DE1614986A1 - Verfahren zum Herstellen von Auffangschirmen fuer Roentgenstrahl-Verstaerkerroehre und danach hergestellte Roehre - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER Vt P 14S D

DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 MÜNCHEN 23 1 ß 1 A Q Q R

MAINZER STRASSE 5 I D 1 H 5? O D

YARIAN ASSOCIATES

Palo Altö, California

V. St. v· Amerika

Verfahren zum Herstellen von Auffangschirmen für Röntgenstrahl-Verstärkerröhre und danach hergestellte Röhre

Prioritäten* 27· Dezember 1966 -» Vereinigte Staaten von Amerika Serial Nos. βθ6 513 und 606 514 -_—--—.__ 10. August 1967 - Vereinigte Staaten von Amerika Serial No. 63$ 708 und

25. August 1967 - Vereinigte Staaten von Amerika Serial Nos. 663 437 und 663 438

Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren aswa Hexsteiles, von Auffangsohirmen für Röntgen«trahl«BildT©rstfekerr8hr®n₉ und in·- t·aonder* ein verbessertes Verfahren, l>»i dem ein Bö&tgsnstrahlen-

Fluoreszenz-Phosphor-SehirÄelement durch Aufdampfen eines Alkalimetallhalogens im Vakuum und Kondensieren des verdampften Materials auf einem röntgenstrahldurohläseigen Teil der Eöntgenverstärkerröhre gebildet wird, so dass ein gekrümmter Röntgen-Bild-Auffangschirm gebildet wird, der einen besseren Quantenwirkungsgrad und bessere Auflösung hat, und danach hergestellte Röhren. Solche verbesserten Röntgenbild-Verstärkerröhren sind besonders brauchbar in Röntgenanlagen zur Verstärkung von Gammastrahlenbildern, die bei Anwendungen der Kernmedizin erhalten werden, aber nicht hierauf beschränkt.

Röntgenbild-Auffangschirme für Röntgenbild-Verstärkerröhren sind bisher dadurch hergestellt worden, dass Phosphorpartikel aus einer flüssigen Aufschlämmung auf eine xöntgenstrahlendurohlässige sphärische Seheibe, beispielsweise aus Aluminiu», sedisentiert wurden, wodurch die Auffangfläch© der evakuierten Bildverstärkerröhre gebildet wurde. Diese Techniken sind zwar für ZnS-Aufnahm*schirme geeignet, sie sind jedoch im allgemeinen nicht geeignet zur Herstellung von Alkal!metallhalogen-Sehirmen, die bessere Röntgen*trahlen-Quantenwirkungsgrade ergeben. Der durch solche Hiedersohlagsmethoden hergestellte gekörnte Schirm hat nur etwa die halbe Dichte des Rohmaterials und eine schlechtere Auflösung als sie sit eines Sohirm erhalten werden kann, der eine höhere Dicht· des Sohirs&aterials aufweist· Is ist auoh «rwünsoht, ein Sohirmsaaterial au verwanden, d&e ein« höhere 3r»»akraft und «inen höheren Quant«nu»w&adlungsgr*d h&t, wie ·β beispielsweise durch die Alkali»«t*ll-Hal©g*a· «rreioht werden könnt·.

Ee ist zwar möglich, den Auffangschirm aus einer dünnen Platte aus Alkalimetall-Halogen herzustellen, die so verformt worden ist, dass die Kugelform hergestellt wird, eine solche "Verformung der Platte aus Phosphormaterial kann jedoch den Umwandlungswirkungsgrad sehr ungünstig beeinflussen, und damit die Auflösung des umgewandelten Röntgenbildes, und zwar durch die plastische Verformung des Alkalihalogens *

Erfindung«gemäss wird der sphärische Auffangschirm dadurch gebildet, dass »in Alkalikalogen, beispielsweise CsJ, KJ, NaJ, HbJ, CsBr, oder LiJ im Vakuum auf die Innenseite der sphärischen, röntgenstrahlendurchlässigen Auffang-Stirnplatte der Bildverstärkerröhre aufgedampft wird. Ein solcher aufgedampfter Auffangschirm hat eine Sichte, die etwa gleich ist der des Rohmaterialβ, und ergibt damit eine bessere Auflösung und «inen besseren Quantenumwandlungswirkungsgradο

Bei einer Ausführungeform der Erfindung wird das Alkalihalogen-Phosphoreohirmmaterial gemeinsam mit seinem Aktivator verdampft, entweder durch Verdampfung eines aktivierten Alkalimetallhalogens, oder durch gleichzeitige Verdampfung des Alkalimetallhalogens und des zugehörigen Aktivators.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Alkalihalogenschirm verdampft und an Ort und Stelle kondensiert, und anechlieesend wird er dadurch aktiviert, de.ee der Schirm Bit dem Aktivator, beispielsweise durch Verdampfung, beeohiohtet wird und der Aktivator dann aus der Sehieht in das Schirnjiaaterial eindiffundiert wird.

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Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung besserer Röntgenbild-Verstärkerröhren verfügbar gemacht werden.

Erfindungsgemäse wird ein Verfahren eur Herstellung des Röntgenstrahl en- Auf fange chimes einer Bildverstärkerröhre verfügbar gemacht, bei dem ein Alkalimetallhalogen-Schirmmaterial im Vakuum auf einen gekrümmten röntgenstrahlendurchläscigen Träger aufgedampft wird, so dass ein Phosphorschirm erzeugt wird, der eine bessere Auflösung und einen besseren Quantenumwandlungswirkungsgrad hat«

Gemäse einer speziellen Ausbildung der Erfindung wird das Alkalihalogen gemeinsam mit dem Aktivator verdampft.

Gemäss einer noch spezielleren Ausbildung der Erfindung wird der Alkalimetallhalogen-Schirm geglüht, um kleinste restliche plastische Verformungen des Materials zu beseitigen.

uemäss einer anderen Auebildung der Erfindung wird eine Röntgenbild-Verstärkerröhre verfügbar gemacht, bei der die Photokathode direkt auf dem röntgen·trahlen-empfindlionen Phosphor de· Auffangschirmes geformt wird, so dass die Empfindlichkeit der Verstärkerröhre erhöht wird.

Genäse einer speziellen Weiterbildung hat die Photokathodenschioht eine Dicke von weniger al* JOO AS, so das· der Quantenwirkungsgrad

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der Photokathode in einem Spektral^ereioh vergrössert wird, in dem der Phosphorschina erajSfciert«

Gemäss einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird das Alkalihalogen-Fluoreszenzmaterial des Auffangashirmes mit einer höheren Konzentration p-leitenden Materials an ihrer Grenzfläche zum Photokathodenmaterial dotiert, um eine günstige Yerbiegung der Energieniveau-Bänder des Photokathodenmaterials au erreichen, so dass der tyiantenwirkungsgrad der Photokathode verbessert wird.

Gemäss einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird eine Spannung über de» Röntgenstrahlen-Auffangsohirm der Art angelegt, dass der von den Röntgenstrahlen freigesetzte llektroaenßtrom im Auffangschirm über die Photokettoodensohioht driftet und dort sum Photoemissions strom addiert wird, so dass die Empfindlichkeit der Bildverstärkerröhre erhöht wird»

Gemäßs nosh einer Weiterbildung der Erfindung wird bei einer Böntgenbild-Verstärkerröhre sit einem Alkalimetallhalogen-Szintillator ein Photoemitter verwendet, der aus Sb-K-Cs besteht und im wesentlichen kein Na enthält, das sonst zu einer unerwünschten lia-Verunreinigung der Elektrodenstruktur in der Rohrs führen würde·

Gemäae einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird die Alkalimetal lhalogen-Sz int illatoraohicht aus dem Dampf «,uf einem röntgenstrahleadurchläieigen Fenster des 36hr»ag«fäee«e ode? einen geeig-

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neten innen montierten röntgenstrahlendurchlässigen Träger in einer Dampfniederschlagkammer aufgebracht, dann wird dieser Träger aus der Dampfniederechiagkammer entfernt und in die Röntgenbilder-Veretärkerröhre eingesetzt, die dann evakuiert wird, und die Photoemittersohioht wird in aufeinanderfolgenden Schichten niedergeschlagen, die über der Szintillatorschicht in der Bildverstärkerröhre liegen*

Dabei kann gemäss einer spezielleren Weiterbildung der Erfindung die Photoemitterschicht durch Niederschlag aus den Dampf aufeinanderfolgender Schichten von reinem K und reinem Sb gebildet werden, dem sich ein Niederschlag aus dem Dampf aufeinanderfolgender Schichten aus reinem Cs und reinem Sb anschliesst, wobei die Eildung dee· Photeemittera durch Niederschlag aus dem Dampf einer letzten Schicht aus Gs abgeschlossen wird.

uemäss wieder einer anderen Ausbildung der Erfindung wird in einer Röntgenbild-Verstärkerröhr« eine nicht spiegelnde Jläohe zwischen dem röntgenstrahlendurchläaeigen Träger und der Ssintillatorsohioht vorgesehen, um das Betriebsverhalten der Röhre zu verbessern.

