DE102008013781B4 - Scintillator composite with optical fiber composite - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Szintillator-Komposits (1), mit den Schritten
Ausbilden einer lichtleitenden Matrix;
Zusammenbringen der Matrix mit einem Licht erzeugenden Szintillatormaterial, wobei die Matrix einen Lichtleiter-Faserverbund aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Matrix gewebt ist und dadurch eine Vorzugsrichtung des Faserverlaufs aufweist.A method of making a scintillator composite (1), comprising the steps
Forming a photoconductive matrix;
Bringing the matrix into contact with a light-generating scintillator material, the matrix having a fiber-optic fiber composite,
characterized in that
the matrix is woven and thereby has a preferred direction of the fiber flow.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Szintillator-Komposits gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso das auf diese Weise hergestellte Szintillator-Komposit sowie dessen Verwendungen.The The present invention relates to a process for producing a Scintillator composites according to the preamble of the main claim. The present invention also relates to this scintillator composite prepared in this way and its uses.

Zur Röntgendetektion in der Computertomographie werden sog. Szintillator-Arrays verwendet. Diese bestehen aus Einzelpixeln eines Szintillator-Materials, wie dies beispielsweise Gd2O2S:Pr, Ce oder CdWO4 sind. Die optische Trennung der durch Röntgenstrahlung erzeugten Lichtinformation wird durch sogenannte Reflektormaterialien, wie dies beispielsweise TiO2 ist, in einer Epoxidmatrix herbeigeführt. Es ergeben sich folgende herkömmliche Nachteile:
Einerseits ist die Herstellung eines Szintillator-Arrays aufwändig und damit teuer. Das Szintillator-Material wird in keramischer oder kristalliner Form hergestellt und anschließend mittels Sägeprozessen weiter strukturiert und verfüllt.For X-ray detection in computed tomography, so-called scintillator arrays are used. These consist of single pixels of a scintillator material, such as Gd 2 O 2 S: Pr, Ce or CdWO 4 . The optical separation of the light information generated by X-radiation is caused by so-called reflector materials, such as TiO 2, in an epoxy matrix. The following conventional disadvantages result:
On the one hand, the production of a scintillator array is complex and therefore expensive. The scintillator material is produced in ceramic or crystalline form and then further structured and filled by means of sawing processes.

Des Weiteren ist die räumliche Auflösung der Szintillator-Arrays begrenzt. Werden die Pixel zunehmend kleiner ausgeführt, so nimmt die strahleninsensitive Fläche des Reflektors immer mehr Raum ein. Es ergibt sich eine typische Auflösungsgrenze von rund 0,5 bis einem Millimeter Pixelrandmaß.Of Further is the spatial resolution the scintillator arrays limited. If the pixels run increasingly smaller, so takes the radiation insensitive surface the reflector more and more space. This results in a typical resolution limit from about 0.5 to one millimeter pixel margin.

Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des Szintillator-Materials und der Pixelierung werden beständig optimiert. Es zeigen sich jedoch Grenzen des grundsätzlichen Ablaufs.The individual process steps for the preparation of the scintillator material and pixelation become stable optimized. However, there are limits to the fundamental Process.

Es gibt verschiedenartige Ansätze, Szintillator-Material durch Einfügen in eine Kunststoffmatrix gießfähig zu erstellen, um das Szintillator-Material billiger zu Arrays formen zu können. Leider verschlechtern sich dabei die optischen Eigenschaften des Szintillator-Materials im Vergleich zu den herkömmlichen monolithischen Säge-Arrays. Der Grund dafür ist die erhöhte Streuung und damit die vergrößerte Lichtweglänge im Gussmaterial, das sich ebenso negativ auf das Nachleuchten und die Drift auswirkt.It are different approaches, Scintillator material by insertion to create pourable in a plastic matrix, to make the scintillator material cheaper to form arrays. Unfortunately thereby deteriorate the optical properties of the scintillator material compared to the conventional ones monolithic sawing arrays. The reason for this is the raised one Scattering and thus the increased light path length in the casting material, which also has a negative effect on the afterglow and the drift.

