DE1282205B - Roentgenbildverstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-29/40

Nummer: 1282 205

Aktenzeichen: P 12 82 205.8-33 (P 35248)

Anmeldetag: 8. Oktober 1964

Auslegetag: 7. November 1968

Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildverstärker mit einer Bildverstärkerröhre, an deren einem Ende ein lichtdurchlässiges Eingangsfenster mit innerhalb der Röhre anschließender Photokathode und an deren anderem Ende ein mit einem Fluoreszensbetrachtungsschirm versehenes Ausgangsfenster vorgesehen ist, auf das die in der Röhre beschleunigten und fokussierten Photoelektronen der Photokathode fallen, und mit einem Röntgenstrahlszintillationskörper, der außerhalb der Röhre vor deren Eingangsfenster angebracht ist, wobei zwischen dem Szintillationskörper und der Photokathode noch ein Lichtleitbündel zwischengeschaltet ist.

Aus der USA.-Patentschrift 3 048 698 ist eine Szintillationskamera für radioaktive Untersuchungen an menschlichen Organen beschrieben. Solch eine Szintillationskamera wird in der Radiographie dann verwendet, wenn Augenblicksaufnahmen der Verteilung von radioaktivem Material innerhalb eines menschlichen Organs gemacht werden. In diesem medizinischen Gerät wird eine Röntgenbildverstärkerröhre der oben beschriebenen Art verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielseitige Bildverstärkerröhre zu schaffen, die auf einfache Weise dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden kann. Die erfindungsgemäße Bildverstärkerröhre soll besonders bei fluoroskopischen Untersuchungen nichtlebender Objekte, beispielsweise von in Luft- und Raumfahrzeugen verwendeten Materialien, Verwendung finden. Die Fortschritte in der Flugkörper- und Raumfahrzeugtechnik haben ein Bedürfnis für erhöhte Zuverlässigkeit der Komponenten und des Materials geschaffen, aus denen komplizierte Aggregate derartiger Fahrzeuge hergestellt sind. Die Zuverlässigkeit wird hauptsächlich durch umfassendere Prüfungsmethoden erreicht. Die einzelnen zu untersuchenden Teile, z. B. elektronische Komponenten, können oft sehr klein sein (Größenordnung von 0,001 cm). Prüfungsobjekte können unter anderem auch Schweißnähte in Metallen und feste Treibstoffe sein.

Bei der Bildverstärkerröhre nach der USA.-Patentschrift 3 048 698 ist, wie auch bei anderen bekannten Bildverstärkerröhren, der Röntgenstrahlszintillationskörper außerhalb der Röhre vor deren Eingangsfenster fest angebracht. Daraus ergibt sich das Problem, daß die Kristalle, Schichtflächen oder andere Szintillationskörper nicht ausgetauscht oder den herrschenden Betriebsbedingungen angepaßt werden können. Die bisher bekannten Geräte sind auch deshalb nicht gänzlich zur Untersuchung nichtlebender Objekte durch fiuoroskopische Verfahren Röntgenbildverstärker

Anmelder:

Picker Corporation,

White Piaines, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

8000 München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Roland W. Carlson, Euclid, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Oktober 1963
(317 879)

geeignet, weil für diese Zwecke ein hohes Auflösungsvermögen erforderlich ist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neuartige und verbesserte Bildverstärkerröhre zu schaffen, die abwechselnd zur Verstärkung verschiedener Arten oder verschiedener Stärken von einfallender Energie verwendet werden kann. Die neue und verbesserte Bildverstärkerröhre soll weiterhin ein hohes Auflösungsvermögen besitzen und in der Lage sein, fluoroskopische Abbildungen untersuchter Objekte zu erzeugen.

EineRöntgenbildverstärkerröhre kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß der Szintillationskörper blattförmig ausgebildet ist und mittels einer lösbaren Kupplungseinrichtung vor dem Eingangsfenster der Bildverstärkerröhre gehalten ist.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß der blattförmige Szintillationskörper auf der dem Eingangsfenster abgewandten Seite rauh ausgebildet und mit einem lichtundurchlässigen Überzug versehen ist, dessen Brechungsindex im wesentlichen gleich dem Brechungsindex des blattförmigen Szintillationskörpers ist.

