DD202354A5

DD202354A5 - Plasmaspritzen von konversionsschirmen

Info

Publication number: DD202354A5
Application number: DD82240627A
Authority: DD
Inventors: Theo J A Popma; Raa Gehardus A Te; Adrianus T Vink
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1982-06-10
Publication date: 1983-09-07
Also published as: AU8476882A; JPS57212737A; AU547277B2; NL8102839A; DE3270736D1; US4475032A; EP0068536B1; FI75448B; CA1186186A; BR8203410A; JPH0354416B2; FI75448C; IL66017A; EP0068536A1; HU184995B; IL66017A0; YU126882A; FI822054A0

Abstract

Ein Konversionsschirm nach der Verwendung fuer Roentgenbildverstaerkerschirme, Roentgenbildverstaerkerroehren, Kathodenstrahlroehren, Bildaufnahmeroehren, Roentgenelektrografie, Fluoreszenzlampen u. dgl. wird durch das Anbringen einer Konversionswerkstoffschicht auf einem Traeger ueber einen Schmelzraum gebildet, der vorzugsweise mit einem Plasmabogen erhitzt wird. Dieses Anbringverfahren ergibt sehr feste Schirme mit einer hohen Dichte und ermoeglicht auch das Ausfuellen von Ausnehmungen in einem Traeger mit Konversionswerkstoff, wodurch auch strukturierte Konversionsschirme gebildet werden koennen.

Description

Berlin, den 24.9.1982

Plasmaspritzen von Konversionsschirmen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Konversionsschirmen, Konversionsschirme nach diesem Herst eil aags verfahr en and Produkte, in denen ein derartiger Schirm ein Teil ist«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein Konversionsschirm enthält normalerweise einen Träger, auf dem oder in dem ein strahlungskonvertierender Werkstoff angeordnet ist· Der Träger ist dabei an die Schirmart angepaßt und wird beispielsweise für zu detektierende Strahlung wenig absorbierend sein, wenn es sich um einen Eingangsschirm, oder um einen Yerstärkerschirm handelt, für in der Konversionsschicht erzeugtes Lumineszenzlicht für einen Ausgangsschirm gut durchscheinend sein und eine angepaßte elektrische Führung für Konversionsschirme aufweisen, in denen durch einfallende Strahlung, wie in fotoleitenden Schirmen, ein Ladungsmuster aufgebaut wird. Die Wahl des Trägers wird somit stark von der Art und der Energie der zu messenden Strahlung, von der Art des in der Konversionsschicht zu bildenden Konversionsproduktes und vom Detektions- oder Leseverfahren des Konversionsproduktes bestimmt.

Bei derartigen Schirmen ist es vorteilhaft, daß die Strahlungsabsorption der Konversionsschicht verhältnismäßig hoch ist, weil dabei ein großer Teil der datentragenden Strahlung absorbiert wird und zum zu detektierenden Signal oder Bild beitragen kann» Pur eine hohe Absorption sind u*m· wichtig: der Absorptionskoeffizient des Werkstoffs für die

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au. konvertierende Strahlung, wobei das Atomgewicht des Werkstoffes und die Schichtdicke des konvertierenden Werkstoffes häufig stark maßgebend sind» Die erste Größe führt zu. einer Beschränkung der Wahl des zu Verwendenden Werkstoffes, die zweite Größe wird stark von der Dichte bestimmt, mit der die konvertierende Werkstoffschicht angebracht werden kann, weil die Erhöhung der geometrischen Schichtdicke als solche immer zu Verlusten an Auflösung des Schirmes führen wird· Die Dicke der konvertierenden Schicht ist daher ein Kompromiß zwischen einer maximalen Absorption und einer optimalen Auflösung» Eine hohe Absorption ist deswegen auch so wichtig, weil dies beispielsweise für Röntgendetektorschirme iß medizinischen diagnostischen Geräten die Strahlungsdosis für den Patienten beschränkt« In einer dicken Schicht werden jedoch sowohl durch seitliche Streuung einfallender Strahlung für Absorption als auch insbesondere durch Streuung in der Schicht erzeugter Strahlung oder Ladungsträger Verluste an Auflösung auftreten« Es wird also eine Konversionswerkstoffschicht mit einem hohen Absorptionskoeffizienten für die Konversion und eine hohe Dichte angestrebt werden müssen-, wodurch die geometrische Schichtdicke beschränkt bleiben kann« Aus dieser Erwägung werden beispielsweise Lumineszenzschirme aus QuasiEinkristallen angestrebt, wie beispielsweise nach der Beschreibung in der US-PS 3 475 411· Für Massenverwendung ist dieses Verfahren jedoch nicht gut verwendbar_β

