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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bildwandlers
mit einer Röntgenkonverterschicht.
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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.
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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.
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Diese
Röntgenkonverterschichten
sind wichtige Komponenten im gesamten Röntgendetektorsystem.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß kann der
Alterungsprozess durch Anwendung von elektromagnetischer Strahlung
durchgeführt
werden.
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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.
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Als
elektromagnetische Strahlung können Röntgen-,
Gammastrahlung oder ultraviolette (UV-)Strahlung verwendet werden
bzw. elektromagnetische Wellen im infraroten oder sichtbaren Bereich
zur Anwendung kommen.
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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.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 den Verlauf des Leckstroms
in Abhängigkeit
von der akkumulierten, applizierten Dosis,
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2 den Verlauf der Empfindlichkeit
in Abhängigkeit
von der akkumulierten, applizierten Dosis,
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3 eine Anordnung zur beschleunigten Alterung
mit einem Röntgenstrahler,
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4 eine alternative Anordnung
zur beschleunigten Alterung mit einem Röntgenstrahler,
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5 eine Anordnung zur beschleunigten Alterung
mit einer UV-Strahlenquelle und
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6 eine Kurve zur Veranschaulichung
einer Wärmebehandlung
zur beschleunigten Alterung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.