DE10313984A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bildwandlers mit einer Röntgenkonverterschicht - Google Patents

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Manfred Fuchs
Reiner Franz Dr. Schulz
Detlef Dr. Mattern
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K4/00Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bildwandlers mit einer Röntgenkonverterschicht (4), bei dem das Material für die Röntgenkonverterschicht (4), beispielsweise nach Aufbringung der Röntgenkonverterschicht (4) auf einen Träger, einem Alterungsprozess unterworfen wird, wobei der Alterungsprozess noch im Rahmen des Herstellungsprozesses vorgenommen wird, wobei eine beschleunigte "Alterung" durchgeführt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bildwandlers mit einer Röntgenkonverterschicht.
  • Zum Nachweis von Röntgen- und Gammastrahlung werden verschiedene Arten von Röntgenkonverterschichten eingesetzt. Als Beispiele sind Szintillatoren mit einer spontanen Emission von Licht, Speicherleuchtstoffe mit einer photostimulierten Emission von Licht und Halbleiter oder Isolatoren mit einer Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren bekannt, wie sie in "Digitale Detektorsysteme für die Projektionsradiographie" von R. F. Schulz, RöFo 2001, Band 173, Seiten 1137 bis 1146, beschrieben ist.
  • Diese Röntgenkonverterschichten, die aus Leuchtstofffolien oder Leuchtstoffplatten mit einem nadelförmigen Absorbermaterial bestehen können, lassen sich beispielsweise bei in der US 5,049,749 beschriebenen Systemen einsetzen. Solche Folien oder Platten können beispielsweise in der Radiographie oder Mammographie eingesetzt werden. Diese Bildwandler absorbieren hochenergetische Strahlung wie Röntgen- oder Gammastrahlung und emittieren niederenergetischere Strahlung, wie beispielsweise Infrarot-, UV-Strahlung oder sichtbares Licht. Die Emission erfolgt entweder spontan in einem Szintillator oder verzögert in einem Speicherleuchtstoff nach Anregung mit zumeist rotem Stimulationslicht. Als Materialien finden beispielsweise Alkalihalogenide mit entsprechenden Dotierstoffen Verwendung.
  • Diese Röntgenkonverterschichten sind wichtige Komponenten im gesamten Röntgendetektorsystem.
  • Naturgemäß werden diese Röntgenkonverterschichten während ihres Betriebs mit nennenswerter ionisierender Strahlung beaufschlagt, was zu bleibenden Strahlenschäden führen kann. Diese Strahlenschäden können sich auf unterschiedliche Art und Weise negativ auf die gewünschten Eigenschaften auswirken. So können sich die Empfindlichkeit durch Verringerung der Lichtausbeute beim Szintillator oder der Leckstrom einer Halbleiterschicht ändern.
  • Diese Änderungen von Eigenschaften während der erwarteten Lebensdauer sind unerwünscht, insbesondere wenn die Änderung dieser Eigenschaften so groß oder so inhomogen ist, dass die Qualität des Gesamtsystems dadurch verschlechtert wird.
  • Die Empfindlichkeitsänderungen beispielsweise bei Festkörperdetektoren können durch wiederholte Kalibriermessungen kompensiert werden, wie dies obengenanntem Aufsatz von R. F. Schulz zu entnehmen ist. Bei in Film-Folien-Systemen eingesetzten Verstärkungsfolien und bei Speicherleichtstoffen von Computed Radiography Systemen kann jedoch keine Kalibrierung durchgeführt werden.
  • Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass sich die Eigenschaften der Röntgenkonverterschichten während der erwarteten Lebensdauer nur wenig ändern, so dass man einen langzeitstabilen Röntgenkonverter erhält.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Material für die Röntgenkonverterschicht einem Alterungsprozess unterworfen wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass nach Aufbringung der Röntgenkonverterschicht auf einem Träger die Röntgenkonverterschicht einem Alterungsprozess unterworfen wird, wobei der Alterungsprozess noch im Rahmen des Herstellungsprozesses vorgenommen wird, wobei eine beschleunigte "Alterung" durchgeführt werden kann.
