述する複数種類のアルカリ金属を含むマルチアルカリが好ましく、特に波長約３００ｎｍ〜６００ｎｍの可視光に対してはバイアルカリがより好ましい。また、波長が約２００ｎｍより短い真空紫外光の場合、ＣｓＩが更に好ましく、より短波長のＸ線からγ線に対しては、ＡｕやＣｓ等を好ましい金属として例示できる。さらに、測定対象が中性子線の場合には、ＢやＧｄ等を含むものが好適である。このように、アルカリ金属電子を含むものは、測定対象が電磁波である場合に光電変換部の材料として特に有用である。
【００１９】
本発明者は、アルカリ金属原子を含む光電変換部を設けたＭＣＰを試作し、例えば特許文献１に記載された撮像型Ｘ線検出装置のＣＰの代わりに用い、上述した逆バイアス電圧を印加する'高解像度モード'で運転したところ、この場合にも、十分な解像度特性が得られつつ、しかも、上述した'高輝度モード'に匹敵する輝度が達成されることが確認された。また、パルス波高スペクトルの評価から、アルカリ金属とＸ線との相互作用によって生じた光電子の寄与が明らかとなった。これらの結果より、光電変換部に含まれるアルカリ金属等の金属原子とＸ線との相互作用によって生じる光電子が、貫通孔内における電子・光増殖の電子源（すなわち一次電子）となることが強く示唆される。さらに、Maxwell & Garfieldによる電場シミュレーションにおいて、アルカリ金属原子を含む光電変換部を貫通孔の端部内壁の周方向に設けた場合にも、ＭＣＰの外部で生じた電子雲が貫通孔内に入射し難いことが確認された。
【００２０】
さらに、Maxwell & Garfieldによる電場シミュレーションにおいて、貫通孔の内壁上（端部内壁の周方向）に設けた光電変換部の高さ（貫通孔の軸方向に沿う長さ；つまり、光電変換部が貫通孔内部へ入り込んでいる深さ）を種々変化させたところ、その長さがある程度以上になると、ＭＣＰの外部で生じた電子雲の殆どが貫通孔内での電子・光増殖に関与しないことが確認された。
【００２１】
すなわち、光電変換部は、下記式（１）；
Ｌｃｐ×０．１＜Ｌａ …（１）、
で表される関係を満たすものであるとより好ましい。式中、Ｌｃｐは、貫通孔の軸方向長さを示し、Ｌａは、貫通孔の軸方向に沿う光電変換部の長さを示す。
【００２２】
また、光電変換部は、貫通孔の両端に所定の電圧を印加するための電極を兼ねるものであると一層有用である。こうすれば、紫外光から近赤外光の波長領域に至る幅広い波長範囲において高い感度を達成し易くなる。また、Ｘ線のようなより短い波長の電磁波に対して、貫通口の端部で生じる電子数を増加させることができる。よって、幅広い波長領域に対して高い感度を簡易に実現できる。
【００２３】
具体的には、光電変換部は、複数種類のアルカリ金属原子を含むものであるとより好ましい。こうすれば、光電変換効率が一層高められ、例えばＸ線の場合であれば、貫通口の端部で生じる電子数をより一層増加させることができる。
【００２４】
より具体的には、複数の貫通孔は、内壁断面が略直状をなすものである。
【００２５】
また、本発明によるガス比例計数管は、主として不活性ガスを含む検出用ガスが充填されており、電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、チャンバ内に配置された本発明によるＭＣＰとを備えるものである。なお、「比例計数管」は、管状部材に限られず、比例計数領域で作動する計数装置全般を意味するものとする。
【００２６】
さらに、検出用ガスが分子中にハロゲン原子を含む有機系ガスを含有するものであると好適である。
【００２７】
前述したＡｒガス及びＣＨ4ガス等を主成分とするガスにＴＭＡやＴＥＡといったアミン系ガスが添加された混合ガスを用いた場合には、例えば、Ａｒの励起発光である波長１２７ｎｍがＴＭＡによって波長変換されて波長２９０ｎｍの光が発光する。よって、通常の撮像装置では、可視光への変換が必要となる。これに対し、検出用ガスが、分子中にハロゲン原子を含む有機系ガス（例えば、ＣＦ4等のハロゲン化アルカンといった少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素ガス）を含有するものであれば、従来よりも長波長である可視光（ＣＦ4を含む場合、発光領域４００〜９００ｎｍ程度、ピーク波長は約６２０ｎｍ）を高効率で発光させることができる。
【００２８】