Dabei kann geaäas einer speziellen Ausbildung der Erfindung die nicht spiegelnde Flüche eine aufgerauhte Fläche sein, deren charakteristische Oberfläohenr&sihigkeit grosser ist als di« Wellenlänge der optischen Photonen« die von der Siinttllatorsohioht *»itiart werden, so dass das Auffangen optischer Photonen in der Siintillatorsohioht

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verhindert wird, um den ümwandlungswirkungsgrad der Bildverstärkerröhre zu verbessern.

Gemäss einer anderen speziellen Weiterbildung kann die nicht spiegelnde Fläche dadurch gebildet werden, dass eine Schicht aus lichtabsorbierendem Material vorgesehen wird, so dass die Definition des umgewandelten Röntgenbildes erheblich verbessert wird·

Schlieeslich kann gemäss einer ganz speziellen Ausbildung des erfindungsgemässen Verfahren· beim Verdampfen der Charge aus aktiviertem Alkalimetallhalogen im Vakuum und Kondensieren des verdampf ten Materials auf einem Träger, um einen Szintillator zu bilden, die zu verdampfende Charge nur teilweise aufgebraucht werden, um den Szintillator zu bilden, und die Chargen entsprechend der folgenden Beziehung proportioniert werdenι

A	i
S
	i

-T

wobei A die Anzahl Role Aktivatormaterial in der zu verdampfenden Charge ist, S, die Anzahl der Mole Szintillatoraaterial in der zu verdampfenden Charge ist, 7 der Dampfdruck des Szintillatormaterials

bei der Temperatur, bei der die Charge verdampft werden soll, Y der Dampfdruck des Aktivatormaterials bei der Temperatur, bei der die Charge verdampft werden soll, A. die Molkonzentration Aktivator-Material in der optimalen Szintillatorzusammensetsung, und S. die Molkonzentration Szintillatormaterial im endgültigen optimalen Bsintillatormaterial.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Höntgenbild-Verstärkerröhre;

Fig. 2 einen vergrösserten Schnitt entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1j

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung eines erfindungsgemässen Auffangschirmes)

Fig. 4 sohematisch eine Vorrichtung zum Verdampfen von Alkalihalogenen im Vakuum)

Fig. 5 eine andere Ausführungeform einer Verdampfungsvorrichtung;

Fig. 6 eine Fig. 3 entsprechende Barstellung einer anderen Ausführungsform einer Auffangschirm- und Photokathoden-Konstruktion nach der Erfindung;

Fig. 7 ein Termsohema für die Grenzfläche des rontgenstrahlenempfindlichen Phosphors und die Photokathode zur Veranschaulichung der Band-Verbiegungseffektej

Fig. θ die Abhängigkeit des Photokathodenstroms I von der Frequenz ν der angelegten optischen Strahlung für bekannte Photokathoden)

Fig. 9 eine spezielle Ausführungsform der Schirmkante)

Fig. 10 eine Fign. 3 und 6 entsprechende Barstellung einer anderen Ausführungsform}

Fig. 11 die Abhängigkeit der Photoeuiseion von der Zeit zur Veransohauliohung des Verfahren« sum Niederschlag des Photoeaitters aus dem Dampf;

Fig. 12 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungeform;

Fig· 13 eine Fig. 12 entsprechende Darstellung einer verbesserten Form dieser Ausführung)

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Pig. 14 eine Fig. 12 entsprechende ^Darstellung einer aaderan verbesserten Form dieser Ausführungsformj

Fig. 15 schematisch eine Yorrichtung zum Yerdampf®n -von Alkalimetallhalogenen im Vakuum; und

Fig. 16 die Abhängigkeit des Dampfdrücke8 von der Temperatur in Grad K für verschiedene Alkalimetallhalogena.

In Fig. 1 ist eine Köntgenanlage 1 dargestellt, in der eine Röritgenbild-Verstärkerröhre 2 verwendet wird. Sine solche Anlage iat in einem Artikel "X-Ray Imago Intensification With A Large Diameter Image Intensifier Tube'¹ in American Journal of Eoenigenology, Eadium Therapy and Nuclear Medicine, Band 85, S. 323 - 541, Februar 196I, beschrieben. Kurz gesagt, eine Röntgenstrahlenquell· 3 dient dazu, einen Strahl Röntgenstrahlen zu erzeugen und auf sin zu bestrahlendes Objekt 4 zu richten. Die Bildverstärkerröhre Z ist so angeordnet, dass ei· das Böntgtabild des Objektes 4 aufnimmt»

Sie Bildverstärkerröhre 2 besteht aus einem dielektrischen Vakuumgefäß» 5, beispielsweise aus Slas, das etwa 43 <"& 0? Soll) lang ist und einen Durchmesser von etwa 25 on (1O Zoll) hat. Bie bekannt· Aufnahme-Stirnseite 6 des? Bahre 2, dia in Fig» 2 dargestellt ist, besteht aus einem sphärischen röntgeagtrahlendurcfeläsaigen Teil des Qefäescs 3t beispielsweise aus Al^eißiua oder leitendem @lasg der auf Kathodez&potentlal arbeitet. Sin Bildauffangscshir® 7 aus röntgenstrahl#n«apfindliohen_? aus Partikeln bestehenden Phosphor, beispielsweise ZnS, ist auf die innere spfetoisohs Flüche dos @©fäasteils 6 su einer Dioke von beispielsweise 0,51 »m (0,020 ^oll) gaeohichtet.

Eine chemisch inerte, optisch durchlässige Pufferschioht 8 ist über die Phosphorβohicht 7 geschichtet. Eine Photokathodenschicht 9 ist über der Pufferschicht 8 gebildet.

Im Betrieb durchdringen Röntgenstrahlen das zu beobachtende Objekt 4* Die lokale Schwächung der Röntgenstrahlen hängt sowohl von der Dicke als auch der Atomzahl der Elemente ab, die das zu beobachtende Objekt bilden. Bas Intensitätsbild der Röntgenstrahlen nach Durchdringung des Objektes 4 enthält also Informationen, die die Struktur des Objektes betreffen. Das Röntgenbild tritt durch den röntgenstrahlendurchlässigen Teil 6 des Gefäsaes hinduroh und fällt auf den röntgenstrahl enempfindlichen Phosphor 7» in dem die Söntgenphotonen absorbiert und als optische Photonen re-emittiert werden, typischerweise im blauen Spektralbereich. Dia optischen Photonen durchlaufen den transparenten Puffer zur Photokathode 9 hin, wo sie Elektronen hervorrufen. Die Elektronen werden voa der Photokathode in einem Muster oder Bild entsprechend dem ursprünglichen Röntgenbild emittiert· Die Elektronen werden auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, beispielsweise 30 ^V, und zwar innerhalb der Röhre 2, und durch eine Anodenetruktur 12 auf einen Fluoreszenzschirm 13 fokussiert, wo sie mit dem Auge oder einer anderen geeigneten optischen Aufnahmeeinrichtung betrachtet werden. Elektronenfokuesierelektrode» 14 sind auf den Innenflächen der Röhre niedergeschlagen, um die Elektronen durch die Anode 12 su fokussieren.