Eine praktische Bedingung bei der Herstellung von Konversionsschirmen besteht darin, daß die Heftung zwischen dem Träger und der Konversionsschicht sehr gut sein soll. Di£s gilt insbesondere an den Stellen, an denen die Schirme noch einer nachbehandlung unterworfen werden müssen. Die Gefahr dabei ist groß, daß die Konversionsschicht (wie.in der US-PS 2 983 816 angegeben) sich vom Träger löst. Weiter kommt es oft vor, daß auf der Konversionsschicht eine weitere

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Schicht anzubringen ist, wie beispielsweise eine Fotokathode auf einem Eingangslumineszenzschirm einer Röntgenbildverstärkerröhre. Auch bei dieser Behandlung dürfen keine mechanischen Probleme mit der Lumineszenzschicht auftreten« Eine jetzt häufig angewandte nachbehandlung ..für-derartige Lumineszenzschirme ist das in der US-PS 3 885 763 beschriebene Anbringen einer Bissenstraktor und das mögliche Ausfüllen der so gebildeten Risse mit lichtreflektierendem oder absorbierendem Werkstoff. Eine gute Heftung am Träger ist auch wichtig für die Ableitung der bei Bestrahlung in der Konversionsschicht erzeugten Wärme,, die beispielsweise bei Ausgangsschirmen von Bildverstärkerröhren und Bildschirmen von Kathodenstrahlröhren die zulässige Strahlungsbelastung beschränkt·

Bs gibt nunmehr hauptsächlich zwei Verfahren zum Anbringen beispielsweise von Lumineszenz schicht en, d_e h«, das Ablagern einer Suspension von Lumineszenzwerkstoff, bei dem häufig ein Binder zum Heften des Luminszenzwerkstoffs am Träger und für gegenseitige Heftuhg benötigt wird» Diese Schichten weisen insbesondere auch durch den Binder eine verhältnismäßig Dichte für den Lumineszenzwerkstoff auf, beispielsweise höchstens etwa 50 %· Diese Schichten müssen für eine annehmbare Strahlungsabsorption daher verhältnismäßig dick sein, beispielsweise 500/um für Röntgenverstärkerschirme und für Eingangsschirme von Röntgenbildverstärkerröhren.

Ein zweites Verfahren besteht im Aufdampfen des Lumineszenzwerkstoffes nach der Beschreibung in der US-PS 3 825 763. Mit diesem Verfahren werden Lumineszenzschichten mit einer Dichte erhalten, die.sich der Dichte eines Einkristalls nähert und bestimmt 95 % davon:darstellen kann. Es zeigt sich außerdem, daß die Heftung am Träger ausreichend ist, um die beschriebene Nachbearbeitung zu ermöglichen. Das Aufdampfen

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dieser Schichtarten mit einer Schichtdicke beispielsweise bis za etwa 250 /üb für Eingangsschirme von Rö'ntgenbildverstärkerröhren ist ein verhältnismäßig aufwendiges Verfahren und ist in bezug auf die Atmosphäre, in der aufgedampft wird, kritisch« Auch eignen sich viele Konversionswerkstoffe beispielsweise durch Zerlegung nicht zum Aufdampfen,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Uachteile des Standes der Technik zu vermeiden«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Konversionsschirmes zu schaffen, mit dem diese Schirme ohne Güteverluste mit einem hohen Preiheitsgrad in der Wahl sowohl des Trägers als auch des Konversionswerkstoffes mit einer verhältnismäßig großen Schichtdicke schnell und preisgünstig herstellbar sind»

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Herstellen von Konversionsschirmen eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Konversionswerkstoff aus einer festen Phase in Pulverform mit Hilfe eines Gasflusses auf einen Träger über einen Schmelzraum aufgespritzt wird, in dem eine hohe Temperatur aufrechterhalten wird, während der Träger eine Temperatur besitzt, die unter der Schmelztemperatur des aufzuspritzenden Werkstoffes liegt«

Durch Optimieren der Größe der Pulverpartikel, der Durchflußgeschwindigkeit, der Temperatur und der Ausdehnung des Schmelzraumes in gegenseitigem Zusammenhang beim erfindungsgemäßen Verfahren können Schichten unterschiedlicher Dicke mit einer hohen Güte in verhältnismäßig, kurzer Zeit ange-

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bracht werden· Die Heftung am Träger und die gegenseitige Heftung in der Schicht selbst sind dabei so gut, daß auch mechanische Sachbearbeitungen wie Ätzen, Schleifen oder Polieren auf der Schicht angewandt werden können» Auch ist es durch die gute gegenseitige Haftung möglich, den Träger zu entfernen, wodurch selbsttragende Schichten aus konvertierendem Werkstoff gebildet werden können«

