CN1082240C - X射线显象管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能抑制输出部分玻璃基板着色、防止输出部分亮度降低的高灵敏度的X射线显像管。其特征在于输出部分的玻璃基板所用的硅硼酸玻璃含0.1wt%-5wt%的氧化铈。

Description

X射线显象管
本发明涉及可将X射线图像增强变换为可见光图像的X射线图像管。
X射线显象管是将通过被照射物体的X射线图像变换为可见光图像的装置，例如正有效地用作医疗X光诊断装置。
图8中概略示出普通X射线图像摄影系统。如图所示，在该X射线显像管10的真空外壳12的X光输入部分13的内侧设置输入屏13a、在该管的另一侧设置可见光图像输出部分16，在它们之间设置多个聚焦电极14及阳极15。输入屏13上射入来自X光源11、通过被照射物体17的X射线图像，并在这里被转换为电子图像信号束。电子图像信号束被聚焦电极14和阳极15聚焦、加速后，在输出部分16上成像。输出部分16上，在输入屏上变换成的电子图像信号束入射在荧光体层上，并发光、被变换成了可见光图像。
图9中示出将电子图像信号束变换为可见光图像的输出部分及其工作实例。该输出部分16有玻璃基板221、附着于玻璃基板内表面上的荧光体层222和用于将该玻璃基板221与真空外壳气密封接的金属环21。例如用硅硼酸玻璃基板等作玻璃基板221，对于封接用金属，一般使用如可伐(ュバ-ル)(商品名)之类的与玻璃基板221热膨胀系数一致的铁合金。荧光体层222上附着铝蒸发沉积薄膜的金属敷层，构成输出屏22。
在具有这样的输出部分的X射线显像管中，例如，从输入屏射出的电子束23被真空外壳内的电子透镜(图中未示出)所加速、聚焦，并入射到输出屏22的荧光体层222上。然后，在荧光体层222上被变换为可见光24，通过玻璃基板221在外部取出。与此同时，一旦电子束23撞击荧光体，就产生如用符号25所示的衰减X射线，并照射玻璃基板221。在输出部分上，由于这种衰减X射线25的照射因而存在使玻璃基板221着色，降低光透射率的问题。输出部分玻璃基板的着色导致输出部亮度降低。输出部分亮度降低成为X射线显管灵敏度降低的一个主要原因。并且，由于X射线的产生，使荧光体层本身也被着色。
一般称因X射线而使玻璃着色的现象为X射线着色(X射线致黑)。所谓X射线着色，一般认为是由于X射线的作用激励玻璃中的微量成分，由此在氧化还原期间电子移动，吸收可见光的颜色中心产生的现象。
作为玻璃基板所用的硅硼酸玻璃主要具有氧化硅(SiO2)、氧化硼(B2O3)、氧化铝(Al2O3)的主成份，还有氧化钾(K2O)、氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化铯(As2O3)及氧化锑(Sb2O3)等次要成份。作为可使玻璃着色的微量成分推举As2O3和Sb2O3。该As2O3和Sb2O3是制造玻璃期间为脱泡而添加的清澄剂。只要受X射线照射，As和Sb就变为颜色中心，成为光透射率降低的主要原因。像这样，以往不能充分抑制输出部分玻璃基板的着色。
因X射线而着色的问题，例如在彩色阴极射线管等其它显示装置的屏盘上也会产生。不用说，在彩色CRT的屏盘和X射线显像管输出用的玻璃基板中，所用的材料、所要求的特性都不相同。例如彩色CRT中，为了使屏盘内表面的荧光面和荫罩产生的衰减的X射线不向外部泄漏，要求有阻止X射线能力。为此，屏盘中，通常在主要成份为SiO2的玻璃中添加BaO、SrO和PbO等质量吸收系数高的、作为微量成分的成份。特别是铅作为X光吸收元素是最好的，但具有易产生X射线着色的欠点。因此，在彩色CRT中，作为对未使用Pb的屏盘的抑制着色试验，例如特开平1-103932、特开平3-12337等号公报提出的在以SiO2为主要成份的玻璃中添加作为微量成份的CeO2。