In der Verstärkerröhre erzeugt ein 50 keY-Photon Röntgen»trahlenenergie, das vom röntgen·trahleneapfindliohen Auffangschirm Absorbiert wird,

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etwa 2000 Photonen flaues Licht« Biese 2000 Photonen erzeugen etwa 400 Elektronen, wenn sie in der Photoemissionsschioht 9 assortiert werden. Die 400 Elektronen, die von der Photokathode emittiert werden, erzeugen etwa"400«000 Lichtphotonen im sichtbaren Band, wenn sie im Fluoreszenz-Betrachtungsschirm 1J absorbiert werden. Das Röntgenbild wird also in den sichtbaren Bereich umgewandelt und zur Betrachtung erheblich verstärkt·

Eines der Probleme bei der bekannten Verstärkerröhre 2 besteht darin, dass der aus einzelnen Körnern bestehende Auffangschirm eine kleinere als die optimale Auflösung hat, weil das aus einzelnen Körnern bestehende Material nur etwa die Hälfte der Dichte des Materials im Ausgangszustand hat. TJm also eine-gewisse Wahrscheinlichkeit dafür zu erhalten, ein Böntgenphoton zu bremsen oder zu absorbieren, muss die körnige Schicht 7 etwa die doppelte Dicke haben als sie erforderlich wäre, wenn die Schicht die Rohdichte hätte. Je dicker aber die Schicht 7 ist, umso schlechter ist die Röntgenstrahlenauflösung· Darüber hinaus dient das körnige Material dazu, die emittierten optischen Photonen zu zerstreuen, so dass die Auflösung noch weiter verschlechtert wird.

Zusätzlich ist as erwünscht, sin Auffangschirmmaterial zu verwenden, daß eine grosser© eigene Brems- oder Absorptionskraft für Röntgenstrahlen hat· Solche günstigeren Materialien sind vor allem die Jtlkalimetall-Halogene, wie beispielsweise CsJ, KJ, NaJ, RbJ, CsBr und MJ. Diese besseren Materialien wie CsJ und NaJ sind als Roh-

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linge oder Barren von Harehaw Chemical Company of Cleveland, Ohio, USA, erhältlich. Venn die als Barren oder Platten gelieferten Rohlinge in die Form sphärischer Platten gebracht werden, um sie der sphärischen Auffangfläohe 6 der Bildverstärkerröhre 2 anzupassen, ist zu erwarten, dass der Umwandlungswirkungsgrad damit die Auflösung des umgewandelten Röntgenbildes ungünstig beeinflusst wird*

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Rontgenstrahlenauffangschirm dargestellt, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist. Genauer gesagt, die Alkalihalogen-Auffangschirmschicht 16 ist auf dem sphärischen röntgenstrahlendurchiässigen Träger 6 durch Verdampfen im Vakuum hergestellt.

Bei einer ersten Aueftihrungsform des Verfahrens wird der Träger 6 gesäubert und in einer Vakuumkammer 17 (Fig. 4) eines Vakuumverdampfers 18 angeordnet. Ein Schiffchen 19, das den aktivierten Alkalimetallhalogenphosphor 21 als Rohling enthält, wird auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, das Phosphormaterial zu verdampfen, beispielsweise mittels eines elektrischen Heizers 22. Das verdampfte aktivierte Alkalihalogen wird auf dem Träger 6 zu der gewUnsohten Dicke von beispieleweise 0,254 mm (0,010 Zoll) für Röntgenbildverstärker und 1,53 ma (Ο,ΟβΟ Zoll) für einen Gammastrahlenverstärker kondensiert (niedergeschlagen). Unter "Röntgenstrahlen" werden hier und im folgenden Röntgenstrahlen, aber »uoh andere energiereiche Strahlungen einschließlich Gammastrahlen verstanden.

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Das als Eohling aktivierte Alkalihalogen kann irgendeinen von vielen unterschiedlichen Aktivatoren enthalten, mit denen der Auffangschirm 16 zur Fluoreszenz gebracht wird, wenn Röntgenstrahlen bei Zimmertemperatur absorbiert werden. Beispielsweise kann CsJ als Aktivator ThJ, oder NaJ als Aktivator Na oder LiJ enthalten.

Wenn die Schirmsohioht 16 niedergeschlagen worden ist, wird sie vorzugsweise geglüht, um irgendwelche restliohen kleinsten plastischen Verformungen zu beseitigen, weil solohe Verformungen eine ungünstige Wirkung auf den Quantenumwandlungewirkungsgrad haben. Ein geeigneter GrlühprozesB besteht darin, dass der Schirm 16 beispielsweise mittels eines Heizers 2J im Vakuum für 0,5-2 Stunden auf 10° C unterhalb des Schmelzpunktes des Schimusaterials erhitzt wird, und dann im Verlauf von 10 Stunden über 400° C abgekühlt wird, und schliesslioh in weiteren 10 Stunden auf Zimmertemperatur» .

Eine ultrasaubere Vakuumpumpe 24 ist ^a& die Verdampfungskammer 17 angeschlossen, um dae Vakuum während dee
auf etwa 10 Torr zu halten.

Sie niedergeaehlagene Phoaphorsohioht 16 hat eine Biohta etwa gleich der lohdiohte des Alkallaet&llh&loge&s. Die Igatgeastrahl Abbrafis» oder Afeeosptions-Kraft der Seh±oht-1& ist deshalb bei «iaer gsg©%9B@a Bi©k® u©e©atli©k te®ss9r &le di© der teskaiastes körnigen PSioapli©s®©läiga®e lio Bi@ko äss? SehioSit 1i kaaa als© ia Vergloiofe su &1®Β®η liQteaaatQffi ΙθΜ,κοθ® lsi sines¹ gsfealtoa

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. so dass sich eine bessere Auflösung ergibt. Darüber hinaus stört die sphärische Form der Sohioht. 16 die Auflösung nicht, wie das zu erwarten wäre, wenn eine Platte aus Alkalihalogen so geformt würde, dass sie sioh dem sphärischen Träger 6 anpasst.

Sine andere Ausführungsform des Verfahrens zur Bildung des aufgedampften AuffangsohirmesΊ6 ist ia wesentlichen gleich der beschrie» benen Aueführungsform, nur dass der Aktivator nicht in den Eohphosphor 21 eingebaut ist, der verdampft wird. Statt dessen wird der Aktivator 26 gleichzeitig aus eines zweiten Schiffchen 27 verdampft, das ait einem getrennten Heizer 28 beheizt wird. Bei diesem Verfahren sind die relativen Mederschlagsraten des Alkalihalogene und des Aktivators besser zu, kontrollieren, so dass ei oh eine bessere Kontrolle über die Verteilung des Aktivatore in der niedergeschlagenen Sohirmsohieht 16 gewährleisten lässt. Statt ein zweites Schiffchen 27 zu verwenden, kann der Aktivator auch in der Kammer 17 so verdampft werden, dass sioh ein Dampf im Gleichgewicht bildet. Das Alkalihalogen ohne Aktivator wird dann durch den Aktivatordaapf hinduroh verdampft und damit zusammen mit dem Aktivatordampf auf dem Träger 6 niedergeschlagen.

Eine dritte Ausführungsfor» zur Bildung dar Sohirasohicht 16 ist im wesentlichen gleich der eben beschriebenen Ausführung«form» nur das« dsr Aktivator aaohträglioh verdampft wird, ua eine Schicht *uf der TOTher ni«&arg@gi©hlag$©»en Mkalimatallbslogea-Sohirmeftterial-Schicht zn Mldasο B®3? Aktivator wiM daiia is, äi<s AllEalimetftllhiilogen-Sohirmsofeiefet dMEoli ©lölaea ©isadlf£"oadiex-'ä₃ uäo »s QGi-r.it.s in Verbindung

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Έ±ηο vierte Ausführungsform zur Bildung der Auffangschirmschicht 16 entspricht im wesentlichen den beschriebenen Ausführungsformen, nur dass die Stoffe nicht von einem beheizten Schiffohen sondern blitz- oder schiag-verdampft werden. Genauer gesagt, eine Verdampfplatte 51 (Fig. 5) wird mit einem Heizer 52 auf eine Temperatur deutlich über der Verdampfungstemperatur der zu verdampfenden Materialanteile erhitzt. Kügelchen 53 dee ^zu verdampfenden Materials, die in einigen Fällen, wie bereits erwähnt, das Alkalimetallhalogen mit dem zugehörigen Aktivator enthalten, während in anderen Fällen der Aktivator getrennt verdampft wird, werden auf die Platte 51 zur blitz- oder schlagartigen Verdampfung geworfen. Das verdampfte Material wird auf dem Träger 6 gesammelt, so dass die Auffangschirmschicht 16 gebildet wird. Bei den Verfahren, bei denen der Aktivator getrennt verdampft wird, werden die Proportionen d©s Aktivsto?s stam Mkalimetallhalogen in der sich ergebenden niedergeschlagenen Sehieht dadurch kontrolliert, dass die Rate kontrolliert wird, mit der die Kügelsh©a dog getrennten Aktivatore und des Alkalimetallhalogens auf die Verdampfungsplaisto 51 geworfen werden. Sie sich ergebende Schirmschicht 1β kamt wänaebehandelt oder geglüht werden, wie bereits beschrieben, um eins gleichförmigere Verteilung des Aktivators in dem Alkalimetallhalogen zu erhalten, und um restliche plastische Verformungen zu beseitigen«.