Als Schmelzraum wird vorzugsweise eine Plasmaentladung benutzt, in der eine Temperatur beispielsweise von 10,000 ⁰C erreicht werden kann, ohne daß an der Stelle Verbrennungsprodukt e auftreten, die den anzubringenden Stoff vergiften könnten. Durch diese hohe Temperatur schmelzen die Werkstoffkörner sehr rasch, und auch durch die hohe Durchflußgeschwindigkeit lagern sie sich danach in kurzer Zeit auf dem Träger ab» Hierdurch wird vermieden, daß die Stoffe zu stark oxydieren, oder sich zerlegen, wodurch auch ohne Efachteil bereits aktivierte Lumineszenzstoffe verarbeitet werden können. Dies erspart nicht nur eine Handlung, sondern verhindert auch mögliche Beschädigungen oder Verunreinigungen der Schicht oder des Trägers bei der Zusatzbehandlung· Durch das Anbringen des Werkstoffes auf oder in einem Träger mit einer strukturierten Oberfläche beispielsweise nach der Beschreibung in der GB-PS 1 380 186 können Schirme mit einer Rissenstruktur in der konvertierenden Schicht erreicht werden, wodurch eine seitliche Streuung der Strahlung oder der Ladungsträger beschränkt wird· In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Träger für einen Lumineszenzschirm aus einer faseroptischen Platte, von der an der Seite der.Luminesζenzschicht die Kerne der Glasfasern zum Teil abgeätzt sind·

Im Vergleich zu den bekannten Anbringverfahren werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Ausnehmungen im Träger gut

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ausgefüllt, auch wenn sie eine verhältnismäßig geringe Querabmessung besitzen.

Strahlungskonversionsschirme im Verfahren nach der Erfindung können in vielen Produkten benutzt werden, beispielsweise als Röntgenverstärkerschirme, wie sie in Röntgendiagnostikgeräten benutzt werden. Die Schirme haben dort die Punktion eines bildtragenden Röntgenbündels mit einem Mindestverlust an Bildgüte, das in Strahlung umzusetzen ist', für die eine hinter dem Schirm angeordnete Filmfolie ausgezeichnet empfindlich ist. In Bildverstärkerröhren können die Schirme sowohl die Funktion des Singangsschirmes als auch die des Ausgangsschirmes erfüllen, wobei, wie bereits erwähnt, für beide spezifische Vorteile in bezug .auf bekannte Schirme erreicht werden. In Röntgendetektoren ζ. B. nach der Beschreibung in der . ÜS-PS 4 179 100 lassen sich vorteilhaft erfindungsgemäße Schirme mit einem notfalls strukturierten Träger benutzen, wodurch eine mehr in den Vordergrund tretende Reihe unabhängiger Detektorelemente gebildet werden kann.

In Kathodenstrahlröhren können erfindungsgemäße Schirme mit dem Vorteil der Massenfertigung in einem sehr raschen und stabilen Vorgang verwendet werden, wobei weniger Probleme mit losen Phosphorpartikeln in der Röhre auftreten und eine häufig benutzte Metallhinterlegung direkt auf der dichten Phosphorschicht, ggf. mit dem gleichen Verfahren, angebracht werden kann. Pur Kathodenstrahlröhren für speziellere Anwendung wie in Elektronenmikroskopen und Oszillografenröhren und für Ausgangsschirme in Bildverstärkerröhren ist die dichte Packung mit der reduzierten Schichtdicke und der- besseren Wärmeableitung vorteilhaft, weil dies eine höhere örtliche Belastung erlaubt. Durch die letztgenannte Eigenschaft bieten diese Schirme auch Vorteile

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für Meßinstrumente zum Detektieren yon Elementarteilchen, wie Massenspektrografen, wobei die selbsttragende Eigenschaft zum Erhöhen der Empfindlichkeit benatzt und wobei durch die Robustheit der Schirme jetzt auch mit austauschbaren Schirmen gearbeitet werden kann· Strahiungskonversionsschichten mit fotoleitenden Eigenschaften können beispielsweise für Röntgendetektion in Form von Selenschirmen benutzt werden, auf denen durch ein einfallende, bildtragendes Röntgenbiindel über ein Ladungsmuster in einem elektrographischen Vorgang in ein geschriebenes Bild oder in Bildaufnahmeröhren umgewandelt werden, in denen eine durch ein einfallendes bildtragendes Strahlungsbündel erzeugte Potentialauswanderung in ein Videosignal, beispielsweise für die Wiedergabe an einem Monitor, umgewandelt wird·

Ausführungsbeispiel

Ausführuagsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert« Es zeigen:

Pig. 1: schematisch eine Anordnung zum Durchführen des er- ~ findungsgemäßen Verfahrens?