また、本発明による撮像装置は、本発明による比例計数管と、チャンバの後段に配置された光検出器とを備えるものである。なお、これまでの経緯を考慮して換言すれば、本発明によるＭＣＰは、複数の貫通孔が設けられ且つ絶縁性を有する基体を備えており、主として不活性ガスを含むガス雰囲気中に配置されて比例計数管を構成するものであって、基体が、貫通孔の開口端の周囲に設けられたアルカリ金属原子を含む光電変換部を有するものと言い表すことも可能であり、光電変換部が複数の貫通孔の内壁上に設けられたものであると好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のＭＣＰ、ガス比例計数管、及び撮像装置によれば、ＭＣＰに形成された貫通孔の開口端の周囲に設けられたアルカリ金属原子を含む光電変換部により、ＭＣＰの外部で生じた電子雲が貫通孔内に入射することが抑制される一方で、その光電変換部において高効率で生じた一次電子が、貫通孔内の電子・光増殖に実質的に寄与するので、高輝度と高解像度の両方を同時に達成できるという優れた特性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００３１】
図１は、本発明によるＭＣＰの好適な一実施形態を模式的に示す平面図であり、図２は図１におけるII−II線に沿う断面図である。ＭＣＰ１は、板状を成す絶縁性の多孔プレート１１（基体）の周囲に外周枠１２が接合されたものである。多孔プレート１１は、その厚み方向に沿ってチャネル１３（貫通孔）が複数設けられたものであり、その材質は特に制限されず、例えば、特許文献１等に記載されたガラス枠に接合されたキャピラリープレートからなるチャネルガラス（鉛を含んでいてもいなくてもよい）、特許文献２に記載された樹脂枠内に複数の樹脂製の中空糸管が配置されたもの、等が挙げられる。
【００３２】
多孔プレート１１に設けられたこれらのチャネル１３は、各々独立した電子・光増倍器を構成するものである。さらに、多孔プレート１１の両面には、例えば真空蒸着等によって形成された遷移金属合金（例えば、インコネル等）やアルカリ金属原子を含む金属等からなる薄膜を含む電極１ａ（光電変換部）、及び電極１ｂが設けられている。
【００３３】
この電極１ａ，１ｂに用いられるアルカリ金属原子を含む金属材料としては、例えば、バイアルカリ化合物、マルチアルカリ化合物、バイアルカリ及びアンチモン若しくはテルルの化合物、又は、マルチアルカリ及びアンチモン若しくはテルルの化合物等が挙げられ、電極１ａ，１ｂは、カーボンナノチューブ等からなる他の層を更に有していてもよく、さらに、例えば中性子線の吸収断面積（中性子との反応断面積）が大きな核種を含めてもよい。
【００３４】
ここで、図３は、図２の要部拡大図であり、チャネル１３及びその周囲を模式的に示す断面図である。チャネル１３は、細長い直孔状すなわち内壁１３ａが直状で内径が延在軸Ｇに沿って略一定に形成されている。なお、図示において、チャネル１３は、バイアス角度（多孔プレート１１の面に垂直な方向と延在軸Ｇとがなす角度）が略０°となっているが、例えば５〜１５°程度のバイアス角度となるようにしてもよい。
【００３５】
また、電極１ａ，１ｂは、チャネル１３の開口端の周囲を覆うように設けられており、且つ、チャネル１３の開口端からその内部に入り込むように、つまりチャネル１３の端部の内壁１３ａ上まで延設されている。
【００３６】
さらに、一方の電極１ａ（後述するように、ＭＣＰ１が撮像装置に設けられたときにＸ線等の電磁波が入射する側ＣＰINに設けられた電極）は、好ましくは下記式（１）；
Ｌｃｐ×０．１＜Ｌａ …（１）、
より好ましくは、
Ｌｃｐ×０．２≦Ｌａ≦Ｌｃｐ×０．５ …（２）、
で表される関係を満たすように設けられている。
【００３７】
ここで、Ｌｃｐは、チャネル１３の延在軸Ｇ方向の全長（多孔プレート１１の厚さ）を示し、Ｌａは、チャネル１３の延在軸Ｇ方向に沿う電極１ａの長さ（チャネル１３の内部における電極１ａの高さ）を示す。
【００３８】
このように構成されたＭＣＰ１において、電極１ａ，１ｂ間すなわち各チャネル１３の両端に電圧が印加されると、チャネル１３内に延在軸Ｇ方向の電界が発生する。このとき、一方端からチャネル１３内に電極１ａでの光電効果によって生じた電子（一次電子）が入射すると、その入射電子はチャネル１３内に形成された強電界からエネルギーを付与され、チャネル１３内のガス原子との電離・励起衝突が多重（雪崩式）に繰り返されて、電子及び光（励起発光）が指数関数的に激増することにより電子・光増殖が行われる。
【００３９】
図４は、ＭＣＰ１を備える本発明のガス比例計数管（ＣＧＰＣ）を用いた撮像装置の好適な一実施形態を示す斜視図（一部破断図）である。また、図５は、その要部を模式的に示す断面図である。
【００４０】
撮像型Ｘ線検出装置２００（撮像装置）は、撮像系２１０に、電源系３４、並びにＣＡＭＣＡユニット及び表示装置が組み込まれた制御系３５（測定回路系を兼ねる。）が接続されたものである。撮像系２１０は、略筒状をなし上方端がベリリウム窓２１（窓）で覆われ且つ側壁に排気口２２ａ及び吸気口２２ｂが設けられたチャンバ２２と、Ｘ線Ｐｖ（電磁波）の入射方向に対してチャンバ２２の後段に接合されたチャンバ２３とを有している。