Weitere Möglichkeiten, des Alkalimetallhalogen im Vakuum auf die gekrümmte Stirnplatte 6 aufzudampfen, sind Elektronenstrahl- und Laserstrahl -Ve r dampf ungs ve r fahr en .

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Me Pufferschioht 8 wird über dem Auffangschirm 16 dadurch gebildet, dass ein chemisch inertes und optisch transparentes Material über der Schicht 16 aufgedampft wird, und zwar auf eine Dicke von weniger als 10.000 AE, und vorzugsweise weniger als 1000 AE. Geeignete Puffer· materialien sind Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd und Lithiumfluorid. Diese Materialien werden im Vakuum in der gleiohen Weise verdampft wie die Auffangsohirmmaterialien. Statt dessen kann die Pufferschicht θ in einigen Fällen auch dadurch gebildet werden, dass der Metallbestandteil, beispielsweise Aluminium oder Magnesium, verdampft wird, und dann der niedergeschlagene Metallfilm mit dem anderen Bestandteil des Pufferaaterials, beispielsweise Sauerstoff, zur Reaktion gebracht wird, der dazu in die Vakuumkammer 17 eingeführt wird, um die Pufferschicht 8 zu bilden.

Die Photokathodenschicht 9, beispielsweise Cs_, S^ wird über der Pufferschicht 8 in üblioher Vakuumdampfteohnik zur Bildung solcher Kathoden niedergeschlagen. Sin solches Verfahren ist in einem Buch "Photoelectronic Materials and Devices", D* Van Nostrand Company, Inc., 1965, auf S. 200 - 201 beschrieben.

Ein Vorteil der beschriebenen Vakuumverdampfverfahren sur Bildung des Auffangschirm» 16 und anschließend der Puffer— und Photokathodenechiohten 8 bzw. 9 liegt darin, dass diese Verfahren alle im Vakuum durchgeführt werden, so dass sie ohne weiter·· zu einer Produktion·« vorrichtung führen₉ bei der die aufeinanderfolgenden Schritte unter Vakuum ausgeführt werden, ohne da·· die Teile der Luft ausgesetzt

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werden müssen, um spätere Herstellungsschritte durchzuführen.

In Fig. 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Auffangsohirmes 16 dargestellt· Bei dieser Ausführungform wird die Photokathodenschicht 9» sobald der röntgenstrahlenempfindliohe Auffangschirm 16 erfindungsgemäss gebildet worden ist, direkt auf der Schirmschicht 16 gebildet, ohne dass eine zwischenliegende Fufferschient 8 vorgssehen wird.

Sie Photokathodenschicht 9 wird über der Röntgenschirmschicht 16 durch Aufdampfen einer Schicht Sb aus einem Bett metallischen Antimons niedergeschlagen· Sie Sicke der Sb-Schioht beträgt vorzugsweise weniger als einige 100 AE. Sie Dicke wird zweekmässigerweie« dadurch gemessen, dass die Lichtdurohlässigkeit überwacht wird, wenn ein op» tisch durchlässiger Gefässteil aus leitendem Glas verwendat wird, oder dadurch, dass die Verringerung des reflektierten Lichtes gemessen wird, wena ein optisch dichter Gefässteil 6, beispielsweise aus Aluminium, verwendet wird* Bas Aufdampfen wird Unterbrochen, wenn die Liohttransaisslon oder -reflektion auf etwa 85 $ des Anfangs» wertes gefallen ist, dieser Wert entspricht etwa 45 AS &te_B

Während di· niedergeschlagene SU-Sohioht auf einer femp^^atu? zwieohen 50° C und 180° C, vorsugeweis« auf IJO⁰ C, gehalt·» wird9 wixd der Sb-FiIm Ca»Sampf ausgaestst· Bei der oh@misohen Re&ktios des Gs Bit dem Sb ändert das sieh ergebende Material sein metallisches su eine? rötlichen Farbe, im durehgelassenen Lieht, usd se orgibt

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sich eine Erhöhung der Dicke auf etwa 300 IE oder weniger. Der elektrische Widerstand der Sb-Schicht wächst, wodurch die Umwandlung von einem Metall zu einem Halbleiter angezeigt wird, und bei Beleuchtung mit weissein Licht wird ein Photoemissionsstrom messbar. Mit wachsendem Cs-Gehalt des Filmes wächst dieser Strom auf einen Spitzenwert und fällt dann schnell ab. Wenn der Spitzenwert durchgelaufen ist, wird er nicht mehr dem Gs-Dampf ausgesetzt, und ein Aus« heizprozess wird fortgesetzt, bis der Photostrom wieder ein Maximum erreicht. Während des ansohliessenden Abkühlens des zusammengesetzten Schirmes und der Fhotokathode auf Zimmertemperatur steigt die Empfind» liohkeit gewöhnlich erheblich an. Sohlieselioh wird die Photokathodenoberfläche unter sehr sorgfältig kontrollierten Bedingungen einer geringen Menge Sauerstoff ausgesetzt, um die Empfindlichkeit der Photokathode noch weiter anzuheben.

Die obig· Beschreibung betraf als Photokathodenmaterial GsJSb, es können jedoch auch andere Photokathodeawerkstoffe verwendet werden. Genauer gesagt, viele Photokathodenwerkstoffe haben gemeinsame Eigenschaften, insoweit als sie halbleitende intermetallische Verbindungen eines Alkalimetalle mit Metallen der Gruppen V und YI des Periodischen Systeme sind* Kombination von Antimon und Zäsium haben relativ hohe Qu&ntenwirkungsgrade im sichtbaren Bereich, andere Werkstoffe sind jedoch ebenfalls brauchbar» Solch· anderen Werkstoffe sind beispielsweise KTa Sb₁ K.Sb, Rb,Sb, (NaK)-Sb, (Rb) (NaK)₅Sb, (Cs) (NaK)-Sb und OsTe. Unter diesen Werkstoffen haben K.Sb und Hb₃Sb den fort®11 kleinen Dunkelstromab

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der Aktivierung der Photökathodenschicht, d.h. während der Reaktion des Cs- oder anderen Dampfes mit dem metallischen Niederschlag wird der Aktivierungsprozeas Torzugsweise überwacht und optimiert, wozu eine Überwachungs-Lichtquelle verwendet wird, deren optische Wellenlänge der Hauptwellenlänge der Fluoreszenz des röntgenstrahlenempfindlichen Phosphors der Sohioht 16 entspricht· Beispielsweise fluoresziert mit ThJ aktiviertes CsJ als Schirmmaterial hauptsächlich im blauen Spektralbereich. Vorzugsweise wird deshalb ein blaues Licht zur Überwachung und Optimierung des Aktivierungsprozessee der Photokathodenschioht 9 verwendet.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Grenzschicht der röntgenstrahlensmpfindlichen Schirmschicht 16 mit der Photokathodenschicht vorzugsweise ao dotiert, dass eine günstige Terbiegung der Energieniveaubänder der Photokathodenschioht ©rreioht wird, um den Photoemissionswirkungsgrad zu verbessern. Genauer gesagt? 4i© Grenzfläche der röntgenstrahlenempfindlichen Phosphorschicht 16 wird mit einer höheren Konzentration eines p-leitenden Dotierstoffes wie ThJ oder J dotiert, die, beispielsweise durch Verdampfung, auf die Grenzfläche aufgebracht wird, und in die röntgenstrahlenempfindliche Schicht auf ein· Tiefe von wenigen 1000 AE eindiffundiert wird, um einen Gradienten des p-leit«nden Dotieraittels an der Grenzfläche zu erhalten·

Ohne eine solche tiberstarke p-Dotierung zeigt die Photokathode gewiase Quantenwirkungsgrade für blau· und rot· Lichtphotonen, wie durch Kurve 119 in Fig. 8 angedeutet ist, in der der Photoemiseionsstrom I

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in Abhängigkeit von der Frequenz V der auftreffenden Liohtphotonen dargestellt ist. Typische Spitzen-Quantenwirkungsgrade für eine übliche (Cs^Sb)-Photokathode liegen bei 6 # für rotes Licht und bei 12 - 20 # für blaues Licht. Die Konzentration des p-leitenden Dotiermittels an der Grenzfläche zwisohen dem Röntgenphosphor und der Photokathode ist sehr schwer zu messen. Die Konzentration des p-Dotiermittels wird jedoch erhöht und die Kathodenstärke auf einen Wert verringert, der den überwachten Spitzen-Quantenwirkungsgrad für den blauen Spektralbereich auf einen typischen Bereich von 20 - 35 $ erhöht. Ein solcher Anstieg des Quantenwirkungegradee für den blauen Spektralbereich ist sehr wahrscheinlich mit einer Verringerung des Spitzen-Quantenwirkungsgrades für den roten Spektralbereich auf 3 $ oder weniger.verbunden. Die Kurve 120 in Figo θ zeigt das verbesserte Verhalten im blauen Bereich, durch das der Wirkungsgrad der Photokathode erheblich günstiger wird und die Empfindlichkeit der Bildverstärkerröhre 2 verbessert wird.