Fig· 2: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen " Röntgenverstärkerschirmj

Fig· 3: eine erfindungsgemäße Röntgenbildverstärkerröhre " und

Fig· 4: eine teilweise mit Lumineszenzwerkstoff aufgefüllte Glasfaser eines erfindungsgemäßen Schirms·

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Eine Anordnung zum Herstellen von Konversionsschirmen nach der Erfindung gemäß Fig. 1 enthält eine in ein Gehäuse 1 aufgenommene erste Elektrode 3 und eine zweite Elektrode 5 zum Erzeugen einer Plasmaentladung 7, wobei zwischen die beiden Elektroden eine Kraftstromquelle 9 aufgenommen ist· Über einen Eintritt 11 wird mit Hilfe sines Gasflusses aus einem Gefäß 13 Konversionswerkstoff zugeführt, Hierzu ist an den Eintritt ein Pulvergefäß 15 angeschlossen, in dem ein Werkstoffvorrat in Pulverform aufbewahrt oder aus Basiswerkstoff gebildet wird· Vorzugsweise wird hierbei Pulver mit einer zwischen verhältnismäßig engen Grenzen liegenden Korngröße benutzt,; !tenn sehr feines Pulver gewünscht ist, kann es zur Vermeidung von Kornklumpen durch van-der-Waalskräfte vorteilhaft sein, ein Flüssigpulver hinzuzusetzen, zu welchem Zweck ein Eintrittsgefäß 17 angeordnet ist· Als Flußpulver kann beispielsweise Al₂Oo oder SiO₂ benutzt werden« Die Klumpenbildung kann auch durch die Verwendung elektrisch geladener Körner vermieden werden. Das Gemisch 18 aus Pulver und Gas wird mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit, beispielsweise unter einem Druck von 100 K Pa, in Richtung auf die Plasmaentladung gespritzt. In einem vorzugsweise einstellbaren Abstand hinter dem Plasmabogen ist ein Träger 19 angeordnet, der in schematischer Darstellung auf einem Schlitten 21 montiert ist, der sich über eine Schiene 23 verschieben läßt. An einer vom Plasmabogen abgewandten Seite der Schiene ist eine Abschirmung 24 und hinter der Abschirmung eine Absaugvorrichtung mit einem Filter 25 und einer Pumpe 27 angeordnet. Die skizzierte Vorrichtung ist vom Typ mit einer geschlossenen Kammer, beispielsweise zum Arbeiten bei erniedrigtem Druck, und ist mit weiteren Einzelheiten in der US-PS 3 839 618 beschrieben, Für die Anwendung der Erfindung kann in Abhängigkeit von den anzubringenden Stoffen und von den an die zu bildende

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Schicht zu stellenden Anforderungen auch in einer offenen Anordnung oder in einer Anordnung mit Schleusen für die Zuführung des !Trägers einerseits und für die Ableitung der Schirme andererseits gearbeitet werden. Pur größere Schirme kann der Schlitten 21 mit einem Bewegungsmechanismus für die "Verschiebung des Trägers in einer Richtung und quer zur Stromrichtung des Werkstoffbündeis versehen sein«

Zum Erhalten einer homogenen Schicht oder auch für eine Schicht beispielsweise mit einer radial verlaufenden Dicke kann es vorteilhaft sein, den Träger um eine mit der Hauptrichtung des Werkstoffbündeis zusammenfallende Achse drehbar anzuordnen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die relative Bewegung des Werkstoffbündeis und des Trägers kinematisch umzukehren und mit einer bewegenden Spritzvorrichtung zu arbeiten.

Beim Durchgang durch die Plasmaentladung werden die im Werkstofffluß mitgefünrten Werkstoffkörner erwärmt, wodurch sie als flüssige Werkstofftropfen den Bogen verlassen und sich auf dem Träger ablagern. Für eine gute homogene Schicht ist es vorteilhaft, von einem Pulver mit Körnern mit einer verhältnismäßig einheitlichen Größe auszugehen, wobei dünnere Schichten häufig eine kleinere Korngröße erfordern. Die Struktur der angebrachten Konversionsschicht läßt sich weiter noch durch die Geschwindigkeit des Werkst off stroms,- der Temperatur des Entladuagsbogens, den Abstand zwischen dem Entladungsbogen unddem Träger, der Temperatur des Trägers beim Anbringen des Werkstoffs und der Atmosphäre und den Druck im möglicherweise abgeschlossenen Arbeitsraum weiter"beeinflussen. Es ist dabei selbstverständlich so, daß die verschiedenen Parameter voneinander nicht unabhängig sind. So wird das

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BrwärmungsBiaß der Körner nicht nur durch, die Temperatur der Schicht» 3endern auch durch die Zeit bestimmt, in der die Körner sich im Bogen befinden, also durch die Werkstoff fluggeschwindigkeit und die Abmessung des Bogens, gemessen in der Richtung des Werkstoffflusaes, Für die erforderliche Srwärmungsenergie je Werkstoffkorn ist selbstverständlich auch die Korngröße bedeutsam.