  • Erfindungsgemäß kann der Alterungsprozess durch Anwendung von elektromagnetischer Strahlung durchgeführt werden.
  • In vorteilhafter Weise kann die Röntgenkonverterschicht in der Strahlung bewegt, beispielsweise gedreht werden. Auch eine Bestrahlung der Röntgenkonverterschicht in einer kombinierten Translations- und Rotationsbewegung ist möglich.
  • Als elektromagnetische Strahlung können Röntgen-, Gammastrahlung oder ultraviolette (UV-)Strahlung verwendet werden bzw. elektromagnetische Wellen im infraroten oder sichtbaren Bereich zur Anwendung kommen.
  • Auch eine Durchführung des Alterungsprozesses der Röntgenkonverterschicht durch eine Wärmebehandlung ist erfindungsgemäß möglich. Dabei kann die Röntgenkonverterschicht nach Erwärmung auf eine Temperatur T0 mit einer Rate von ΔT/Δt ≥ 100 K/h abgekühlt werden.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 den Verlauf des Leckstroms in Abhängigkeit von der akkumulierten, applizierten Dosis,
  • 2 den Verlauf der Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der akkumulierten, applizierten Dosis,
  • 3 eine Anordnung zur beschleunigten Alterung mit einem Röntgenstrahler,
  • 4 eine alternative Anordnung zur beschleunigten Alterung mit einem Röntgenstrahler,
  • 5 eine Anordnung zur beschleunigten Alterung mit einer UV-Strahlenquelle und
  • 6 eine Kurve zur Veranschaulichung einer Wärmebehandlung zur beschleunigten Alterung.
  • Bei einigen Konverterschichten kann man während einer ersten Phase 1 eine stärkere Veränderung von Eigenschaften beobachten, während in einer zweiten Phase 2 – nach einer Art "Sättigung" – diese Eigenschaften sich nur noch langsam oder gar nicht mehr ändern.
  • Derartige Beispiele sind in den 1 und 2 dargestellt. In der 1 ist beispielsweise der Leckstrom I einer bekannten Röntgenkonverterschicht über der akkumulierten Dosis D aufgetragen. Innerhalb der Phase 1 steigt der Leckstrom I stark an, während er in der Phase 2 nur noch geringe Änderungen aufweist.
  • In der 2 ist die Abhängigkeit der Empfindlichkeit einer weiteren bekannten Röntgenkonverterschicht von der akkumulierten, applizierten Dosis D dargestellt. Dort sieht man einen starken Abfall der Empfindlichkeit in der Phase 1, während in der Phase 2 die Steigung betragsmäßig erheblich geringer ist.
  • Ebenso unerwünscht wäre eine deutliche Zunahme der Empfindlichkeit, da die Empfindlichkeitszunahme normalerweise über die Schichtfläche verteilt nicht homogen ist. Die Randbereiche sind mehr der Direktstrahlung ausgesetzt, weshalb die akkumulierte Dosis dort am höchsten ist.
  • Zur Beseitigung dieser unerwünschten Änderungen wird nun eine beschleunigte "Alterung" der Röntgenkonverterschichten noch im Rahmen des Herstellungsprozesses vorgenommen, das heißt bevor der Endnutzer das System in Betrieb nimmt.
  • Dadurch entfällt das Durchlaufen der Phase 1 im Betrieb. Es ist sichergestellt, dass die betrachteten Eigenschaften sich während des Betriebes durch den Nutzer wenig oder gar nicht ändern, wie dies im Falle der Phase 2 zutreffend ist.
  • Die beschleunigte Alterung kann durch Anwendung von elektromagnetischer Strahlung wie Röntgen- oder Gammastrahlung, aber auch durch elektromagnetische Wellen im infraroten oder sichtbaren Bereich durchgeführt werden.
  • In der 3 ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur beschleunigten Alterung mit einer Röntgeneinrichtung dargestellt, bei der der Röntgenstrahler 1 von der Anode 2 ein Röntgenstrahlenbündel 3 aussendet, das eine Konverterschicht 4 belichtet. Durch Blenden 5 wird das Röntgenstrahlenbündel 3 begrenzt.