Es wird angenommen, dass der Mechanismus für diesen besseren Quantenwirkungsgrad ein Mechanismus ist,der eine günstige Bandverbiegung der Energieniveaus in der Photokathodenechicht 9 enthält. Genauer gesagt, Fig. 7 zeigt ein Termsohema für die dotierte Grenzfläche des Phosphors 16 und der Photokathode 9, wenn diese direkt auf dem Phosphor 16 gebildet ist.

Das Ferminlveau 121 der Photokathode hat ein Elektropotential oberhalb des Elektropotential· des Fereiniveaus 122 des dotierten Phosphor· 16. Venn die beiden Sohiohten in Kontakt Miteinander gebildet sind,

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gleichen sich die Ferminiveau-Potentiale der beiden Stoffe auf das gleiche Potentialniveau an. Dadurch ergibt sich ein Elektronenflus« über der Grenzschicht 123 von der Photokathode zu den Akzeptorstellen in dem p-dotierten Phosphor 16. Dadurch werden die Energie für den oberen Teil des Valenzbandes 124 und- den unteren Teil des Leitungsbandes 125 in cter Photokathode 9 nach oben zur Grenzschioht 123 verbogene Dadurch wird eine günstige BandverSchiebung in der Photokathodenschicht 9 hervorgerufen, die die Photoemission erleichtert, weil sich ein elektrisches Feld innerhalb der Photokathode an der Grenzschicht 123 ergibt, die liohterregte Elektronen zur Oberfläche hin beschleunigt«

Vie sich aus dem Sermschema der Fig·7 ergibt, sehen in der Photokathode erseugte Elektronen an der Grenzschicht 123 i& der Photokathode ein elektrisches Feld, das dazu neigt, die Elektronen zur Oberfläche der Photokathode zu driften, die dem Vakuum ausgesetzt ist» Dieser Effekt wird bei einer weiteren Aueführungsform der Erfindung gemäes Fig· 9 verstärkt, und zwar durch die Verwendung eines elektrischen Eontaktes 127 an der Kant· der Photokathodenaehioht 9* Eine Zuleitung 128 ist mit dem Eontakt 127 verbunden, **&& die Leitung 123 verläuft durch das dielektrisch« Gefäss 5* Ein» Spannungsquelle 129 von weniger »la 1000 V liegt zwisofeeis &«» röatganstrahlendurchläasigen leitenden Gefasste!! 6 und der Leitung 128, um eine elektrische Spannung über dem aeöntgenstrahleßempfindliohea Phosphor 16 anzulegen. Diese Spannung dient d&su, vom "atoeorbterfcen Hfctgonbild iii Phosphor 16 erzeugten Elskt£@manetr@sB über die SparrEcLioht 123

in die fotokathode 9 au drlftsa ϋ»& &θ»ΐ. asu de» Ph©to®miaslönsstr©ia BAD ORIGINAL

. der Photokathode 9 beizutragen.

Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Röntgenwandlerröhre 2 wird der Szintillator 16 zweokmässigerweise dadurch hergestellt, dass ein Alkalimetallhalogen mit dem zugehörigen Aktivator aus dem Dampf auf den Röntgenstrahlenfensterträger 6 in einer Dampf-' niedersohlagkammer unter relativ niedrigem Druck von beispielsweise. 10 Torr niedergeschlagen wird. Alkalimetallhalogen-Szintillatoren, die aus dem Dampf niedergeschlagen sind, ergeben einen erheblich günstigeren Röntgenstrahlen-Umwandlungswirkungsgrad als bekannte Szintillatoren, die aus sedimentiertem körnigen Zinksulfid bestehen. Während des Dampfniederschlages des Alkalimetallhalogens wird der Träger vorzugsweise auf einer höheren Temperatur von beispielsweise 200 C gehalten, um die Bildung von Spannungen zu verhindern und um zu gewährleisten, dass das Halogen gut an dem Halogenträger im niedergeschlagenen Szintillator 16 haftet, wenn das nicht der Fall ist, wird der Snergieumwandlungswirkungsgrad und die mit dem Szintillator 16 erhaltene Auflösung ungünstig beeinflusste Geeignete Alkalimetall-Halogen-Ssintillator-Werkstoffe sind beispielsweise CsJ, EJ, NaJ, RbJ, CsBr und LiJ. Geeignete Aktivatoren sind Ionen von Elementen der ersten,.zweiten und dritten Spalte des periodischen Systems. Besonders geeignete Aktivatoren sind Iodide von Na und Tl. Der Aktivator wird vorsugsweise gemeinsam mit dem primären Saintill&tormaterial verdampft« Sine besonders vorteilhafte Kombination von Szintillator rad Aktivator ist ein Ssiniillatorsohirm aus Cs£, der mit NaJ im Mel^arhältaie von 1O*"* Möl SsJ pro Mill CsJ besteht.

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die Szintillatorschicht 16 aus dem Dampf auf das Röntgenstrahlenfenster 6 oder einen geeigneten, innen montierten Träger niedergeschlagen ist, wird diese Struktur aus der Dampfniederschlagskammer herausgenommen und dicht auf das Ende der Röntgenbildverstärkerröhre 2 aufgesetzt. Die Röhre wird dann auf einen geeigneten Druck von beispielsweise 10 ' Torr evakuiert und auf eine geeignete Temperatur von "beispielsweise 350° C aufgeheizt. Die Röhre 2 wird dann eine erhebliche Zeit ausgeheizt, beispielsweise 5 Stunden lang, um die Szintillatorschicht 16 und die übrigen Elektrodenstrukturen in der Röhre gründlich auszugasen. Nach dem Ausheizen und Ausgasen, und während die Szintillatorsohioht 16 das Fenster 6 auf etwa 130 C gehalten werden, wird die Photoemitterschicht 9 &uf die Szintillatorschicht 16 aufgedampft, während das Vakuum in der Röhre auf dem relativ niedrigen Druck von 10 Torr gehalten wird. Während des Dampfniederschlage der Photoemitterschicht 9 wird die PhotoeEission von der Photoemittersohicht überwacht, indem der Photoesittsr 9 mit Licht, verzugsweise im blauen Spektralbereioh, bestrahlt wird, um die Photoemission zu simulieren, die vom Photoemitter und dem Szintillator im Gebrauch erhalten wird.