鉴于上述情况，本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提供一种通过抑制用于输出部分的玻璃基板着色，防止输出部分亮度降低的高灵敏度的X射线显像管。
本发明提供的X射线显像管包括真空外壳；设置于真空外壳的X射线入射侧、将X射线图像变换为电子束的输入屏；设置于真空外壳内、加速聚焦电子束的电极；包括在所述真空外壳上、用金属连接部件气密性密封的玻璃基板和设置于该玻璃基板内表面的荧光体层的输出屏；
所述玻璃基板是含0.1wt％-5wt％范围内的氧化铈的硅硼酸玻璃。
本发明者对抑制输出部分玻璃基板着色进行了深入研究，结果表明，在硅硼酸玻璃中添加具有适当紫外线吸收能力的CeO2，能够有效地抑制玻璃基板的着色。
按照本发明，X射线显像管具有真空外壳；设置于真空外壳X射线入射侧、将X射线图像变换为电子图像信号束的输入部分；设置于真空外壳内、加速和聚焦电子图像信号束的电极；和包括在真空外壳上、用金属材料制成的连接部气密性密封的玻璃基板及设置于玻璃基板内表面的荧光体层的输出部分，所述玻璃基板是含0.1wt％-5wt％范围内的氧化铈的硅硼酸玻璃。
图1是表示本发明X射线显像管一实例的略图；
图2是图1中输出部分的放大图；
图3是说明金属环与玻璃基板封接工艺的一实例图；
图4是说明在玻璃基板上形成荧光体层的状态图；
图5是表示硅硼酸玻璃基板的前期透射率与CeO2含量之间关系的曲线图；
图6是表示含CeO2的硅硼酸玻璃基板的时间与透射率之间关系的曲线图；
图7示出ZnS：Cu、Al荧光体的发光曲线；
图8是表示常规X射线显像管的略图；
图9是表示在X射线显像管中将电子图像信号束变换为可见光图像的状态图。
下面，参照附图详细说明本发明。
图1中概略示出本发明X射线显像管的一实例。如图1所示，本发明的X射线显像管主要由真空外壳12、设置于真空外壳上的X射线输入部分13和输出部分36、沿输入部分13与输出部分36之间的真空外壳12内壁设置的多个聚焦电极和例如圆筒形的阳极15构成、输入部分13的X射线入射窗例如由铝合金构成，其内表面上设置有输入屏13a。
图2示出用图1中的圆100包围的输出部分附近的放大图。如图2所示，输出部分主要由玻璃基板40，输出屏22、它包括设置于其输入侧的荧光体层41和设置于荧光体层41上，例如由铝蒸发沉积薄膜等构成的金属敷层42，及气密性封接玻璃基板40周边与真空外壳12的金属环31和32组成。
图3中示出将金属环31封接于输出部分的玻璃基板40上的工序的一实例。首先，准备预定厚度的玻璃基板40。作为本发明所用的玻璃基板40，使用含0.1wt％-5wt％范围内的氧化铈的硅硼酸玻璃。并且，其膨胀率最好在45×10-7/℃-62×10-7/℃的范围内。
其次，在玻璃基板40的周边设置金属环31。金属环31具有如图所示的波状部分331。这是用于吸收应力同时防止扭曲等的变形。至少在与金属环31接触的玻璃基板40周边部分的表面上，为确保气密性熔封而设置金属环31之前形成氧化膜。
然后，在它们的周围设置例如高频感应加热用的线圈，进行加热、熔封。通过高频，使金属环31加热，用与金属环31接触的那部分熔融玻璃基板。然后在玻璃基板40与金属环31接触的那部分达到某种熔融程度时，从上压玻璃基板40的金属环31上。由此，除被金属环31支撑的玻璃基板40的边缘部分外，在其内侧部分还加以原来厚度的玻璃那样的自重，玻璃基板40向下稍稍移动。结果，因下面401下降，上面402产生凹坑的状态玻璃熔封。通过随后的冷却，金属环31与玻璃基板40完全气密性密封。
作为金属环31，最好使用热膨胀率为45×10-7/℃-62×10-7/℃范围内的金属或合金，例如可伐等铁合金。最好使用玻璃基板与金属环的热膨胀率之差为10％以内的材料。