Die Temperatur dee Trägers kann häufig gleich der Umgebungstemperatur sein, aber durch den abgelagerten, stark erwärmten Werkstoff wird der Träger gleichfalls erwärmt· Es kann daher wünschenswert sein, den Träger während des Verfahrens zu kühlen oder darin eine Wärmekapazität anzubringen, die zu große Erwärmung verhindert.

Es ist bekannt, daß diese Verfahrensweise zum Anbringen von Metallschichten zu gut haftenden Schichten mit einer dichten Fackung führt· Das Verfahren wird daher zum Anbringen von schützenden"korrosionsfesten Schichten häufig angewandt, die oft aus elementarem 7/erkstoff wie Metallen bestehen·

Überraschenderweise lassen sich auch Verbindungen mit dieser Verfahrensweise anbringen, die sich beim Erwärmen und Transport derselben nicht zerlegen. Um so überraschender ist es, daß eine so gebildete Lumineszenzschicht gute Lumineszenzeigenschaften aufweist· Eine sehr vorteilhafte Hebeneigenschaft dabei ist, daß so gebildete Lumineszenzschichten keiner thermischen Nachbehandlung zum Erhöhen der Lumineszenzeigenschaften bedürfen. Hierdurch ist die Wahl für den Träger viel größer geworden, und es lassen sich auch Schirme für Anwendungen bilden, in denen - durch externe Umstände gezwungen - mit speziellen Trägern gearbeitet werden muß, wie beispielsweise mit Ausgangsschirmen

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für Bildverstärkerröhren, die lichtoptischen Eigenschaften entsprechen massen*

Die Wahl der Konversionswerkstoffe ist ebenfalls sehr groß. Gute Ergebnisse für Lumineszenzschirme werden mit CaWo. erhalten, einem Werkstoff, der häufig in Röntgenverstärkerschirmen benatzt wird und dort üblicherweise aus einer Kolloidallösung zusammen mit einem Bindematerial abgelagert wird, wodurch bekannte Schichten eine Lumineazenswerkstoffdichte von höchstens etwa 50 % besitzen. Ein derartiger Schirm ist in Pig. 2. schetnatisch dargestellt. und enthält hier einen Träger 30, eine antistatische Schicht 32, eine reflektierende Schicht 34» eine Fluoreszenzschicht 36 und eine Abschirmschicht 38· Bei der Verwendung des gleichen Lumineszenzwerkatoffes, d. h. CaWo., wie in bekannten Verstärkerschirmen, kann seine Schichtdicke durch die dichtere Packung unter Beibehaltung der gewünschten Mindestabsorption auf etwa die Hälfte herabgesetzt werden* Zum anderen hat eine Schicht gleicher Dicke eine wesentlich höhere Absorption, Beide Effekte lassen sich zum Reduzieren der Patientendosis benutzen, wobei der erste Weg eine höhere Bildgüte betont. Eine erfindungsgemäße Lumineszenzschicht besitzt für diese Anwendung eine Dicke von beispielsweise etwa 200 /um im Vergleich beispielsweise zu 500 /Um für übliche Schichten«, ,Verstärkerschirme dieser Art finden häufig Verwendung bei Röntgendiagnostikgeräten in der Ausrüstung mit einem Bucky-Gitter wie !Tomografen und Durchleuchtungsgeräte· Heben dem Umstand, daß Röntgenverstärkerschirme nach der Erfindung eine höhere Auflösung besitzen, ist ihre Produktion im Verfahren nach der Erfindung wesentlich preisgünstiger und ist die Freiheit in der Materialwahl für den Träger und die mögliche antistatische Schicht größer. Die Auflösung erfindungsgemäßer Schirme läßt sich noch durch die Verwendung einer die Querstreuung beschränkenden Rissenstruktur nach der