Sin· bevorzugt· Photoemittersohicht 9 besteht aus einer Schicht aus Sb-K-Cs, wie in flg. 10 dargestellt ist. Die Photoemitterschicht 9 wird wie folgt aus dem Dampf niedergeschlagen: zunächst wird reines K ni*dergeechlagen und gleichzeitig wird die Photoemission überwacht, wie in Fig. 11 angedeutet ist. Dabei wird festgestellt, dass die Photo«Bia-aion zu einem ersten Spitzenwert 221 ansteigt, und dann wird der Niederschlag von reinen K unterbrochen und ansohliassend wird

-* 009825/1624 "²⁴~

iiöSE &io BüMMii ans roinaa S reiaee Sfe niedergeschlagen· Mit äsa Niederschlag von reinem Sb fällt die Photoemission auf einen Wert von etwa ein Drittel de» bei 221 erreiohtsa Spitzenwerte«,die minimale Photoemission ist bei 222 angedeutet. Wenn der Punkt 222 erreicht wird, wird der Niederschlag von Sb beendet und es wird wieder reines K niedergeschlagen, und die Photoemission steigt zu einem is.eueK| bei 225 angedeuteten Spitzenwert an. Dieses abwechselnde Niederschlagen von reinem K und reinem Sb wird wiederholt, bis mit der Photoemission zwei aufeinanderfolgende Spitzenwerte etwa gleicher Höhe erreioht werden, wodurch angezeigt wird, dass ein weiterer Anstieg der Photoemission durch weiteren Niederschlag alternierender Schichten nicht erreicht werdsn kann. Dieser Punkt maximaler Empfindlichkeit ist bei 224 angedeutet. An diesem Punkt des Prozesses wird reines Sb niedergeschlagen, und beim nächsten Minimum wird reines Cs niedergeschlagen, und damit wird ein noch höherer Spitzenwert erreicht, wie bei 223 dargestellt ist. Es werden dann weiter abwechselnd Schichten aus Sb und Cs niedergeschlagen, bis die Photoemission wieder zwei aufeinanderfolgende Spitzenwerte etwa konstanter Amplitude erreicht _t; und dann wird der Niederschlag des Photoemitters beendet, so dass der Aufbau mit einer Endschicht aus Cs beendet wird, und zwar am optimalen Punkt der Photoenission, wie bei 226 in Fig. 11 dargestellt ist. Kit dem Niederschlag der letzten Sohioht C> ist die Photoeaitterechicht 9 vollständig und die Röhre 2 wird abgeschlossen und ist zur Benutzung bereit.

BAD OBSGlNAt

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die zur Oberfläche J21 rüokgestreuten Photonen uater Wlateola reflektiert werden, die nit höhessr Wahrscheinlichkeit la. d©n HäiaawiBkel fallen, so dass ©in relativ hoher Prozentsatz der Photoaesip die von der Szintillstorsefeioht 16 emittiert w©rä©a₉ aus der- S@3ai@at 16 zur Photokathode 9 &i^ austsitt» wo sie sixb Elektroneiibila feeife&gea köanea. Der tJuwandltmgstiirkimgsgsaa d©r Struktur nach Pigo 13 ist damit erhe'felioh 'bssssr als der ©iaaa Eohirms aaoh. Pig-_O 12₉ *aoi d®Ea die Olsorfläoh© des feägers β₉ dia der Ssintillators-chicht 1β suweist, eins spiegelnd® Sefl©ktioa darauf suftr©ff@nder optischer Photoaen bewirkt»

Bi© aufgeratäiite Oberfläch© 521 hatj, wie bereits srwghnt* siaa ©haraktsristische Oberfläehearamhigkeit. grosser als äio Welloalä&gG der optischen "PhotoEisa., di© vosi der Ssiatillatorsohioht -1β ®jiii"iti®r% werden« Das bedeutet, das© di© ö"berfläch-©arauüigk@it iia allviöiasiaen wenigstens grösaaaordnuagsaäsoig 1 Mikron *e®trägt_s si« ooll selbstverständlich kleiner s©in als di© Bi©ke dsr SgiatillatouseMelit Geeignete Alkaiimetallhalogen«=Sziatillatoriaaterialiea9 die die tillatorschicht 16 Mldea^ sind beispielsweiae aktiviertes iodid, Kaliumiodid, iiatriumiodidp auläidi-umiodidp Z&BLmihsGZ Lithiumiodid.

Bei einer bevorzugten Aueführungsfora der Srfia&mag bee tola t das Böntgenfeneter 6 aue einer Aluminiumplatte, und die &ufg@?6.^hte Oberfläche 521 wird dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Aluminiumträgere 6 anodiaiert wird. Eine solche anodisierte Fläche ist weise und hat also eine hohe Albedo, wodurch der Umwandlungs-

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wirkungsgrad der Röntgenbildverstärkerröhxe noch verbessert wird. Falls die Auffangfläche 6 aus einem leitenden Glas besteht, kann das Glas beispielsweise durch Ätzen der der Szintillatorsohicht gegenüberliegenden Seite aufgerauht werden. Der Reflexionsgrad kann auch dadurch verbessert werden, dass die Fläche aluminisiert wird und dann das Aluminium anodisiert wird, so dass sich eine weisse, rauhe Oberfläche mit hoher Albedo bildet.

In Fig. 14 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Höntgenauffangsohirmes dargestellt. Der Schirm ist im wesentlichen genauso aufgebaut wie die Aueführungeform nach Fig· 12, nur dass zwischen der Szintillatorschicht 16 und der Innenseite des röntgenstrahl endurohläss igen Fensters 6 eine Liehtabsorptionsschicht 322 angeordnet ist. Röntgen- oder Gamma-Strahlen, die durch das Fenster hindurohfallen, werden in der Szintillatorschicht 16 absorbiert, um optische Photonen zu erzeugen, die Ton der Szintillatorsohioht 16 emittiert werden. Einige dieser Photonen werden innerhalb des Winkels emittiert und treten aus der Szintillatorschicht 16 durch den Puffer zur Photokathodenschioht 9 durch, wo sie absorbiert werden und Elektronenemission zur Bildung des Elektronenbildes bewirken. Biese Photonen, die von der Szintillatorsohicht zurückgestreut werden, werden mit der lichtabsorbierenden Schicht 322 absorbiert, so das· das von der Ssintillatorsohioht 16 emittierte optische Bild ein Bild von Punktquellen ist, so dass eine bessere Definition des umgewandelten Röntgenbildes erreioht wird. Geeignete lichtabsorbierende Sohiohten 322 sind dunkle Schichten, beispielsweise eine dünne Kohlesohioht auf der Innenfläche des Fensters 6. Eine geeignete Dioke dieser

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Schicht 522 beträgt 10 Mikron.

In Fign. 12 - 14 ist u.a. eine Pufferschient β, beispielsweise aus Magnesiumoxyd, Aluminiumoxid oder Lithiumfluorid dargestellt. Biese Puffermaterialien werden im Vakuum auf die Szintillatorsohicht 16 in geeigneter Dicke von beispielsweise 10.000 AE und vorzugsweise weniger als 1000 AE aufgedampft· Sie Verwendung der Puffersohioht 8 ist nicht erforderlich, und in einigen Fällen kann die Photokathodenemittersohicht 9 direkt auf die Szintillatorsohicht 16 in der oben beschriebenen Weise niedergeschlagen werden.

In Figo 15 ist eine Vorrichtung zum Niederschlagen von Ssintillatorschiraunaterial aus dem Dampf nach der Erfindung dargestellt* Eine Dampfniedersehlagskammer 421 ist auf einen geeignete niedrigen Druck von beispielsweise 10™ f©rr oder weniger mit einer ultraaauberen Vakuimpumpe 422 erakuiaxtg baispielewalse ©lass Xonengett@rpmmp©₀ Ein röntgenstrablendurchlEssiger Träger 6, vorzugsweise sit sphärisches Querschnitt, ist in d©r Kammer 421 angeordnet₉ um das v©r« dampfts Saintillatorsshirmmatsrial aufauaehmene Hintor &®ia Träger ist ein Hei^elemeat 423 s© aagaordn®t₉ dass ©ia gato? ¥ära©übergaag ersielt v±s@,_g -wm des TsägGS 6 auf ©iss ^©eigmete foö&©s© 'S von bei@g)i©laöoiQO 200 C = 5©0 0 sm

424 ist gat uöEBoloitoaä oa Tsägos <B aagoasfiaetg raa fiio TsößosD 6 bis hoodoeio Sia Toinp©satBS?iadikat©£ 425 ist axt dos

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«30-

Bin hitzebeständiges Metallschiffchen 426 enthält eine Charge zu verdampfendes, aktiviertes Szintillatorschirmmaterial. Ein Heizelement 428 ist mit gutem Wärmeübergang zum Schiffchen 426 angeordnet, um dieses auf die Betriebstemperatur von 4OO C - 550 C zu erwärmen. Ein Thermoelement 429 ist im Schiffchen 426 angeordnet, um die Temperatur der zu verdampfenden Charge 427 ^xu messen* Ein Temperaturindikator 43I ist mit dem Thermoelement 429 verbunden, um die Temperatur der Charge 427 anzuzeigen* Ein trichterförmiger Sohild 452 ist zwischen dem Schiffchen 426 und dem Träger 6 angeordnet, um das verdampfte Material vom Schiffchen 426 auf den Träger 6 zu lenken. Der Schirm 432 hindert auch das verdampfte Material daran, dan Best der Sampfniedersohlagskammer 421 zu verunreinigen. Ein Heizelement 433 ist in gutem Wärmeübergang mit de:-. trichterförmigst. Schirm 432 angeordnet, ma. den Schirm auf eine höhere als di@ Ko&demsationstemperatur der Charge zu heizen, so dass das Ghargenmatorial nicht atif dem Sohild 432 kondensiert,