【００４１】
チャンバ２２内には、Ｘ線Ｐｖの入射方向に沿うように、その上流側から中空状の整形リング（シェイピングリング）２１５，２１６、及び前述したＭＣＰ１が同軸状に設けられている。これらの整形リング２１５，２１６は、電源系３４及び接地電位に接続されており、電源系３４からの高電圧と接地との間が抵抗分割されてそれぞれに適切なドリフト電圧が印加されるようになっている。これらの整形リング２１５，２１６によって、ＭＣＰ１の前方空間にドリフト領域が画成されている。
【００４２】
また、ＭＣＰ１の電極１ａ，１ｂは、それぞれ電源系３４に接続されており、電極１ａには所定のカソード電圧が印加されて陽極として作用し、電極１ｂには所定のアノード電圧が印加されて陰極として機能する。
【００４３】
また、チャンバ２２，２３の境界には開口部が設けられており、そこにＦＯＰ２がチャンバ２２側を封止するように嵌合設置されている。このように閉止されたチャンバ２２内の空間には、主ガス成分であるＨｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、ＣＨ4ガス等に、分子中に好ましくはハロゲン原子、より好ましくはフッ素原子を含むＣＦ4等のハロゲン化アルカンといった有機系ガスが添加され、更に必要に応じてクエンチングガスが加えられた検出用ガス２１７が封入されている。検出用ガス２１７は、排気口２２ａ及び吸気口２２ｂを用いて適宜排気及び吸気される。
【００４４】
ＣＦ4等の有機系ガスの添加量は、ガスの種類に応じて適宜選択することができるものの、検出用ガス２１７の全量に対して好ましくは１〜１０体積％程度、より好ましくは数体積％とされる。このように、ベリリウム窓２１、チャンバ２２、整形リング２１５，２１６、ＭＣＰ１、及び検出用ガス２１７から本発明の比例計数管が構成されている。
【００４５】
さらに、チャンバ２３の底壁上には、ＭＣＰ１及びＦＯＰ２と同軸状に光位置検出器３（光検出器）が設置されており、その周囲には、光位置検出器３を駆動させるための駆動回路ボード４が設けられている。光位置検出器３としては、二次元の位置検出が可能な光検出器が好ましく、例えば、ＣＭＯＳセンサアレイ、イメージインテンシファイファ（Ｉ．Ｉ．）、ＣＣＤ、ＩＣＣＤ、ＰＭＴ、又は陽極ボードを用いた撮像用センサ等が挙げられる。
【００４６】
またさらに、先述した電源系３４は、チャンバ２３の側壁に設けられた電源端子２４を介して整形リング２１５，２１６及びＭＣＰ１に接続されると共に、電源端子２４を介して駆動回路ボード４及び光位置検出器３にも駆動電力を供給するようになっている。さらにまた、制御系３５は、チャンバ２３の側壁に設けられた信号端子２５を介して駆動回路ボード４と接続されている。
【００４７】
このように構成されたＭＣＰ１を備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００においては、ベリリウム窓２１を通してチャンバ２２内に入射したＸ線Ｐｖが、ベリリウム窓２１とＭＣＰ１との間に画成された領域（ドリフト領域）のガス分子と相互作用し、光電効果によって高エネルギーの一次電子（Ｘ線光電子）が放出される。この一次電子は、他のガス分子にエネルギーを付与しながら進行し、その飛跡中に電子−イオン対を生じて、電子雲が形成される。
【００４８】
ドリフト領域には、従来の高輝度モードと同様の順バイアス電圧が印加され、一次電子によって生じた電子雲は、その順バイアス電圧によって形成される電場（例えば１００Ｖ／ｃｍ程度の強度）により、ＭＣＰ１側へ移動（ドリフト）する。このようにＭＣＰ１側へ移動した電子は、従来の装置ではＭＣＰのチャネル内に入射するが、本発明のＭＣＰ１では、チャネル１３内への進入が妨げられる。
【００４９】
ここで、そのような電子の挙動を解明するために本発明者が行ったMaxwell & Garfield 三次元シミュレーションコードを用いた電場シミュレーションの結果を説明する。シミュレーションに用いたＭＣＰ１近傍の構造モデルの概略は以下のとおりである。なお、チャネル１３の形状は基本的に図３に示すものと同等であり、また、以下の符号は、図３における符号である。
・チャネル１３の全長Ｌｃｐ：５００μｍ
・チャネル１３の内径Ｄ：５０μｍ
・電極１ａと前方電位点Ｖtopとの距離Ｌtop：５００μｍ
・電極１ａと後方電位点Ｖbotとの距離Ｌbot：５００μｍ
・電極１ａのチャネル１３内における長さＬａ：２５，５０，１００μｍ
・電極１ｂのチャネル１３内における長さＬｂ：５０μｍ
・上方電位点の電位：＋４５．８Ｖ
・電極１ａの電位：＋５０Ｖ
・電極１ｂの電位：＋１０５０Ｖ
・下方電位点の電位：＋１０４５Ｖ
【００５０】