Die DE 10 2007 022 518 A1 offenbart einen Strahlungswandler zur Wandlung von Röntgenstrahlung in Licht, einen den Strahlungswandler umfassenden Strahlungsdetektor sowie Verfahren zur Herstellung des Strahlungswandlers und des Strahlungsdetektors. Es ist vorgesehen, dass der Strahlungswandler ein Szintillationsmaterial mit darin im Wesentlichen in paralleler Ausrichtung eingebetteten säulenartig ausgebildeten lichtführenden Elementen aufweist.The DE 10 2007 022 518 A1 discloses a radiation transducer for converting X-radiation into light, a radiation detector comprising the radiation transducer, and methods for manufacturing the radiation transducer and the radiation detector. It is contemplated that the radiation transducer comprises a scintillation material having columnar light guiding elements embedded therein substantially in parallel alignment.

Die DE 100 21 938 A1 offenbart ein optisch anisotropes Verbundmaterial, das zwei Materialien enthält, ein transparentes optisches Grundmaterial und innerhalb des Grundmaterials eingebettete strahlungsabsorbierende oder -reflektierende Fasern. Die Fasern sind im Wesentlichen parallel zueinander und führen die Strahlung tendenziell entlang der Faserrichtung. Das Grundmaterial kann ein Szintillator sein, wobei von den Fasern in diesem Fall Szintillationsstrahlung tendenziell entlang der Richtung der Faserrichtung geführt wird.The DE 100 21 938 A1 discloses an optically anisotropic composite material containing two materials, a transparent optical base material, and radiation-absorbing or -reflecting fibers embedded within the base material. The fibers are substantially parallel to each other and tend to guide the radiation along the fiber direction. The base material may be a scintillator, in which case scintillation radiation from the fibers tends to be guided along the direction of the fiber direction.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Szintillator Komposit, insbesondere für einen Computertomographen, einfach, kostengünstig und derart bereit zu stellen, dass die räumliche Auflösung wirksam verbessert ist.It The object of the present invention is a scintillator composite, especially for a computed tomograph, simple, inexpensive and so ready to put that spatial Resolution effective is improved.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch, Nebenansprüchen, eine Verwendung gemäß einem weiteren Nebenanspruch sowie ein Szintillator-Komposit gemäß einem weiteren Nebenanspruch gelöst.The Task is by a method according to the main claim, claims, a Use according to one additional claim and a scintillator composite according to a solved additional claim.

Es werden dabei neuartige lichtleitende Szintillator-Komposite vorgeschlagen.It novel photoconductive scintillator composites are proposed.

Komposit (lat. ”Compositum”, Zusammengesetztes) bezeichnet im Allgemeinen zusammengesetzte Materialien.composite (lat. "Compositum", compound) generally refers to composite materials.

Mit Matrix wird allgemein das Material in Verbundwerkstoffen bezeichnet, in das andere Bestandteile eingebettet sind.With Matrix is commonly referred to as the material in composites, in which other components are embedded.

Ein Szintillatormaterial ist ein Material, das beim Durchgang von geladenen Teilchen und γ-Quanten angeregt wird und die Anregungsenergie in Form von Licht (meist im UV- oder sichtbaren Bereich) wieder abgibt. Über die Messung der Lichtmenge (z. B. mit einem Photomultiplier oder einer Photodiode) kann auf die deponierte Energie geschlossen werden. Indirekt können auch freie Neutronen über Streuprozesse oder Kernreaktionen im Material und die dabei entstehenden geladenen Teilchen nachgewiesen werden.One Scintillator material is a material that is charged during passage Particles and γ quanta is excited and the excitation energy in the form of light (usually in the UV or visible range) again. About the measurement of the amount of light (eg with a photomultiplier or a photodiode) can open the deposited energy will be closed. Indirectly, too free neutrons over Scattering processes or nuclear reactions in the material and the resulting be detected charged particles.