  • Dabei ist es vorteilhaft, zur Minimierung der Bestrahlungsdauer den Abstand 6 zwischen Konverterschicht 4 und Anode 2 zu minimieren. Weiter ist es vorteilhaft, die Konverterschicht zu bewegen, da sich sonst wegen des Heel-Effektes, eine inhomogene Abstrahlcharakteristik, eine unerwünscht inhomogene beschleunigte Alterung der Röntgenkonverterschicht 4 ergeben würde. Am einfachsten ist die Bewegung durch eine Drehung der Konverterschicht 4 um eine Drehachse 7 zu realisieren. Aber auch kombinierte Translations- und Rotationsbewegungen sind möglich.
  • In einer weiteren in 5 dargestellten Ausführungsform ist der Röntgenstrahler 1 um einen Winkel α gekippt und die Blende 5 ist entsprechend weiter geöffnet. Dadurch wird eine weitere Reduzierung des Abstandes 6 möglich. Durch das Neigen des Röntgenstrahlers 1 und Aufmachen der Blende 5 kann man mehr von der emittierten Energie nutzen.
  • Besonders vorteilhaft kann die Verwendung von ultravioletter (UV-) Strahlung sein, weil im Gegensatz zu Röntgen- und Gammastrahlung Quellen für UV-Strahlung leicht zu bekommen sind und mit wenig Aufwand betrieben werden können. So wird bei spielsweise keine Bleiabschirmung benötigt. Trotzdem reichen die Energie der UV-Lichtquanten und die praktisch erreichbaren Intensitäten aus, um die beschleunigte Alterung in relativ kurzer Zeit durchführen zu können. Auch ist eine homogene Bestrahlung leicht zu bewerkstelligen. Eine derartige Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens ist in der 6 dargestellt. Die von einer UV-Quelle 8 ausgehende UV-Strahlung 9 belichtet die Röntgenkonverterschicht 5 in gewünschter Weise.
  • Die beschleunigte Alterung kann auch durch geeignete Wärmebehandlung durchgeführt werden. Beispielsweise wird die Röntgenkonverterschicht 5 auf eine erhöhte Temperatur T0 gebracht und dort für eine Zeit t=t0 gehalten, wie dies anhand der 3 näher dargestellt ist. Wenn die Temperatur T für die Schicht hoch genug gewählt ist, stellt sich im Gefüge der Schicht ein Zustand ein, der einem Strahlenschaden entspricht. Die Zeit t0 kann auch gegen Null gehen, d.h. direkt nach Erreichen der Temperatur T0 wird die Schicht wieder auf Zimmertemperatur TZi abgekühlt.
  • In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Röntgenkonverterschicht 5 mit einer Rate ΔT/Δt ≥ 100 K/h (Kelvin/Stunde) so schnell auf Zimmertemperatur TZi gebracht, dass die Abkühlzeit nicht groß genug ist für ein "Ausheilen" der beschleunigten Alterung durch Diffusionsprozesse.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bildwandlers mit einer Röntgenkonverterschicht (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Röntgenkonverterschicht (4) einem Alterungsprozess unterworfen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringung der Röntgenkonverterschicht (4) auf einem Träger die Röntgenkonverterschicht (4) einem Alterungsprozess unterworfen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungsprozess noch im Rahmen des Herstellungsprozesses vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine beschleunigte "Alterung" durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungsprozess durch Anwendung von elektromagnetischer Strahlung (3, 9) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenkonverterschicht (4) in der Strahlung (3, 9) bewegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenkonverterschicht (4) gedreht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenkonverterschicht (4) in einer kombinierten Translations- und Rotationsbewegung bestrahlt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung Röntgen- oder Gammastrahlung (3) verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Wellen im infraroten oder sichtbaren Bereich zur Anwendung kommen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung ultraviolette (UV-)Strahlung (9) eingesetzt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungsprozess der Röntgenkonverterschicht (4) durch eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenkonverterschicht (4) mit einer Rate von ΔT/Δt ≥ 100 K/h abgekühlt wird.
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