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Beschreibung in der US-PS 3 961 182 vergrößern. Gerade durch die besonders gate Haftung des Lumineszenswerkstoffs am Träger kann diese Verfahrensweise optimiert werden* Dabei ist es möglich, mit einem Träger zu arbeiten, in dem eine Rißfrequenzen bestimmende Struktur angebracht ist« Häufig wird es dabei nicht notwendig sein, die Schicht zum Erhalten einer guten Rissenstruktur in mehreren Teilschichten anzubringen» lieben CaWo, kann für diese Schirme beispielsweise auch mit ^Y2°3 (^Su)» ^m:L* ²^ ⁰^ ⁰^* ^da~^on abgeleiteten Werkstoffen oder mit CaI (JJa) ala Luminesζenzwerkatoff gearbeitet werden. Die hygroskopische Art des CsI (Na) gibt hier durch die dichte Struktur der Schicht weniger Probleme«

Eine zweite Anwendung erfindungsgemäßer Schirme ist in Bildverstärkerröhren und insbesondere in Röntgenbildverstärker— röhren vorgesehen. Eine in Fig. 3 dargestellte Röntgenbildverstärkerröhre enthält ein Metallgehäuse 40, beispielsweise mit einem aus einem 250/um dicken Titanfenster bestehenden Eingangsfenster 42, das mit einem Tragring 44 mit einem Mantelteil des Gehäuses und mit einem Austrittsfenster 46 verbunden ist, das hier durch eine plankonkave faseroptische Platte gebildet wird« Im Gehäuse befinden sich ein Lumineszenzschirm 48 mit einem Träger 50, eine Luminesζenζschicht 52 und eine !Fotokathode 54 sowie ein elektronenoptisches System 56 zur Bildung eines Elektronenbildes der von der Fotokathode auszusendenden Elektronen an einem Lumineszenzschirm 58, der hier direkt auf einer konkaven Seite des faseroptischen Fensters 46 angeordnet ist und als Ausgangsschirm arbeitet. Die Lumineszenzschicht 52 einer derartigen Röntgenbildverstärkerröhre, die in der US-PS 4 213 055 ausführlich beschrieben wird, besteht beispielsweise aus CsI (T1), das durch Aufdampfen in Vakuum angebracht ist, und besitzt insbesondere auch durch die darin angebrachte Rissenstruktur eine hohe Auflösung. Durch die bei aufgedampftem CsI not-

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wendige thermische Nachbehandlung kann dieses Verfahren nicht ohne weiteres für den Auftrittsschirm der Röhre benutzt werden. Auch ist die Wahl des dazu zu verwendenden Lumineszenzwerkstoffs dadurch beschränkt, daß durch die mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise bis zu 30 kV einfallenden Elektronen im Schirm leicht Einbrennerscheinungen auftreten»

Durch diese Umstände gezwungen, wird für den Ausgangsschirm häufig ZnS als Lumineszenzwerkstoff benutzt, der zwangsmäßig durch Ablagerung aus einer Suspension angebracht wird· Durch die Verwendung eines Austrittsfensters einer derartigen Röhre wird auch unter Verwendung von ZnS als Luminenszenzwerkstoff eine wesentliche Verbesserung sowohl in der Auflösung bzw, in der Empfindlichkeit durch die dichtere Stapelung des Werkstoffs als auch in Einbrennfestigkeit dadurch erreicht, daß durch die dichtere Packung die Wärmeleitung größer ist. Da, wie bereits erwähnt, Gsl-Schirme keiner thermischen Nachbehandlung bedürfen, kann erfindungsgemäß auch für den Ausgangsschirm beispielsweise CsI (STa) benutzt werden, wodurch die Absorption und somit die Wirksamkeit und die Auflösung des Schirmes nochmals höher sein können. In der Lumineszenzwerkst off schicht kann auch hier eine Rissenstruktur angebracht werden, wodurch die Auflösung sich weiter erhöhen läßt. Durch Ausfüllen der Risse mit einem dazu geeigneten Stoff läßt sich vermeiden, daß die Verbesserung in der Wärmeleitung in der Schichtebene zunichte gemacht werden würde. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Faserstruktur des faseroptischen Austrittsfensters als Basis für die Rissenstruktor benutzt. Die Kerne der Fasern sind dazu an der Seite der Faserplatte, an der die Lumineszenzschicht angebracht werden wird, bis zu einer Tiefe, beispielsweise von einigen zehn.yum, abgeätzt, und die so entstandenen Ausnehmungen werden mit Lumineszenzwerkstoff ausgefüllt. Das

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Mantelmaterial kann.durch. Rubinie.rung, siehe US-PS 3 582 297, an der Stelle der Ausnehmungen für das Lumineszenzlicht stark absorbierend gemacht werden, wodurch die Lichtstreuung in der Schicht stark herabgesetzt werden kann. Durch die äußerst gute Haftung des Lumineszenzwerkstoffes kann nach Bedarf auf den Mantelenden der fasern abgelagerter Werkstoff mit einer Nachbearbeitung abgeschliffen werden, so daß nur in den Ausnehmungen in den Fasern Lumineszenzwerkstoff vorhanden und daher das Anbringen einer Rissenstruktur nicht mehr notwendig ist· Die Lichtübertragung zwischen dem Lumineszenzwerkstoff und einer Stirnfläche des .Fasernkerns wird dadurch erhöht, daß der Stirnfläche eine konvexe Oberfläche gegeben wird, wie in Figur 4 dargestellt.