Die vorgeschlagenen Lösungen bewirken folgende Vorteile. Es können pulverförmige Szintillator-Materialien verwendet werden. Die dabei auftretenden Streueffekte des erzeugten Lichtes führen zu einer erhöhten Ortsauflösung, aber ebenso zu einer verminderten Lichtausbeute. Durch die erfindungsgemäßen eingebauten, gleichmäßig verteilten Lichtkanäle mit einem angepassten Brechungsindex können Lichtausbeute und Ortsauflösung aufeinander abgestimmt werden. Die Auflösung eines Aufbaus wird durch die Flächengrößen und durch den Flächenanteil von Matrix zu Szintillator-Material bestimmt und kann auf diese Weise sehr einfach, je nach Anforderungen, optimal eingestellt werden. Der Anteil von Fläche, die beim Auftreffen von Anregungsstrahlung inaktiv ist, wird vermindert. Eine Positionierung auf einem Photosensor kann unabhängig von dessen Pixelierung ausgeführt werden. Es sind keine weiteren formgebenden Bauteile für das Szintillator-Komposit mehr nötig. Der Szintillator-Komposit wird in optimaler Plattengröße gegossen und auf dem Photosensor fixiert. Auf diese Weise treten ebenso keine zusätzlichen inaktiven Flächen auf. Die Szintillator-Materialverluste werden minimiert. Weitere Vorteile dieser Anordnung sind der verminderte Einfall von nicht absorbierter Röntgenstrahlung auf Photosensor und Elektronik sowie die mechanische Stabilisierung durch den Faserverbund. Die Herstellung und Strukturierung sog. UFC-Keramik entfällt. Damit können die derzeitigen Herstellungsverfahren stark vereinfacht und kostengünstiger werden.The proposed solutions provide the following advantages. Powdered scintillator materials can be used. The occurring scattering effects of the generated light lead to an increased spatial resolution, but also to a reduced light output. The built-in, evenly distributed light channels with an adapted refractive index according to the invention allow light output and spatial resolution to be matched to one another. The resolution of a structure is determined by the area sizes and by the area ratio of matrix to scintillator material and can be very easily, depending according to requirements, to be optimally adjusted. The proportion of area that is inactive when incident excitation radiation is reduced. Positioning on a photosensor can be performed independently of its pixelation. There is no longer any need for further shaping components for the scintillator composite. The scintillator composite is cast in optimum plate size and fixed on the photosensor. In this way, there are no additional inactive areas. The scintillator material losses are minimized. Further advantages of this arrangement are the reduced incidence of unabsorbed X-radiation on the photosensor and electronics, as well as the mechanical stabilization by the fiber composite. The production and structuring of so-called UFC ceramics is eliminated. Thus, the current manufacturing processes can be greatly simplified and cheaper.

Gemäß einem ersten Aspekt ist die Matrix gewebt und weist dadurch eine Vorzugsrichtung des Faserverlaufs auf.According to one In the first aspect, the matrix is woven and thus has a preferred direction of the fiber flow on.