图4示出在玻璃基板上形成荧光体层的状态。如图4所示，将用图3所示方法气密性密封的玻璃板倒置，在面401上用沉淀法附着例如同时带铜、铝的活性硫化锌荧光体(ZnS：Cu，Al)的荧光体层41。然后，在荧光体层41上用蒸镀形成铝薄膜。
如图2所示，将这样获得的输出部分36的金属环31与金属环32位置组合，弧焊熔接外周B而连接。并且，通过阳极15及金属环上的导电端42a电气连接金属敷层42。
金属环与玻璃基板的气密性封接最好通过熔化所述玻璃基板的那部分进行。不过，也可以例如在玻璃基板40周边设置金属环31之后，从金属环31周边上直到玻璃基板40都涂敷玻璃，通过例如加热炉内对此进行的加热、熔融、冷却，进行封接。
下面对本发明所用含CeO2的硅硼酸玻璃进行更详细的描述。
对本发明所用的玻璃基板进行下列试验。
(1)由含CeO2硅硼酸玻璃的CeO2含量引起的前期透射率变化：
改变硅硼酸玻璃基板中CeO2含量，制作用于上述X射线显像管的玻璃基板，用峰值在约530nm附近的光测定前期透射率。
图5中示出在用于本发明的硅硼酸玻璃基板中CeO2含量变化时，前期透射率与CeO2含量之间的关系的曲线。如图5所示，CeO2含量超过5wt％时，前期透射率就变得低于25％，但是对比度性能好，不能获得实用的亮度。并且，只要CeO2含量低于0.1wt％时，就不能获得足够的防X射线着色的效果。因此可以认为本发明X射线显像管所用的硅硼酸玻璃基板CeO2含量在0.3wt％-4wt％为好。
(2)含CeO2的硅硼酸玻璃基板的X射线照射试验：
改变硅硼酸玻璃基板中Ce2O2含量，进行X光强制照射试验。
图6中示出在对有各种CeO2含量的硅硼酸玻璃基板进行X射线强制照射寿命试验时的强制寿命试验时间与相对于前期透射率的透射率比值之间关系的曲线。使用硅硼酸的玻璃基板的组分如表1所示。
表1(单位：wt％)
组分  SiO2   B2O3   K2O   Al2O3   Li2O   Na2O   As2O3    Sb2O3   CeO2   其他
 101  66.7   18.9   8.03   2.88   0.81   0.44    —     —   1.98   0.26
 102  67.5   19.2   8.08   2.90   0.82   0.44    —     —   0.80   0.26
 103  68.0   19.0   8.40   3.10   0.80   0.20    —     —   0.30   0.20
 104  65.3   18.0   6.04   7.10   0.88   2.30    —     —   0.10   0.28
105 67.3 19.1 8.07 2.90 0.82 0.44 0.65 0.46 — 0.26
组分101至104表示按本发明含CeO2的硅硼酸玻璃，组分105未含CeO2，作为比较用的含As2O3和Sb2O3的现有的玻璃基板实例。组分101-105对应图6中的各玻璃101-105。用于X射线照射试验的射线源即X射线管的管电压为60kv，其照射的X射线量为420R/min。
由图6可知，与不含CeO2的玻璃基板(玻璃105)比较，含CeO2的玻璃基板(玻璃101-104)能够抑制玻璃基板亮度降低。并且，通过目测可以发现组分105的玻璃基反明显着色。
如上所述，本发有所用的玻璃基板具有充分防止X射线着色的效果。然而，Ce自身还具有吸收紫外线的特性。当玻璃中添加CeO2时，有降低短波长光的透射率的倾向。此外，Ce与As同时存在时有促进X射线着色的性质。因此，最好避免As或Sb与CeO2的并用。并且因As和Sb对环境有害，应尽量不使用才好。为此，本发明，从所取得的效果来看，玻璃基板的氧化铯或氧化锑的含量在0-2000ppm为好，在0-100.0ppm更好。并且，因CeO2有脱泡效果，因而可代替氧化铯和氧化锑、起清澄剂的作用。
下面，对本发明所用的荧光体进行描述。