B©r Träges? S wird gsaäufeer* und in d«r Dampfniedersohlagskammer 421 sngeoaJdaoiao Bis zu verdampfende Charge 427 wird in dae Schiff- ©äaea 42β geteaeht, und d®r Träger 6 and der Trichter 432 werden Bit &©a loisoloaea^ea 423 "fe3w_o 433 ata? ilare Biitriebstteperetur QOfera©Iito 3oo i©Miffohoa 421 '.-"ird dasa. nit dea Heizelement 428 •::.\if soiao BoteiolotOEraesuStii? .^obraelaii_? aad sin kleiner Teil da.ν ~'...yjm*,q 427 ^iM voEfiaep^'J ur/2 znf öce -;^:ΐί-%©^ δ ki-;;· -^nν. >r --.-i- ,

BAD ORIGfNÄ.

die Schirmschicht 16 niedergeschlagen worden ist, wird si· vorzugsweise geglüht, um irgendwelche restlichen kleinsten plastischen Verformungen zu beseitigen, weil solche Verformungen einen ungünstigen Einfluss auf den Quantenumwandlungewirkungsgrad der Szintillatorschioht haben. Ein geeigneter Glühprozess besteht darin, die Szintillatoreohicht 16 auf eine'Temperatur'von etwa 200 in der Vakuumkammer etwa 45 Minuten bis 1 Stunde lang zu heizen, und dann die Schicht in mehreren Stunden auf Zimmertemperatur abzukühlen.

Nachdem die Szintillatoreohicht 16 geformt worden ist, wird die Fufferschieht 8 über der Szlntillatorsöhicht gebildet, indem ein chemisch inertes optisch transparentes Material zu einer Sicke von weniger als 10_oQ00 AB und vorzugsweise weniger als 1000 Al auf die Schicht 16 aufgedampft wird» Geeignet© Puffex-materialisn sind Magnesiumoxyd, Aluminiumoxid iaad Litfeimafl^.©s±d» BiosiG Materialien werden in der Vakuumkammer 421 in der gleichem UoisQ vc-rdaaipf t wie das eben für das Aufdampfen der Szintillatoraohioht beschxistoi wurde» Statt dessen kann die Fuffersehicht β in einigen Fällen dadurch gebildet werden, dass der Metallbestandteil, beispielsweise Aluminium oder Magnesium, aufgedampft wird und dann der niedergeschlagene Metallfilm mit dem anderen Bestandteil des Puffers zur Reaktion gebracht wird, beispielsweise Sauerstoffgas, das in di« Vakuumkammer 421 eingeführt wird, um die Puffereohicht β zu bilden.

Wenn die Pufferschioht geformt worden ist, wird eine Photokathoden-Bohicht 9, beispielsweise aus Cs^Sb, über der Pufferschioht 8 in üblicher Vakuum-Aufdampfteohnik zur Herstellung solcher Kathoden

009825/162 k ^₂.

niedergeschlagen· Ein solches Verfahren ist in dem oben erwähnten Buch beschrieben·

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird das Photokathodenmaterial direkt mit den beschriebenen Methoden auf den Szintillator 16 aufgedampft.

Wegen der unterschiedlichen Dampfdrucke des Aktivatore und des Szintillator, aus denen die Charge 427 besteht, unterscheidet sich die Zusammensetzung der schliesslich niedergeschlagenen Szintillatorschicht von der Zusammensetzung der Charge 427* Sie Charge 427 muss also richtig proportioniert werden, um die richtigen Proportionen von Aktivator und Szintillatormaterial in der niedergeschlagenen Szintillatorschicht 16 zu erhalten. Gemäss einer speziellen Ausbildung der Erfindung wird eine optimale endgültige Szintillatorsohicht-Zusammensetzung ausgewählt, indem die Zusammensetzung der Charge 427» die verdampft werden soll, entsprechend der folgenden Beziehung bemessen wirdt

	m	' V	ΓΑ*"
Si	Va	_s* J

das Molverhältnis Aktivatormaterial A. zu Szintillator«

I.)

material S. der Charge 427 ist,I-==- ! das Verhältnis d·· Siintillator-

Va/

material-Dampfdruckes zum Aktivatoreaterial-Dampfdruck bei der Temperatur der Charge 427 i» Schiffchen 426 ist, und/ /das Molver-

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hältnis Aktivatoraateriai zu Szintillatormaterial für optimal proportioniertes Szintillatormaterial 16»

Als ein Beispiel des Verfahrens zum Niederschlagen einer Szintillatorschioht 16 aus dem Dampf unter Verwendung der obigen Gleichung soll die endgültige Zusammensetzung des Szintillatormaterials so ausgewählt werden, dass Zäsiumiodid mit Natriumiodid mit einem endgültigen Molverhältnis von 10 Mol Natriumiodid pro Mol Zäsiumiodid erhalten wird· Bas Molverhältnis der Charge 427 wird aus der obigen Beziehung dadurch bestimmt, dass das endgültige Molverhältnia durch den Kehr» wert der Dampfdrücke von Aktivatormaterial und Szintill&tormaterial bei der Verdampfungstemperatur bestimmt wird, die zu 4O5 C gewählt wird. 450° 0 ist 723° Kelvin, und wie sich aue der Dampfdruokkurve der Fig. 16 ergibt, ist der Dampfdruck für Zäsiumiodid als Ssintillatoraaterial bei 723° Kelvin 4₉6 χ 10*"^ Torr, und der Dampfdruck für

Natriumiodid als Aktivator 2,3 χ 10 ^ Toa?r. Me Verhältnis I -=—

\ a

ist also 2, so dass das anfängliche Molverhältnis für die Charge gleich ist 2 χ 1θ"^ Mol pro Mol. Das Molekulargewicht von Zäsiumiodid ist 260, und das Molekulargewicht von Natriumiodid 15Oe M© 'Charge wird also mit 2βΟ g Zäsiumiodid pro 30 Milligramm Uatriwaiodid en&=> halten müssen» Zäsiusaioäid «ad Natriumiodid werden im Schiff ©hon 42δ gemischt j beispielaweis® dusela meehanis@hee Misohaa^ uffl ^ia® gründ«· liehe KiB&hwng %n orhaltea<» Woaa dies© lllsohwjsg bsi 450® Ö (7S3° Kelvin) voEä&mp£t irls&p wisd Ü© iaioSiaffgesolalagono Saistillat©Bs©M©iit 16 auf don teögos¹ (S die QOvVmotifato %uQ@smQnsotBvm^ voa 10° 2tel pe© Ifel Söeiiaalo&id MaI)Om₀ Io öqo latEitsHiödifi ostoollos?

00IS2S/162i

verdampft als das Zäsiumiodid, ändert sich die restliche Zusammensetzung des Materials im Schiffchen 426 kontinuierlich. Sie Charge 427 sollte also ausreichend gross sein, so dass nur ein kleiner Teil der gesamten Charge 427 niedergeschlagen wird, um die Szintillator» schicht 16 zu bilden.

Bei dem beschriebenen Beispiel wurde die Schiffchentemperatur zvrise-hs! 450° C und 500° C gehalten, der Träger 6 wurde auf 200° C gehalten, und unter diesen Bedingungen ergab sich eine Niedersohlagsrate von etwa 127 * 10 AE pro Minute. Der Niederschlag wurde fortgesetzt, bis eine Schicht von 0,254 mm (0,010 Zoll) Stärke auf dem Aluminiumträger 6 niedergeschlagen war. Nach dem Niederschlag des Materials wurde die Schicht 16 45 Minuten lang bei 200° C geglüht, um einen spannungsfreien Niederschlag zu erhalten. Sie Trägertemperatur bestimmt die Wachstumsform nach der Kernbildung. Um gleichmässige, optisch klare Niederschläge zu erhalten (grcsskömige Polykristalle niedriger D»fektdichte) sollte die Trägertamperatur nicht viel niedriger sein als die Schiffchentemperatur, um einen langsamen Niederschlag zu erhalten.