このモデルにおいては、電極１ａの前方のドリフト領域の電場強度は１００Ｖ／ｃｍであり、チャネル１３内の電場強度は２×１０4Ｖ／ｃｍ以上である。
【００５１】
図６〜８は、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線（電位の等高線）分布の計算結果を示す図である。電極の長さＬａが大きいほど、等電線間隔が密になる部位がチャネル１３内部のより深い位置へ変化することが確認された。
【００５２】
また、図９〜１１は、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。電極１ａの長さが２５，５０，１００μｍと変化すると、チャネル１３内の電場が、最大２３，２４．５，２８ｋＶ／ｃｍと増大することが確認された。このように、電極１ａの長さが増大すると、チャネル１３内の電場強度が高められ、逆に言えば、電極１ａの長さが大きいほど、低電圧で同じ電場強度を得ることが可能であることが判明した。
【００５３】
さらに、図１２〜１４は、電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動（ドリフト）状態の計算結果を示す図である。電極１ａの前方にある電子Ｅは、電極１ａの長さが大きくなるほど、チャネル１３の内部に入射し難くなることが確認された。
【００５４】
またさらに、図１５〜１７は、電極１ａの前方にガスが存在する条件で、それぞれＬａが２５，５０，１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動（ドリフト）状態の計算結果を示す図である。この場合にも、電極１ａの前方にある電子Ｅは、電極１ａの長さが大きくなるほど、チャネル１３の内部に入射し難くなることが判明した。
【００５５】
さらにまた、電極１ａから前方電位点Ｖtop側へ４００μｍの距離で且つチャネル１３の延在軸Ｇ上の位置に仮想電子１０００個を配置し、それらの挙動、及びチャネル１３の内部でガスとの相互作用により電子増殖に寄与（関与）した電子の割合を計算評価した。結果を表１にまとめて示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
これらの結果より、電極１ａの長さが長くなるほど、電極１ａで停止する電子数が多くなり、それによりチャネル１３内に到達する電子数が減少すると共に、さらに、チャネル１３内で電子増殖に寄与する電子の割合が低下することが確認された。特に、電極１ａの長さＬａが５０μｍ（すなわちＬａ＝Ｌｃｐ×０．１）より大きいと、電極１ａの前方のドリフト領域で発生した電子Ｅがチャネル１３内での電子増殖に寄与する割合が格段に減少し、Ｌａが１００μｍ（すなわちＬａ＝Ｌｃｐ×０．２）以上になると、その寄与率は実質的に無視できるほど小さくなることが理解される。
【００５８】
このように、電極１ａ前方のドリフト領域にある電子Ｅがチャネル１３内に入射し難いのは、図６〜８に示されるように、電極の長さＬａが大きいほど、等電線間隔が密になる部位がチャネル１３内部のより深い位置へ変化することにより、チャネル１３の開口端に入射しつつある電子が、電極１ａに入射するように移動する（図１２〜１４参照）ことが理由の一つと推定される。ただし、作用はこれに限定されない。
【００５９】
こうしてドリフト領域で生成した電子雲は、チャネル１３内に入射し難くなると共に、チャンバ２２内に入射したＸ線Ｐｖのなかには、ガス分子との相互作用によって電子に変換されずにＭＣＰ１に到達するものがある。このＸ線Ｐｖが電極１ａに入射すると、電極１ａとの相互作用によって光電変換が引き起こされ、光電子を生じ得る。このとき、電極１ａには、光電変換の反応断面積が大きいアルカリ金属原子が含まれているので、光電子の発生効率が高められる。
【００６０】
電極１ａから生じる光電子は、チャネル１３の開口部近傍又はチャネル１３の内部で発生するので、チャネル１３内へ直ちに入射する。チャネル１３の内部には、電極１ａ，１ｂに印加された電圧によって、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な例えば１０4Ｖ／ｃｍ以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖及び光増殖が行われる。
【００６１】
この際、種々の素反応が引き起こされ、なかでも励起されたＣＦ4分子が基底状態に遷移する際に、そのエネルギー遷移に特有な波長を有する光が発せられる（CF4*→CF4＋hν）。この励起発光の波長領域は、可視光から赤外光領域にかけた広いもの（４００〜９００ｎｍ程度）であり、そのピーク波長は約６２０ｎｍである。この発光波長は、上述した光位置検出器３の具体的なデバイスのうち、ＣＣＤの感度に最もよく合致する傾向にある。
