DE102010034597A1

DE102010034597A1 - Röntgenoptik mit Strahleneintrittsfenster und Strahlenaustrittsfenster

Info

Publication number: DE102010034597A1
Application number: DE102010034597A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schmalz Jürgen; Dipl.-Ing. Walbert Steffen
Original assignee: IFG - INSTITUTE FOR SCIENTIFIC INSTRUMENTS GmbH; IFG INST FOR SCIENT INSTR GmbH
Current assignee: IFG - INSTITUTE FOR SCIENTIFIC INSTRUMENTS GmbH; IFG INST FOR SCIENT INSTR GmbH
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Röntgenoptik mit einttsfenster und mindestens einem Strahlenaustrittsfenster und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleneintrittsfenster und die Strahlenaustrittsfenster aus glasartigem Kohlenstoff oder Polyethylennaphthalat (PEN) bestehen.

Description

Röntgenstrahlung hat im Vergleich zu sichtbarem Licht eine sehr kurze Wellenlänge und eine hohe Eindringtiefe in unterschiedlichste Materialien.
Will man Röntgenstrahlung fokussieren, so ist dies deutlich schwieriger als bei sichtbarer Licht. Die Brechzahl aller Materialien liegt für Röntgenstrahlung nur geringfügig unter 1.
Röntgenoptiken im Sinne dieser Erfindung sind Vorrichtungen, welche die Röntgenstrahlung formen, beispielsweise fokussieren oder parallelisieren. Beispiele derartiger Röntgenoptiken sind Polykapillaroptiken, Monokapillaroptiken, Multilayeroptiken, Fresneloptiken, refraktive Optiken, Zonenplatten sowie Spiegel. Allen diesen Röntgenoptiken ist gemeinsam, dass sie in der Regel über mindestens ein Strahleneintrittsfenster und mindestens ein Strahlenaustrittsfenster verfügen, insbesondere für den weichen Röntgenbereich unter 2 keV. In diesen Fällen werden die Gehäuse entweder evakuiert oder mit Helium gefüllt.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik sind diese Strahleneintrittsfenster und Strahlenaustrittsfenster aus Beryllium gefertigt. Beryllium hat den Vorteil, dass die Röntgenstrahlung beim Durchdringen des Fensters nur gering geschwächt wird. Allerdings hat Beryllium auch den Nachteil, dass es selten, schwer bearbeitbar und giftig ist.
Aus der DE 196 38 150 C2 ist eine Röntgenröhre bekannt, welche ein Strahlenaustrittsfenster aus glasartigem Kohlenstoff aufweist. Aus der Literaturstelle „Röntgenröhren mit Fenstern aus Kohle (Elektrographit an Stelle von Beryllium)" von E. Missler in Deutsche Elektrotechnik, 7. Jahrgang, Heft 9, September 1953 ist bekannt, dass Fenster für Röntgenröhren aus Elektrographit erfolgreich gefertigt werden können, die für Anwendungen unter Hochvakuumbedingungen geeignet sind und eine hohe Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen aufweisen. Derartige Fenster wurden in Röntgenröhren bis 100 kV ohne Beanstandungen eingesetzt. Ebenso sind aus dem Stand der Technik Detektoren bekannt, welche ein Strahleneintrittsfenster aus glasartigem Kohlenstoff ausweisen, wie beispielsweise in der WO 96/21235 beschrieben. Aus den Patentschriften US 005585644 A , US 005345083 A und DE 695 22 675 T2 sind Röntgenfenster aus Polyethylennaphthalat (PEN) bekannt. Allerdings sind in diesen Patentschriften nur Proportionalzählrohre mit Gasfüllung explizit beschrieben. Moderne Halbleiterdetektoren, wie z. B. Silizium Drift. Detektoren werden nicht erwähnt. Weiterhin sind Anwendungen von Kunststofffolien, wie z. B. Folien aus pyrolytisch hergestelltem Kohlenstoff/Graphit, bekannt Röntgenoptiken weisen im Gegensatz zu Röntgenröhren oder Detektoren, wo jeweils nur ein Fenster zum Strahlenaustritt oder Strahleneintritt vorgesehen ist, jedoch sowohl mindestens ein Strahleneintrittsfenster als auch mindestens ein Strahlenaustrittsfenster auf. Für derartige Vorrichtungen, wo die Röntgenstrahlung erst in einen inneren Raum eintreten muss, wo sie geformt wird und dann aus diesem inneren Raum wieder austreten muss, sind Fenster aus glasartigem Kohlenstoff oder Polyethylennaphthalat (PEN) nicht bekannt.
Röntgenoptiken dienen der Formung (z. B. Kapillaroptiken) und auch der Monochromatisierung (z. B. Multilayer-, Kristall- und Fresneloptiken) von Röntgenstrahlung. Sie können in Kombination mit unterschiedlichen Röntgenquellen (Laborröntgenröhren, Synchrotronquellen, Laser-Plasma-Röntgenquellen) eingesetzt werden. Röntgenoptiken werden vorwiegend in ein Gehäuse eingebaut, das mit Strahlenfenstern versehen ist, entweder um sie vor äußerer Einwirkung, z. B. möglicher Verschmutzung durch Fremdpartikel, zu schützen oder um zusätzlich durch eine Gasfüllung, z. B. Helium, die Schwächung der Röntgenstrahlung zu vermindern. Da eine Gasfüllung der eingehausten Röntgenoptik vorwiegend unter Normaldruck erfolgt, ist die mechanische Belastung durch den Luftdruck gegenüber Vakuum nicht gegeben. Die Strahlenfenster dürfen zwar keine Diffusion des Füllgases, wie z. B. Helium, zulassen, müssen jedoch mechanisch nicht so stabil sein wie Strahlenfenster von Röntgenröhren oder Detektoren. Dabei muss vorausgesetzt sein, dass geschlossene Röntgenoptiken im Betrieb nicht durch größere