Die lösbare Kupplung zwischen dem Szintillationskörper und dem Eingangsfenster erlaubt es, daß die verschiedensten Kristalle oder ähnliche Elemente, die geeignet sind, verschiedene Arten und Stärken von einfallender Energie in Licht umzuwandeln, vor das Fenster der Bildverstärkerröhre angeordnet werden können, ohne eine Änderung der inneren Röhrenstruktur in irgendeiner Form notwendig zu

809 630/897

3 4

machen. Das ist besonders vorteilhaft gegenüber her- (CsJ), zur Umwandlung von Photonen hoher Energie kömmlichen Anordnungen, bei denen die Mittel zur (ungefähr 1 bis 2 MeV) in sichtbares Licht. Ein Umwandlung der einfallenden Energie in sichtbares CsJ-Kristall von ungefähr 0,32 cm Dicke ist für Licht fest an der abgedichteten, evakuierten Hülle einen solchen Zweck geeignet. Die nichtreflektierende der Bildwandlerröhre angeordnet wurden und da- 5 Schicht 27 absorbiert solches Licht, das sich in durch nicht mehr verändert werden konnten, ohne anderen Richtungen fortpflanzt als auf das faserdie Röhre zu zerstören. optische Eingangsfenster 14 zu. Ein passendes Ma-

Der lichtundurchlässige Überzug über dem Szintil- terial zu diesem Zweck ist schwarzes Kohlenstofflationskörper auf der dem Eingangsfenster abge- pjgment in Epoxydharz.

wandten Seite bringt den Vorteil mit sich, daß Streu- io Der Brechungsindex der nichtreflektierenden licht absorbiert wird und nicht mehr auf die Photo- Schicht 27 sollte so genau wie möglich dem

kathode gelangt. Brechungsindex der Szintillationsschicht 26 ent-

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sprechen. Das ist notwendig, damit das Licht, das

werden im folgenden unter Bezugnahme auf die sich auf das faseroptische Eingangsfenster 14 hin Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt 15 fortpflanzt, die Trennfläche zwischen der Schicht 27 F i g. 1 einen Längsschnitt einer Röntgenbild- und der Szintillationsschicht 26 durchsetzt und von

verstärkerröhre gemäß der Erfindung, der Schicht 27 absorbiert wird, anstatt wieder zurück

Fig. 2 eine vergrößerte Vorderansicht eines Teils in die Szintillationsschicht reflektiert zu werden.

des Eingangsfensters der Bildverstärkerröhre nach In der vorzugsweisen Ausführungsform ist der

F i g. 1, so Brechungsindex der Szintillationsschicht 26 ungefähr

Fig. 3 schematisch die Betriebsschaltung und die 1,8 und der Brechungsindex der Schutzschicht 27

Verwendung der Bildverstärkerröhre nach Fig. 1. etwa 1,5. Außerdem ist die überzogene Fläche der In der F i g. 1 ist eine vorzugsweise Form des er- Szintillationsschicht 26 aufgerauht, um weiterhin un-

findungsgemäßen Röntgenbildverstärkers mit 11 be- erwünschte Reflexionen an der Zwischenfläche zwizeichnet. Der Verstärkern besteht aus einer Bild- «5 sehen der Schutzschicht27 und der Szintillationsverstärkerröhre 12, einem Szintillationskörper 13, der schicht 26 zu vermeiden.

vor dem Eingangsfenster 14 der Röhre 12 angeordnet Das optische Kopplungsmedium 15 besteht vorist, und einem optischen Kopplungsmedium 15, das zugsweise aus einer Substanz, die die Fortpflanzung den Szintillationskörper 13 mit dem Eingangsfenster von sichtbarem Licht erlaubt, einen engen und wirk-14 koppelt. Ringelektroden 16,17 und 18 sind zur 30 samen optischen Kontakt des Szintillationskörpers Fokussierung und Beschleunigung der Elektroden mit dem Eingangsfenster 14 schafft und weiterhin vorgesehen, um eine am Vorderfenster der Röhre gestattet, daß der Szintillationskörper 13 leicht vom empfangene Abbildung zu verstärken. Eingangsfenster 14 abgenommen werden kann, ohne

Die Röhre 12 enthält eine vakuumdichte Hülle 19, daß eines von beiden zerstört wird. Solche für diesen die einen Vakuumraum 20 umschließt. Die Hülle 19 35 Zweck geeignete Substanzen sind beispielsweise hat ein Eingangsfenster 14 am vorderen bzw. Ein- Silikonöle oder Fette.