【００６２】
こうして増殖された光はＦＯＰ２を透過し、再度光電変換されることなく光位置検出器３に入射する。光位置検出器３からは、光が入射した二次元位置情報と各入射位置での光強度に基づく電気信号が駆動回路ボード４を通して制御系３５へ出力され、そこで、三次元Ｘ線発光画像が構成されて表示装置等に出力される。
【００６３】
ここで、図２０〜図２２は、チャネル１３の内径Ｄが１００μｍであり、電極１ａ，１ｂとしてＩｎｃｏｎｅｌ ６００（インコネル６００）を用いたＭＣＰ１を製作し、図１９に示すテストパターン（アパーチャ）をベリリウム窓２１の前に載置し逆バイアス電圧を印加する高解像度モードでＸ線を照射しながら撮像を行った結果を示す写真である。なお、チャンバ２３内には、所定圧力のＡｒ＋ＣＦ4混合ガスを封入した。図２０〜図２２は、その混合ガスの圧力が、それぞれ１気圧、０．５気圧、及び０．２５気圧の場合の結果を示す。また、図２０〜図２２に表示されている数値が大きいほど、その隣に写し出された直線が緻密であることを表す。
【００６４】
これらの結果より、本発明によるＭＣＰ１及びそれを備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００は、極めて位置分解能に優れた高解像度モードにおいても十分な撮像感度を有することが確認された。また、順バイアスを印加する高輝度モードでの運転では、通常、チャンバ内のガス圧が小さくなるほど電子の飛跡長が増大するので、ガス圧が小さくなるほど解像度が劣化する傾向にあるのに対し、図２０〜図２２から明らかなように、本発明によるＭＣＰ１及びそれを備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００では、そのようなチャンバ内のガス圧が変化しても解像度の劣化は認められないことが判明した。
【００６５】
このように構成されたＭＣＰ１を備えるガス比例計数管を用いた撮像型Ｘ線検出装置２００によれば、電極１ａに含まれるアルカリ金属原子とＸ線Ｐｖとの相互作用によって高い効率で生じた電子が、チャネル１３内での電子・光増殖の電子源となるので、高輝度（高感度）での撮像が可能となる。また、ドリフト領域で生じた電子雲は、ガス中で拡散されながらＭＣＰ１側へ移動するが、それらはＭＣＰ１内への入射が妨げられると共に、チャネル１３の開口部近傍及びその内部で生じた光電子は、ガス中での拡散が殆どないので、Ｘ線Ｐｖが入射した位置の情報をより正確に保持している。そして、これらの光電子が、チャネル１３内での電子・光増殖の電子源となるので、チャネル１３の内径で決定される優れた位置分解能を実現することができる。こうして、高輝度且つ高解像度でのＸ線撮像が実現される。
【００６６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、ＭＣＰ１の形状は円板状に制限されず、例えば角板状等でもよい。図１８は、このような本発明のＭＣＰの他の一例を模式的に示す斜視図である。ＭＣＰ１０は、矩形の外周枠２１２を備え、その内側に、チャネル１３が多数併設された例えばガラスや樹脂等の絶縁性部材で構成された基体２１１が設けられたものである。さらに、ＭＣＰ１，１０は、外周枠１２，２１２を有しなくともよい。
【００６７】
またさらに、検出用ガス２１７には、ＣＦ4ガスに替えて又は加えてＴＭＡやＴＥＡ等の他のペニング効果を奏するガスが添加されていてもよいが、励起光波長が上述の如く可視域となる点でＣＦ4等のハロゲン化アルカン等の有機系ガスがより好ましい。さらにまた、ＦＯＰ２の代わりに従来の光透過窓及び光学系の組み合わせを用いてもよいし、バンドル状の光ファイバーを用いても構わない。加えて、電極１ｂにはアルカリ金属原子が含まれていなくともよい。
【００６８】
また、上述した実施形態では、Ｘ線の検出・撮像について説明したが、検出対象はＸ線に限定されず、本発明によるＭＣＮ、ガス比例計数管、及び撮像装置は、他の電磁波及び電離放射線の検出に用いることができる。特に、光電変換部がアルカリ金属原子を含むので、紫外領域から近赤外領域の波長を有する光にも高い感度を有し、その場合にも上述した優れた位置分解能を実現することができる。
【００６９】
またさらに、電極１ａに、中性子線の吸収断面積（中性子との反応断面積）が大きな核種（例えば10Ｂ）を含む層を設けてもよく、この場合には、中性子の検出装置としても機能する。すなわち、この場合、電極１ａでは、下記式（３）；
10Ｂ＋ｎ→4Ｈｅ＋7Ｌｉ＋２．７８ＭｅＶ …（３）