äußere Druckunterschiede belastet werden. Bei Röntgenoptiken, die innerhalb eines Vakuumrezipienten betrieben werden, sind zum Druckausgleich Öffnungen im Gehäuse vorzusehen, so dass bei schneller Druckänderung eine übermäßige mechanische Belastung der Strahlenfenster vermieden wird. In Röntgenröhren dagegen, müssen Hochvakuumbedingungen realisiert werden, damit ungewollte Stoßprozesse der Elektronen mit dem Restgas verhindert werden. Fenster für Detektoren müssen lichtdicht sein, damit es nicht zu zusätzlichen Rauschsignalen kommt. Diese Forderung besteht ebenfalls nicht bei den Fenstern für die Optiken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Röntgenoptiken zu schaffen, welche über einfach herstellbare und ungiftige Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsfenster verfügen. Weiterhin sollen die Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsfenster gasdicht ausgebildet sein und langzeitstabile Parameter aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Material für die Strahleneintrittsfenster und die Strahlenaustrittsfenster der Röntgenoptiken ungiftig, kostengünstig und einfach bearbeitbar ist, indem die Strahleneintrittsfenster und die Strahlenaustrittsfenster aus glasartigem Kohlenstoff oder Polyethylennaphthalat (PEN) bestehen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Röntgenoptik mit Polykapillare
2 eine Röntgenoptik mit Monokapillare
3 eine Röntgenoptik mit Multilayerstruktur
Wie aus 1 zu ersehen, weist die Röntgenoptik 1 ein Gehäuse 2 auf, welches einerseits mit einem Strahleneintrittsfenster 4 und andererseits mit einem Strahlenaustrittsfenster 6 versehen ist. Das Strahleneintrittsfenster 4 sowie das Strahlenaustrittsfenster 6 bestehen aus glasartigem Kohlenstoff. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein glasartiger Kohlenstoff der Firma HTW Hochtemperaturwerkstoffe GmbH verwendet, welcher unter der Bezeichnung SIGRADUR^® handelsüblich ist. Das Strahleneintrittsfenster 4 sowie das Strahlenaustrittsfenster 6 ist jeweils über eine Fensterfassung 3, 5 mit dem Gehäuse 2 der Röntgenoptik 1 gasdicht verbunden. Eine derartige gasdichte Verbindung kann beispielsweise durch Löten hergestellt werden. Im Inneren des Gehäuses 2 ist eine Polykapillare 7 angeordnet, welche die durch das Strahleneintrittsfenster 4 eintretende Strahlung fokussiert und über das Strahlenaustrittsfenster 6 auf einen Brennpunkt leitet. Das Gehäuse 2 der Röntgenoptik 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Helium gefüllt.
In 2 ist als Röntgenoptik 1 anstelle der Polykapillare 7 eine Monokapillare 8 in dem Gehäuse 2 angeordnet. Am stumpfen Ende des Gehäuses 2 befindet sich das Strahleneintrittsfenster 4, welches über die Fensterfassung 3 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Am dem spitz zulaufenden Ende des Gehäuses 2 befindet sich das Strahlenaustrittsfenster 6, welches über die Fensterfassung 5 mit dem Gehäuse 2 gasdicht verbunden ist. Als Gasfüllung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls Helium verwendet.
3 zeigt eine Röntgenoptik 1 mit Multilayerstruktur 9, welche in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Mit dem Gehäuse 2 verbunden sind Strahleneintrittsfenster 4 sowie Strahlenaustrittsfenster 6, welche aus glasartigem Kohlenstoff bestehen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele, vielmehr ist es möglich, durch Variation der Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenoptik
2: Gehäuse
3: Fensterfassung
4: Strahlenaustrittsfenster
5: Fensterfassung
6: Strahleneintrittsfenster
7: Polykapillaroptik
8: Monokapillaroptik
9: Multilayerstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19638150 C2 [0005]
WO 96/21235 [0005]
US 005585644 A [0005]
US 005345083 A [0005]
DE 69522675 T2 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Röntgenröhren mit Fenstern aus Kohle (Elektrographit an Stelle von Beryllium)” von E. Missler in Deutsche Elektrotechnik, 7. Jahrgang, Heft 9, September 1953 [0005]

Claims

Röntgenoptik (1) mit einem Gehäuse (2) und mit mindestens einem Strahleneintrittsfenster (4) und mindestens einem Strahlenaustrittsfenster (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleneintrittsfenster (4) und die Strahlenaustrittsfenster (6) aus glasartigem Kohlenstoff oder Polyethylennaphthalat (PEN) bestehen.
Röntgenoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahleneintrittsfenster (4) und/oder die Strahlenaustrittsfenster (6) eine Fensterfassung (3, 5) aufweisen, welche gasdicht mit dem Gehäuse (2) der Röntgenoptik (1) verbunden ist.
Röntgenoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) der Röntgenoptik (1) eine Polykapillaroptik (7) oder eine Monokapillaroptik (8) angeordnet ist.
Röntgenoptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit Helium gefüllt ist.
Verwendung von glasartigem Kohlenstoff oder Polyethylennaphthalat (PEN) als Material für das Strahleneintrittsfenster (4) und/oder das Strahlenaustrittsfenster (6) von Röntgenoptiken.