S©signet® Älkalimetallhalogene als Szintillatormaterialien sind beispielsweise Z&oimiodid, Kaliumiodid^ Natriumiodid, fiubidiumiedid, iäeimsteosid und Lithiumiodid. Geeignete Aktivatoren bestehen £,&3 loaoa von Sloraosiioa der ®rst®a_f zwei tea νζιά dritten Spalte des %οΐοαθο l/iis ZlDiK3i9di€ ei::/¹, goo&gnete ₀ natsiiiEioolld^ tic/SsL¹. ;u "::.:; ■ '"■■■v'j"i:>j;L::-;-\idid.

BAD ORfQJNAL

Geeignete optimale Verhältnisse Aktivatormaterial-zu-Szintillatormaterial sind beispielsweise 10~^ Mol NaJ/Mol CsJ oder 1,3 x 10"' ThJ/Mol CsJ.

/Patentansprüche

009825/162Λ

Claims (1)

16145S6

i PI 48 B

!»atentansprüohe

1. Verfahren zum Herstellen eines Auffangschirases für Röntgenbild-Verstärkerröhrea,, "bei dem ein röntgenstrahlenempfindlicher Phosphor auf einem gekrümmten, röntgenstrahlendurehiäsaigen Träger gebildet wird, daduroh gekennaeichnet," dass ein Alkalimetallhalogen als

ITuoressenssohirsisatarial im Yaktram s'af sL©k, gekrümmten, röntgenstrahlendurohlävSßigeH Träger aufgedampft ^iEd₅. so dass der aufgedampfte Sohina Gins Dichte etwa gleich des? dec normalen Alkali-«· nsetallhalogeas feat imd sine h®üeexe A'uflösiisf; und einen höhsren ltiagswirkiingsgrad seigt»

2. Verfahren &ach Anspruch 1 _s dsditroh gskemissiohristj, öass der Alkoii metallhalogon-AiaffaiigsehiEm ο,-ureh geuieiiise.acs Tc-rdaspf^Sf dee ll'^al raetallhslogoao äiit einea Aktivetoiaateritül e^iivier-i virla

3» ¥ssfs!iKO2i itaeli äsis^v.'sh 8, ci

des ivaf Cos SsäsGJ? ciif.gsdaapft uardea seile

.S 62 B / _£ t 2 C

sash einsa d©r Äasprüohe 1 - 4? dass das AlkalHsalogoa^Sohirsaiaatsrial dureli Hits·= oder An£äam]s£vz&g verdampft tiled ο

¥erfaiir©a nseh. Anspruch 1 o&qe¹ 5 s dadiu?©h gekaaasoiolmetp dass c^?,is 2ii©ds2?gesehlag©»© S.chioh^ sub Alkalihalogsn^SehiniamateEial mit otnox

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AktivatQSBatoiiial^su-dliraliEatßllüalQgoa-Sziatillatoraaaterial nach qm£ dam Träger is to

h Qiaoa dor Aasprüaiis 1 « 9t "bei dem das Saintillatorl ISeitisiodiä iot, dadurch gekannseiohnet, dass das Aktivator-

li'ßD.iodiig natriumiodid ader Mthiiimiodid iste

β Verffthsiejs. iäaek Aaspruch 10," daduroh gekennzeichnet·, dass die endgültige ©p{5iEal9 EmsasHenaetsung des AktiTatormatoriala und Alkalia©tallkal©gGa=l3ijitillatoi?material» das Molverhältnis 1θ" Mol NaJ Mol SeS @a®s? 1,3 s 1O⁵*⁵ Mol ThJ pr© Mol CsJ hat.

12. Hüai/jpsMlaborstto%äsg8fes?e, iaebaeondes?« naoh «ines Verfahren »aoh ύ,ον AiiQpsüciäüs 1 « 11 h®rg«atell'i, bestehend aus einem ev»ku-

So θ ai-ö ©ia«a srSatgsnetrahlöadusohlä.isigea Avfn*hn«f «stator» diarsh äae SSEioßsastsiahlsjslBilder hindu3?shtreten köaaen, einei¹ röntgers-

:?iiidli3hea Fl'aoretaena schiebt, die einen Auffange «hi äoc ©sfäsata bildet, ua di« lURi!ge!?,i?tj;fe?i'l'waMX&*3?

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eines? Elektrodensteaktur, mit der die Elekt?onentdld&r "beschleunigt und auf einen Flia©2?e©s©nss©hiEa fokussiert werden, to ©1h verstärktes optisches Bild- sur Betrachtung zu erzeugen, das dsa Röatgenstrahlenfeild entspricht, daduEsh gekennzeichnet₉ daso die Pkotokatlio&e als ©ine Sekickt direkt auf der rönig©nstrafol©aempfindlioh.en

g©"bild©t ist₉ so dass die Smpfimdliohlcoit der

» Söte© nach Äaspraeiä 12₉ dadtageii g©ksiiaa©ioha©t, das© di© Photokatlio

©isnos klalaan Bunk@l©t2?osa aus Elj^Bfe imä/odos¹ K_?Sb "bo-

steht.

14° HetoQ n&Gk isspEvieii rl odes⁷ 1^_;: uji-ums¹^ g^'-osäseieasstj fitüG; di© Piaotokathoäoasefoielit ©iae- Biois© Toa ;-⁷*ai(y;c.: ;-;.l3 .50Cj J.-2 Ljc-co

15ο !iößs¹© aaeh. ©a,a@Ei fios Aasprüehca 12 "bis I4» daduEüli gakexma©lehnet, C'.Q dio Seliieh'fi cas E6atg©asteafel©a©iipfiadliohQsi iLiufi'aagsshis-iaca des «jgGSiöfiäeke zws Pk©t©kath©i.Q mit siiiss xja@ks@iaGL©

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tu M,am©a SpekteaUbsrsieln zu oshalten, der typischerweise im Bereich von 20 $ bis 35 $ liegt.

1-7· Röhre nach einem der Ansprüche 12 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Potential über die Hontgenauffangschirmschicht gelegt ist, um Strom in den Auffangschirm, der durch absorbierte Röntgenstrahlen erzeugt worden ist, zu veranlassen, in die Photokathodensehicht zu fliessen und dort zum Photoemissionsstrom beizutragen, und dass dasu eine Elektrode vorgesehen ist, die von einer elektrisch leitenden röatgenstrahlendizrchlässigen Auffangseite des Yakuumgefässes gebildet wird uad die ein© 3®χΐ·3 des Auffangschirm©s berührt, und eine zweite Elektrode_s die durch ©in©n elektriesliea Kont&kt mit der Photokathodens ohiefat gebildet ist,, um einea Kontakt zur anderes. Seite des Auffangschirmes %n erhalten«

18. Röhre nach einem d©r Ansprüche 12 - 1?» dadurch gekennseichnetj dass die Photokathodenschxcht aus Sb-E-Os "bestehVuiid im wesentliehen kein la enthält₈ so dass relativ hohe ümwandlungswirktmgsgrad© für

die Photossii-ttGrsehiöht erhalten werden₉ ohne dass 'dxQ ' mit'Ka verunreinigt wiräe

19= Yerfatoan aa©fe ©ines der Aaspxüshe 1-11 %nv Eeratellung eiaer E6hr@ aaeh ©ia©a der Aasprfiölio 12 °> 18,- dadurch gekanaseichnetg dass ©in© Pfe©t®oai"fet©rsohicht aus &®sb Baapf auf di© Fiuoress©Bseohi©kt

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20ο ¥©r£ata©& aaah Aaspiraok 1'9» d&duroli g^keanseiehnet* auf©lHiand®rfolg©ad© Söhiohtsa aus r®la©a K taad rsinss sehleg©n werden, «ad ansehlies is sad s
aus reines Sl uad reiaes.Ce₉ wo^@i alt ©isar

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a&cfr ©ia©s d©r Aiaspsiiola© 1 «=» 1f_B 19 odor 2O₅

dass .©in© aioht spi©g©lado BÜekfläeh©. gQMldot

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22. Terfalässn nsoh. Aa©p3euoh-21» dadureh-gekeaasoiehae'tj- dass-die siskt spi©@©lad© HüokfläeM© ©in© Fllo

dia Süskflleh© auf ©ine aufgasau&i wi£d_? di© gs? der optischen Ph©"feeasa-₉ &ί® vea um ein Jfangem. "des-Iiiohtes in dar

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25» Verfahren ascfe, Anspruch 24s dadurch gekennzeichnet, dass als licht··

Schicht' eine dunkle Schicht verwendet wird.

Verfahren, aaea tospruofe. 25? dadurch gekannt θ lohnst, dass di© licht-Sehioht aus Kohle hergestellt wird«.

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