で表される核反応が生じる。このとき放出される4Ｈｅ（α線）と7Ｌｉは、チャネル１３内でガスにエネルギーを付与して一次電子雲を生じ、この一次電子雲がチャネル１３内での電子・光増殖の源となり得る。これにより、中性子検出においてμｍオーダーの位置分解能を達成することができる。通常の、ガスを用いた中性子検出器の位置分解能はｃｍオーダーであることから、本発明のＭＣＮ、ガス比例計数管、及び撮像装置によれば、中性子検出における位置分解能を従来よりも１０００倍程度改善することが可能となる。
【００７０】
さらに、多孔プレート１１の材質は特に制限されないが、ガラスを用いれば、電極１ａに含まれるアルカリ金属原子と酸素との反応を抑止できるので、電極１ａの経時的な劣化を防止する観点から好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明のマイクロチャネルプレート、ガス比例計数管、及び撮像装置によれば、高輝度と高解像度の両方を同時に達成できるので、位置検出をはじめとする電磁波又は電離放射線の種々の測定に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明によるＭＣＰの好適な一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図２の要部拡大図であり、チャネル１３及びその周囲を模式的に示す断面図である。
【図４】ＭＣＰ１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像装置の好適な一実施形態を示す斜視図である。
【図５】図４に示す撮像装置の要部を模式的に示す断面図である。
【図６】電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線分布の計算結果を示す図である。
【図７】電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線分布の計算結果を示す図である。
【図８】電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３の開口部近傍における等電線分布の計算結果を示す図である。
【図９】電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。
【図１０】電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。
【図１１】電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３内の電場強度の計算結果を示す図である。
【図１２】電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１３】電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１４】電極１ａの前方にガスが存在しない条件で、電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１５】電極１ａの前方にガスが存在する条件で、電極１ａの長さＬａが２５μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１６】電極１ａの前方にガスが存在する条件で、電極１ａの長さＬａが５０μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１７】電極１ａの前方にガスが存在する条件で、電極１ａの長さＬａが１００μｍにおけるチャネル１３及びその近傍での電子の移動状態の計算結果を示す図である。
【図１８】本発明のＭＣＰの他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図１９】テストパターンを示す平面写真である。
【図２０】ＭＣＰ１を高解像モードで運転してテストパターンをＸ線で撮像した結果を示す写真である。
【図２１】ＭＣＰ１を高解像モードで運転してテストパターンをＸ線で撮像した結果を示す写真である。
【図２２】ＭＣＰ１を高解像モードで運転してテストパターンをＸ線で撮像した結果を示す写真である。
【符号の説明】
【００７３】
１，１０…ＭＣＰ、１ａ…電極（光電変換部）、１ｂ…電極、３…光位置検出器、４…駆動回路ボード、１１…多孔プレート（基体）、１２，２１２…外周枠、１３…チャネル（貫通孔）、１３ａ…内壁、２１…ベリリウム窓、２２，２３…チャンバ、２２ｂ…吸気口、２２ａ…排気口、２４…電源端子、２５…信号端子、３４…電源系、３５…制御系、２００…撮像型Ｘ線検出装置（撮像装置）、２１０…撮像系、２１１…基体、２１５，２１６…整形リング、２１７…検出用ガス、Ｄ…内径、Ｅ…電子、Ｇ…延在軸、Ｐｖ…Ｘ線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔が設けられ且つ絶縁性を有する基体を備えており、主として不活性ガスを含むガス雰囲気中に配置されて比例計数管を構成するマイクロチャネルプレートであって、