Von einer dort dargestellten optischen Faser 60 ist ein Teil eines Kerns 62 abgeätzt, wodurch ein Raum 64 entstanden ist. Durch die Anpassung des radialen Verlaufs der Glaszusammensetzung und/oder durch die Anpassung eines Ätzvorganges ist eine Stirnfläche 66 des Kerns konvex und arbeitet als Linse für das einfallende Lümineszenzlicht, Für die Art der Krümmung desselben ist sowohl"das Brechungsindexverhältnis zwischen dem Mantelglas und dem Kernglas als auch dieses Verhältnis zwischen dem Kernglas und dem Lumineszenzwerkstoff wirksam« Von einem Mantel 68 der Faser sind Teile 70 beispielsweise durch einen DiffusionsVorgang lichtabsorbierend oder lichtreflektierend gemacht.

Obgleich, wie bereits erwähnt, für die Bildgüte und die Empfindlichkeit der Eigangsschirm der in den US-PS 4 213 beschriebenen Rontgenbildverstärkerrö'hren keine Änderung erforderlich macht, kann die Erfindung dennoch dadurch behilflich sein, daß das Verfahren zu preisgünstigeren Schirmen führen kann, insbesondere weil der Vorgang viel schneller ablaufen kann und für atmosphärische Umstände unempfindlicher

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ist. Auch entsteht durch die bessere Haftung eine größere Freiheit im Anbringen einer Rissenstruktur, wodurch sich diea optimieren läßt, ohne daß zusätzlicher Ausfall-gefürchtet zu werden braucht» Im äußersten Pail kann auch hier mit einer ausgefüllten Honigwabenstruktur gearbeitet werden, die für dieaen Vorgang beispielsweise Ausnehmungen mit einer Querabmessung von etwa 50 /tun und einer Tiefe von 250/Um enthalten kann» Die anhand einer Röntgenbildverstärkerröhre beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten gleichermaßen für andere Bildverstärkerröhren, die mit einer Konversionsschicht ausgerüstet sind, wie für Lichtverstärkerröhren, Infrarotröhren ü. dgl.

Bisher sind Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen in der Konversionsschicht Strahlung, wie Röntgenstrahlung oder Slektronenstrahlung, in (sichtbares) Licht umgewandelt wird, welche Schichten normalerweise mit Lumineszenzschichten oder Phosphorschichten bezeichnet werden. Konversionsschichten zum Umsetzen von Elektronenstrahlung in Licht finden viele Anwendungen, wie.z» B, für Pernsehwiedergaberöhren, Oszillograf enröhren usw. Bisher wurden keine Einschränkungen gefunden, die die Bildung dazu zu verwendender erfindungsgemäßer Schirme verhindern könnten» Insbesondere für Geräte, in denen beispielsweise hochenergetische elektromagnetische Strahlung, Elektronen, Ionen oder andere Elementarteilchen detektiert werden, sind die dichte Packung und die gute Haftung der Schicht besonders vorteilhaft. Dazu besteht geringere Gefahr für das Einbrennen der Schicht, und die Schicht ist viel weniger empfindlich für Kontamination. Auch kann möglicherweise auftretende Kontamination ohne Gefahr für die Schicht entfernt werden»

Eine weitere Form der Konversionsschichten wird durch Schichten gegeben, die eingefangene Strahlung, beispielsweise