Gemäß einem zweiten Aspekt durchlaufen die Fasern der Matrix eine gegossene Form des Szintillator-Komposits, insbesondere eine Platte, schräg in die Höhe der Form.According to one second aspect, the fibers of the matrix undergo a cast Shape of the scintillator composite, in particular a plate obliquely in the height of Shape.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die lichtleitende Matrix alternativ ausgebildet. Es wird auf eine gewebte Matrix verzichtet. Es werden Faserabschnitte, deren Länge, insbesondere ca. 10 bis 40%, größer als eine Länge einer gegossenen Form eines Szintillator-Komposits, insbesondere einer Platte, sind, verwendet.According to one In the third aspect, the photoconductive matrix is alternatively formed. It is dispensed with a woven matrix. There are fiber sections, their length, in particular about 10 to 40%, greater than a length a molded form of a scintillator composite, in particular a plate, are used.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Matrix faserförmige lichtleitende Kunststoff- und/oder Glasfasern mit einem Brechungsindex, ähnlich oder gleich dem Brechungsindex des Szintillatormaterials auf. Die Abweichung der Brechungsindizes kann beispielsweise bis 10% des Brechungsindexes des Szintillatormaterials sein. Als Kunststoff bezeichnet man einen Festkörper, dessen Grundbestandteil synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte Polymere mit organischen Gruppen sind.According to one advantageous embodiment, the matrix has fibrous light-conducting Plastic and / or glass fibers with a refractive index, similar or equal to the refractive index of the scintillator material. The deviation The refractive indices may be, for example, up to 10% of the refractive index of the scintillator material. As a plastic one calls one Solid, its basic component synthetically or semi-synthetically produced polymers with organic groups.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Zusammenbringen der Matrix und des Szintillator-Materials vor einem Aushärten des Szintillator-Komposits.According to one Further advantageous embodiment, the bringing together the matrix and the scintillator material before curing the Scintillator composite.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstrecken sich die Fasern aufgrund deren vorgegebenen Länge schräg durch die gegossene Form hindurch, und zwar schräg entlang der Länge der gegossenen Form.According to one Further advantageous embodiment, the fibers extend due to their given length diagonally through the cast form, obliquely along the length of the cast form.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Vorzugsrichtung des Faserverlaufs mittels einer Strömung während des Zusammenbringens erzeugt.According to one Another advantageous embodiment is a preferred direction of Fiber course by means of a flow while of bringing together.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lichtleitende Matrix folgendermaßen ausgebildet. Es werden pulverförmige Anteile der ausgehärteten Polymermatrix beziehungsweise partikelförmiger Grundstoff-/Glasmatrix zu dem Szintillator-Material gegeben. Dadurch wird intrinsisch ein Lichtleiter durch eine zusammenhängende Kette dieser Partikel ausgebildet. Damit kann die Lichtausbeute weiter verbessert werden, da damit prinzipiell jeder Partikel von einem ausreichend dimensionierten Lichtleiter umgeben wird und auf diese Weise ein Netz erzeugt wird, welches in jeweils einem Lichtleiter-Partikel an einem Fotosensor endet.According to one Another advantageous embodiment is the light-conducting matrix as follows educated. It will be powdery Proportions of the cured Polymer matrix or particulate base material / glass matrix added to the scintillator material. This intrinsically becomes a light guide through a coherent Chain formed of these particles. This can be the light output be further improved, since in principle every particle of a sufficiently sized light guide is surrounded and on this way, a network is generated, which in each case in a light guide particle ends at a photosensor.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann pulverförmiges Szintillator-Material verwendet werden.According to one Another advantageous embodiment may be powdered scintillator material used become.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The The present invention will be described with reference to exemplary embodiments closer with the figures described. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 an embodiment of a method according to the invention,

2 ein Ausführungsbeispiel einer Verwendung eines Szintillator-Komposits. 2 an embodiment of a use of a scintillator composite.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt S1 wird eine einen Lichtleiter-Faserverbund aufweisende, Licht weiterleitende Matrix ausgebildet. In einem Schritt S2 wird diese Matrix mit einem lichterzeugenden Szintillator-Material zusammengebracht. 1 shows an embodiment of a method according to the invention. In a step S1, a light-conducting fiber composite having, light-transmitting matrix is formed. In a step S2, this matrix is brought together with a light-generating scintillator material.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verwendung eines erfindungsgemäßen Szintillator-Komposits 1. Dabei ist das Szintillator-Komposit 1 in eine optimale Plattengröße gegossen worden und auf einem Photosensor 2 fixiert worden. Eine gegossene Form 1a ist also die Platte. Diese weist eine Länge 1b und eine Höhe 1c auf. Die Signale des Photosensors 2 werden einer Elektronikeinrichtung 3 zugeführt. Die Signale der Elektronikeinrichtung 3 werden einer Anzeigeeinrichtung 4 zugeführt. Vorstehend genannte Elemente können beispielsweise Bestandteil eines Computertomographen sein. 2 shows an embodiment of a use of a scintillator composite according to the invention 1 , Here is the scintillator composite 1 poured into an optimal plate size and on a photosensor 2 been fixed. A cast mold 1a is the plate. This has a length 1b and a height 1c on. The signals of the photosensor 2 be an electronics device 3 fed. The signals of the electronic device 3 become a display device 4 fed. For example, the above-mentioned elements may be part of a computer tomograph.