gangsende und einen Leuchtschirm 21 am Ausgangs- Eine Vorrichtung 28 zum Einsetzen und Verende des Vakuumraumes 20. Eine Leuchtstoffschicht riegeln des Szintillationskörpers ist vorgesehen. Diese 22 bedeckt die innere Oberfläche des Leucht- Vorrichtung enthält einen Befestigungsflansch 29 auf schirmes. Eine Photokathodenschicht 23 bedeckt die 40 dem Körper 13, einen Befestigungsflansch 30 auf der innere Oberfläche des Eingangsfensters. Röhre 12, eine Klammer 31, die die Flansche 29 und

Das Eingangsfenster 14 besteht aus einer Faser- 30 zusammenhält, und einen Gummiring 32, der auf optikplatte, die eine Vielzahl von optischen Fasern die gesamte Vorrichtung einen Federdruck ausübt. 24 enthält, die parallel zueinander angeordnet sind In Fig. 3 sendet die Röntgenröhre37 ein Bündel

und durch ein durchsichtiges Material 25 zusammen- 45 von Röntgenstrahlen 38, die auf ein bestimmtes zu gehalten werden. Das Eingangsende der Glasfaser- untersuchendes Probestück 39, wie beispielsweise platte24 ist in Fig. 2 der Klarheit halber in ver- Platten40 oder 41, auftreffen, die miteinander durch größerter und übertriebener Ansicht gezeigt. Es hat eine Schweißnaht 42 verbunden sind. Die Energie in sich gezeigt, daß optische Fasern mit einem Durch- Form der durch die geschweißte Platte hindurchmesser von 0,025 cm passend zum Gebrauch bei 50 tretenden Röntgenstrahlen trifft auf die vordere einer Bildverstärkerröhre gemäß der Erfindung sind. Fläche der Bildverstärkerröhre auf und geht durch Es stehen Faserbündel mit einem Faserdurchmesser die nichtreflektierende Schicht 27 hindurch und gevon 0,0025 cm zur Verfügung, die einen noch langt so zur Szintillationsschicht 26. Die Photonen höheren Wirkungsgrad und ein höheres Auflösungs- hoher Energie, die auf die Szintillationsschicht 26 vermögen haben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das 55 auftreffen, bewirken, daß diese isotropisch sichtbares aus optischen Fasern bestehende Fenster 14 ein Licht aussendet. Lediglich dieses Licht, das sich integraler Bestandteil der RöKre 12 und ist auf dann in Richtung auf das Eingangsfenster 14 hin beiden Seiten von im wesentlichen kugelförmigen fortbewegt, wird vom Empfangsende der optischen Flächen begrenzt. Fasern 24 aufgenommen. Das restliche Licht wird

Der Szintillationskörper besteht aus einer Szintil- 60 durch die nichtreflektierende Schicht 27 absorbiert lationsschicht 26 und einem nichtreflektierenden und geht verloren. Selbst das Licht, das auf die Schutzüberzug 27. Die Dicke der Szintillationsschicht Schutzschicht 27 unter Winkeln einfällt, die größer und die der nichtreflektierenden Schutzschicht 27 sind als der kritische Reflexionswinkel und aus sind in ihrer Größe im Verhältnis zur Röhre 12 in Richtung des einfallenden Photonenstrahls ankommt, der Zeichnung übertrieben groß gezeigt. In einer 65 geht verloren. Das erhöht die Kontrastempfindlichvorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung be- keit des Bildverstärkers, da das innerhalb der steht die Szintillationsschicht 26 aus einem einzigen Szintillationsschicht 26 erzeugte sichtbare Licht, das dünnen Kristall, beispielsweise aus Caesiumjodid von der nichtreflektierenden Schicht 27 absorbiert

wird, keine Information bezüglich der Stellung des abgebildeten Objektes trägt und als Rauschen betrachtet werden muß.

Das sichtbare Licht, das sich auf das Eingangsfenster 14 hin bewegt, passiert fast ungestört und mit hohem Wirkungsgrad das Kopplungsmedium 12 und gelangt so an das Eingangsende der Fasern in dem faseroptischen Fenster 14. Das Licht durchläuft die optischen Fasern 24 in im wesentlichen geraden Linien bis zur Photokathodenschicht 23. Das auf die Photokathode auftreffende Licht bewirkt, daß diese Elektronen emittiert und so ein elektronisches Bild erzeugt, das dem durch die einfallenden Photonen hoher Energie erzeugten Bild auf der Vorderseite der Bildverstärkerröhre ähnlich ist. Die emittierten Elektronen werden durch die Ringelektroden 16 bis 18 beschleunigt, während sie sich durch das Vakuumgefäß 19 auf die Leuchtschicht 22 hin bewegen. Die Ringelektroden 16 bis 18 liegen an elektrischen Potentialen und haben einen um so kleineren Durch- ao messer, je näher sie dem Ausgangsende der Röhre sind, um die Elektronen beim Durchfliegen der Vakuumkammer 20 zu fokussieren. Die beschleunigten Elektronen regen die Leuchtstoffschicht 22 an und erzeugen auf dieser ein verstärktes sichtbares Bild, das für fluoroskopische Zwecke geeignet ist.