前記基体は、少なくとも前記複数の貫通孔の内壁上に設けられた光電変換部を有するものである、
マイクロチャネルプレート。
【請求項２】
前記光電変換部は、アルカリ金属原子を含むものである、
請求項１記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項３】
前記光電変換部は、下記式（１）；
Ｌｃｐ×０．１＜Ｌａ …（１）、
Ｌｃｐ：前記貫通孔の軸方向長さ、
Ｌａ：前記貫通孔の軸方向に沿う前記光電変換部の長さ、
で表される関係を満たすものである、
請求項２記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項４】
前記光電変換部は、前記貫通孔の両端に所定の電圧を印加するための電極を兼ねるものである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項５】
前記光電変換部は、複数種類のアルカリ金属原子を含むものである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項６】
前記複数の貫通孔は、内壁断面が略直状をなすものである、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項７】
主として不活性ガスを含む検出用ガスが充填されており、電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレートと、
を備えるガス比例計数管。
【請求項８】
前記検出用ガスが分子中にハロゲン原子を含む有機系ガスを含有するものである、
請求項７記載のガス比例計数管。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のガス比例計数管と、
前記チャンバの後段に配置された光検出器と、
を備える撮像装置。
【請求項１】
複数の貫通孔が設けられ且つ絶縁性を有する基体を備えており、主として不活性ガスを含むガス雰囲気中に配置されて比例計数管を構成するマイクロチャネルプレートであって、
前記基体は、少なくとも前記複数の貫通孔の内壁上に設けられた光電変換部を有するものである、
マイクロチャネルプレート。
【請求項２】
前記光電変換部は、アルカリ金属原子を含むものである、
請求項１記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項３】
前記光電変換部は、下記式（１）；
Ｌｃｐ×０．１＜Ｌａ …（１）、
Ｌｃｐ：前記貫通孔の軸方向長さ、
Ｌａ：前記貫通孔の軸方向に沿う前記光電変換部の長さ、
で表される関係を満たすものである、
請求項２記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項４】
前記光電変換部は、前記貫通孔の両端に所定の電圧を印加するための電極を兼ねるものである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項５】
前記光電変換部は、複数種類のアルカリ金属原子を含むものである、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項６】
前記複数の貫通孔は、内壁断面が略直状をなすものである、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレート。
【請求項７】
主として不活性ガスを含む検出用ガスが充填されており、電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロチャネルプレートと、
を備えるガス比例計数管。
【請求項８】
前記検出用ガスが分子中にハロゲン原子を含む有機系ガスを含有するものである、
請求項７記載のガス比例計数管。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のガス比例計数管と、
前記チャンバの後段に配置された光検出器と、
を備える撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００７−５９３９１（Ｐ２００７−５９３９１Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０９０７１（Ｐ２００６−２０９０７１）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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