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung eines Szintillator-Komposits (1), mit den Schritten Ausbilden einer lichtleitenden Matrix; Zusammenbringen der Matrix mit einem Licht erzeugenden Szintillatormaterial, wobei die Matrix einen Lichtleiter-Faserverbund aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix gewebt ist und dadurch eine Vorzugsrichtung des Faserverlaufs aufweist.Method for producing a scintillator composite ( 1 ), with the steps Forming a photoconductive matrix; Matching the matrix with a light-generating scintillator material, wherein the matrix has a fiber-optic fiber composite, characterized in that the matrix is woven and thereby has a preferred direction of the fiber profile. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix eine faserförmige, lichtleitende Kunststoff- und/oder Glasmatrix mit einem zu dem des Szintillatormaterials ähnlichen oder gleichen Brechungsindex ist.Method according to claim 1, characterized in that that the matrix is a fibrous, photoconductive plastic and / or Glass matrix with a similar to that of the scintillator material or the same refractive index. Verfahren zur Herstellung eines Szintillator-Komposits (1), mit den Schritten Ausbilden einer lichtleitenden Matrix; Zusammenbringen der Matrix mit einem Licht erzeugenden Szintillatormaterial, wobei die Matrix einen Lichtleiter-Faserverbund aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Matrix eine gegossene Form (1a) des Szintillator-Komposits (1), insbesondere eine Platte, schräg in die Höhe (1c) der Form (1a) durchlaufen.Method for producing a scintillator composite ( 1 ), comprising the steps of forming a photoconductive matrix; Contacting the matrix with a light-generating scintillator material, wherein the matrix has a fiber-optic fiber composite, characterized in that the fibers of the matrix form a cast ( 1a ) of the scintillator composite ( 1 ), in particular a plate, obliquely in height ( 1c ) the form ( 1a ) run through. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Zusammenbringen der Matrix und des Szintillatormaterials vor einem Aushärten des Szintillator-Komposits (1).Method according to one of claims 1 to 3, characterized by contacting the matrix and the scintillator material prior to curing the scintillator composite ( 1 ). Verfahren zur Herstellung eines Szintillator-Komposits (1), mit den Schritten Ausbilden einer lichtleitenden Matrix; Zusammenbringen der Matrix mit einem Licht erzeugenden Szintillatormaterial, wobei die Matrix einen Lichtleiter-Faserverbund aufweist, gekennzeichnet durch Verwenden von Faserabschnitten, deren Längen, insbesondere ca. 10–40%, größer als eine Länge (1b) einer gegossenen Form (1a) des Szintillator-Komposits (1), insbesondere einer Platte, sind.Method for producing a scintillator composite ( 1 ), comprising the steps of forming a photoconductive matrix; Bringing together the matrix with a light-generating scintillator material, the matrix having a fiber-optic fiber composite, characterized by using fiber sections whose lengths, in particular approximately 10-40%, are greater than a length ( 1b ) of a cast mold ( 1a ) of the scintillator composite ( 1 ), in particular a plate, are. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aufgrund deren vorgegebenen Länge schräg durch die gegossene Form (1a) hindurchwirken.A method according to claim 5, characterized in that the fibers due to their predetermined length obliquely through the molded mold ( 1a ). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch mittels einer Strömung während des Zusammenbringens erfolgendes Erzeugen einer Vorzugsrichtung des Faserverlaufs.A method according to claim 5 or 6, characterized by means of a flow while bringing together a preferential direction of the fiber flow. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Geben von pulverförmigen Anteilen einer ausgehärteten Polymermatrix beziehungsweise partikelförmigen Kunststoff-/Glasmatrix zu dem Szintillatormaterial.A method according to claim 1 or 2, characterized by giving powdery Shares of a cured Polymer matrix or particulate plastic / glass matrix to the scintillator material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Verwenden von pulverförmigem Szintillatormaterial.Method according to one of claims 1 to 8, characterized by using powdery Scintillator. Verwendung eines Szintillator-Komposits (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten Gießen des Szintillator-Komposits (1) in eine Form (1a); Fixieren der Form (1a) des Szintillator-Komposits (1) auf einen Fotosensor (2).Using a scintillator composite ( 1 ) according to one of the preceding claims, with the steps of casting the scintillator composite ( 1 ) into a form ( 1a ); Fixing the shape ( 1a ) of the scintillator composite ( 1 ) on a photosensor ( 2 ). Szintillator-Komposit (1) hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Scintillator composite ( 1 ) prepared by a method according to any one of claims 1 to 9.
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