Wie in F i g. 3 gezeigt, ist eine Gleichspannungsquelle 33 mit der Photokathodenschicht 23 und mit der am Ausgangsende vorgesehenen und als Anode dienenden Leuchtstoffschicht 22 über elektrische Leiter 34 und 35 verbunden. Die elektrische Spannungsquelle 33 ist so mit diesen Schichten verbunden, daß sie für einen Ausgleich der von der Photokathode zur Anode strömenden negativen Ladungen sorgt und auf diese Weise verhindert, daß im Laufe des Betriebes die Anode eine negative und die Photokathode eine positive Ladung annimmt und dadurch der Elektronenfluß geschwächt wird. Die Spannungsquelle 33 ist ebenso mit den elektrostatischen Ringelektroden 16 bis 18 über eine Impedanz 36 verbunden, um das gewünschte Potential an den Ringelektroden aufrechtzuerhalten. Die Impedanz 36 ist mit den Leitern 34 und 35 verbunden, so daß sie parallel zur Röhre 12 geschaltet ist.

Mit optischen Fasern, die einen Durchmesser von bis herab zu 0,0025 cm aufweisen, wird das Auflösungsvermögen der Bildverstärkerröhre nach der Erfindung weitgehend von der Auflösung der äußeren Szintillationskörper abhängen. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Körper von der Röhre ohne Zerstörung irgendeines der beiden zu trennenden Teile abgenommen werden kann, um durch einen Szintillationskörper höherer Auflösung und/oder verschiedener Energieempfindlichkeit ersetzt zu werden. Auf diese Weise kann eine einzige Bildverstärkerröhre mit jeder beliebigen Anzahl von Szintillationskörpern zusammen benützt werden und so wahlweise als Röntgenbildverstärker oder als Bildverstärker für Neutronen, für Alphateilchen oder für irgendeine andere Energieart, die zu Untersuchungszwecken brauchbar ist, dienen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Röntgenbildverstärker mit einer Bildverstärkerröhre, an deren einem Ende ein lichtdurchlässiges Eingangsfenster mit innerhalb der Röhre anschließender Photokathode und an deren anderem Ende ein mit einem Fluoreszenzbetrachtungsschirm versehenes Ausgangsfenster vorgesehen ist, auf das die in der Röhre beschleunigten und fokussierten Photoelektronen der Photokathode fallen, und mit einem Röntgenstrahlszintillationskörper, der außerhalb der Röhre vor deren Eingangsfenster angebracht ist, wobei zwischen dem Szintallationskörper und der Photokathode noch ein Lichtleitbündel zwischengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillationskörper (13) blattförmig ausgebildet und mittels einer lösbaren Kupplungseinrichtung (28) vor dem Eingangsfenster (14) der Bildverstärkerröhre (12) gehalten ist.

2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillationskörper aus einem dem Eingangsfenster (14) der Bildverstärkerröhre (12) zugewandten blattförmigen Körper (26) aus Röntgenszintillationsmaterial besteht, der auf der dem Eingangsfenster abgewandten Seite rauh ausgebildet und mit einem lichtundurchlässigen Überzug versehen ist, dessen Brechungsindex im wesentlichen gleich dem Brechungsindex des Röntgenszintillationsmaterials ist.

3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Szintillationsmaterial ein dünner Szintillationskristall ist.

4. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsfenster der Bildverstärkerröhre (12) von dem Lichtleiterbündel gebildet ist.

5. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Kupplung (28) eine lösbare Klammer (31) aufweist.

6. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingangsfenster (14) der Bildverstärkerröhre (12) und dem blattförmigen Szintillationskörper ein optisches Kopplungsmedium (15) zwischengeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
F. Eckart, Elektronenoptische Bildwandler und

Röntgenbildverstärker, Leipzig, 1956, S. 90 bis 96;
Nucleonics, VoJ. 18, Nr. 5, Mai 1960, S. 95;
Photo-Electronic Image Devices, herausgegeben

von J. D. McGee und W. L. Wilcock, 1960, S. 55.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 630/897 10.68 © Bundesdruckerei Berlin