本发明最佳使用的荧光体是例如同时带铜、铝的活性的硫化亚锌荧光体。其组分如下所示。
ZnS＝Cu、Al荧光体
其中：ZnS   99.9％
      Al    0.024％
      Cu    0.017％
      杂质   余量
图7示出ZnS＝Cu、Al荧光体的发光光谱。如图7所示，该荧光体是在约530nm附近有发光强度降峰值的绿色发光荧光体，例如较好地对应于CCD(电荷耦合器件)摄像元件的显象光谱灵敏度。对于绿色发光荧光体，以往都通过带银活性硫化锌镉荧光体((Cd、Zn)S：Ag)。但是，该荧光体中所用的镉不仅对环境有害，并且有成为因X射线照射而使荧光体层着色的主要原因的倾向。
含镉荧光体与不含镉的荧光体的寿命试验：
对ZnS：Cu、Al荧光体层和(Cd、Zn)S：Ag荧光体层进行强制寿命试验。试验条件是X光管电压60KV、X射线显像管入射剂量2R/min。此外，(Cd、Zn)S：Ag荧光体层中的Cd和Zn的含量比约为50∶50。530小时的强制寿命试验结果，在比较玻璃基板着色程度的升降处，与(Cd、Zn)S：Ag荧光体层的灵敏度相比，得到使ZnS：Cu、Al荧光体着色降低约18点的结果。为获得着色降低的实用的X射线显像管，本发明所用荧光体的镉含量为0-约1000ppm，最好在0-500ppm的范围。
如上所述，按照本发明可获得能充分抑制输出部分玻璃基板着色的X射线显像管。具体地说，通过尽量减少玻璃基板中铯和锑的含量、荧光体层中镉的含量，获得不仅能防止着色，而且从保护环境的观点来看也是有益的X射线显像管。
本发明X光图像管即使长期使用，因输出部分玻璃基板的着色减少，亮度降低减小，因而具有良好的灵敏度。

Claims (8)

1.一种X射线显像管，包括真空外壳(12)，设置于该真空外壳X射线入射侧(13)、将X图象射线转变为电子图象射线的输入屏(13a)，设置于所述真空外壳(12)内、加速、聚焦电子图像射线的至少1个电极(14、15)，包括在所述真空外壳(12)上、用金属连接部件(31、32)气密性封接的玻璃基板(40)和设置于该玻璃基板(40)内表面侧的荧光体层(41)的输出屏(22)，其特征在于
所述玻璃基板(40)含0.1wt％-5wt％范围内的氧化铈的硅硼酸玻璃；
所述金属连接部件(31、32)与所述玻璃基板(40)都具有45×10-7/°C至62×10-7/℃范围内的热膨胀率。
2.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述氧化铈的含量在0.3wt％-4wt％的范围内。
3.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述玻璃基板(40)含有的氧化铯或氧化锑的量为0-2000ppm。
4.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述金属连接部件(31、32)与所述玻璃基板(40)的热膨胀率之差为10％以下。
5.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述荧光体层(41)含镉量的重量比为0-1000ppm。
6.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述荧光体层(41)主要包括铝、铜活性硫化锌荧光体。
7.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述金属连接部件(31、32)与玻璃基板(40)的气密性密封通过所述玻璃基板的部分熔融来进行。
8.如权利要求1所述的X射线显像管，其特征在于所述金属连接部件(31、32)与玻璃基板(40)的气密性封接采用玻璃焊料来进行。
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