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wxederum Röntgenstrahlung, Elektronenstrahlung oder Meat in eine Potentialverteilung an einer Oberfläche der Konversionsschicht umwandeln» Sin Beispiel bilden die Selenschirme, die in einem elektrografischen Verfahren für Bildformung mit Hontgenstrahlung verwendet werden. Ein durch Strahlung in einer derartigen Schicht gebildetes Potentialbild kann, auch durch Abtastung, beispielsweise durch einen Elektronenstrahl,-in einer Aufnahmeröhre oder von einer Probe oder einer Matrix von Proben, in ein elektrisches Signal, beispielsweise ein Videosignal, für Wiedergabe an einem Monitor umgewandelt werden· Auch bei diesen Anwendungen tragen erfindungsgemäß Schirme zum Erhöhen der Auflösung und der Empfindlichkeit durch die größere Dichte sowie der Strahlungsbelastung durch die bessere Wärmeleitung bei· Außerdem ist auch hier insbesondere durch die Massenfertigung derartiger Schirme die Kosteneinsparung ein interessanter Paktor. Dieser Paktor ist neben der Reduzierung des Ausfalls bei der Herstellung auch für !fluoreszenzschichten sehr wichtig, wie sie in Lampen angewandt werden, in denen die von der primären Strahlungsquelle erzeugte Strahlung in einem für Beleuchtung weniger geeigneten ieil des Spektrums liegt» Wenigstens ein Teil der Hülle derartiger Lampen wird mit einer erfindungsgemäßen Fluoreszenzschicht zum Umwandeln dieser beispielsweise UV-Strahlung in Strahlung innerhalb eines für Beleuchtung geeigneteren Spektralbereichs versehen·

Claims

24 0 6 2? 2 ~17~ 24.9.1982 60 950/13 Brfindungsanspruch

1« Verfahren zum Herstellen von Konvers ions sch innen, wobei ein Konversionswerkstoff auf einem Träger angebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Konversionswerkstoff aus einer festen Phase, in Pulverform mit Hilfe eines Gasflasses auf einem Träger über einen Schmelzraum abgelagert wird| in dem eine Temperatur über der Schmelztemperatur des Konversionswerkstoffs aufrechterhalten wird, während der Träger eine Temperatur aufweist, die unter der Schmelztemperatur des anzubringenden Konversionswerkstoffes liegt,

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2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schmelzraum mit Hilfe einer Plasmaentladung erhitzt wird·

3. Verfahren nach den.Punkt en 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch» daß das Pulver aus Körnern mit einer homogenen Korngröße höchstens mit etwa dem 0,5fachen der-Dicke einer anzubringenden Konversionsschicht besteht·

4· Verfahren nach Punkt 1, 2 oder 3i gekennzeichnet dadurch, daß die Korngröße, die Durchflußgeschwindigkeit des Pulvers, die Ausdehnung und die Temperatur des Schmelzraumes und der Abstand zwischen dem Schmelzraum und dem Träger zur Bildung einer dichten homogenen Schicht in gegenseitigem Zusammenhang optimiert sind.

5» Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das Erhitzen und Ablagern des Konversionswerkstoffes in einem zu konditionierenden, geschlossenen Raum erfolgt.

6« Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß beim Anbringen eine relative Bewegung zwischen einer Spritzdüse für das Pulver und dem Träger ausgeführt wird·

7· Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß mit ununterbrochen oder intermittierend durchführbarem Trägerwerkstoff gearbeitet wird·

8· Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der Träger an der Seite der anzubringenden Konversionsschicht mit einer Oberflächenstruktur versehen ist,

9. Konversionsschirm in der Herstellung nach dem Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte,

10, Konversionsschirm nach Punkt 9₉ gekennzeichnet dadurch, daß er als Rö'ntgenverstärkerschirm mit einem Träger, einer Lumineszenzschicht und einer Schutzschicht ausgeführt ist.

11, Konversionsschirm nach· Punkt 9» gekennzeichnet dadurch, daß er einen Träger und eine Konversionsschicht in Form einer zum Erzeugen eines Potentialbildes durch einfallende Strahlung ausgerüsteten Schicht enthält,

12, Söntgenbildverstärkerröhre, gekennzeichnet dadurch, daß sie mit einem Schirm nach Punkt 9 ausgerüstet ist,

13· RÖntgenbildverstärkerröhre nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgangsschirm ein Konversionsschirm nach Punkt 9 mit einem faseroptischen Fenster als Träger ist.

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14« Kathodenstrahlröhre» gekennzeichnet dadurch, daß ein Phoaphorschirm darin durch einen Konversionsachirm nach Punkt 9 gebildet wird·

15· Aufnahmeröhre,, gekennzeichnet dadurch, daß ein bildformender.Singangsschirm darin durch einen Konversionaschirm nach Punkt 9 gebildet wird·

16· 3?luoreszenzlampe, gekennzeichnet dadurch, daß ein mit einem fluoreszenzschirm ausgerüsteter Wandteil durch einen Konversionsschirm nach Punkt 9.gebildet wird·

17· Gerät zum Detektieren hochenergetisch elektromagnetischer oder Korpuskularstrahlung, gekennzeichnet dadurch, daß ein Detektorschirm des Geräts durch einen Konversionsschirm nach Punkt 9 gebildet wird, dessen Konversionsschicht eine Dicke von mehr als 500/Um besitzt«

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