DE19818057A1 - X-ray image intensifier manufacture method - Google Patents
X-ray image intensifier manufacture methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildverstärker, bei dem zumindest zwei Teile miteinander verbunden sind.The invention relates to an X-ray image intensifier in which at least two parts are connected to each other.
Aus der DE 44 30 623 A1 ist ein Röntgenbildverstärker be kannt, bei dem ein Rand eines Eingangsschirmes über eine Klemmverbindung mit einem Rand eines Gehäuses des Röntgen bildverstärkers in Verbindung steht. Ferner ist es bekannt, den Rand des Eingangsschirmes über eine Diffusionsschweis sung, eine Klebeverbindung oder über ein Polyimid mit dem Rand des Gehäuses in Verbindung zu bringen.DE 44 30 623 A1 describes an X-ray image intensifier knows, where an edge of an entry screen over a Clamp connection with an edge of a housing of the X-ray image intensifier is connected. It is also known the edge of the entrance screen via a diffusion weld solution, an adhesive connection or via a polyimide with the Edge of the housing.
Es ist ferner bekannt, den Eingangsschirm über eine Schweiß verbindung, beispielsweise eine Laserschweißung, mit dem Ge häuse oder Gehäuseteile des Röntgenbildverstärkers sowie den Ausgangsschirm am Gehäuse durch Lötung oder Schweißung mit einander zu verbinden.It is also known to sweat the entrance screen connection, for example laser welding, with the Ge housing or housing parts of the X-ray image intensifier and the Output screen on the housing by soldering or welding with to connect each other.
Bei diesen Verbindungstechniken kann nicht vollständig aus geschlossen werden, daß sie vollkommen vakuumdicht sind. Un dichtigkeiten reduzieren jedoch die Lebensdauer von Rönt genbildverstärkern durch das Herabsetzen des Unterdruckes und durch das Eindringen von Umgebungsluft und die damit einhergehende Herabsetzung der Empfindlichkeit der Photoka thode. Je nach Typ der Photokathode kann eine Leckrate im Bereich von 10-12 mbar.l/s zu einem 10%igen Abfall der Emp findlichkeit der Photokathode innerhalb von drei Jahren führen. Besonders kritisch hinsichtlich solcher Undichtig keiten sind Röntgenbildverstärker mit großem Durchmesser, insbesondere dann, wenn unterschiedliche Materialien, bei spielsweise der aus Aluminium bestehende Eingangsschirm mit dem aus beispielsweise Edelstahl oder Keramik bestehenden Vakuumgehäuse, zusammengefügt werden sollen. Auch Lötverbin dungen zwischen Metall und Keramik können zu Undichtigkeiten führen bzw. diese aufweisen. Solche, insbesondere geringe Undichtigkeiten können nicht immer bei der Prüfung der Bau teils des Röntgenbildverstärkers detektiert werden, da sie häufig unterhalb der Nachweisgrenze von Lecksuchgeräten liegen. Zur Prüfung der Vakuumdichtigkeit werden Helium-Leck sucher eingesetzt, deren Nachweisgrenze im Bereich von 10-9mbar.l/s liegt. Überschreiten Bauteile der Röntgenbild verstärker-Vakuumhülle diese Leckrate, so werden sie nicht in den weiteren Produktionsprozeß einbezogen, was zu einem unnötigen Kostenaufwand führt. Teile, die diese Leckrate un terschreiten, werden dann zur Herstellung des Röntgenbild verstärkers weiter verwandt. Ist der Röntgenbildverstärker bauteilmäßig fertiggestellt, so erfolgt dessen Evakuierung, Ausheizung und das Herstellen der Photokathode durch Ver dampfen von z. B. Cäsium und Antimon im Inneren der Vakuum röhre (des Gehäuses). Das Pumpkapillar aus Glas, Nickel oder Kupfer wird nach dem Herstellen der Photokathode abge quetscht bzw. verschmolzen und mit einem am Röntgenbildver stärker angebrachten Penning werden die Restgase bis auf 10-8 mbar abgegettert und der Penningstrom gemessen. Nach einer Ruhezeit von ca. 50 Stunden wird das Penning durch Anlegen einer Hochspannung nochmals gezündet und der Penningstrom abermals gemessen. Aus der ermittelten Penningstromdifferenz kann die Druckdifferenz im Inneren des Röntgenbildverstär kers errechnet werden. Die hieraus resultierende Lecknach weisgrenze liegt im Bereich von 10-11mbar.l/s. Bei Bildver stärkern mit einer hohen Penningstromdifferenz wird der Druckanstieg in unterschiedlicher Umgebung (Luft bzw. Argon oder Methan) beobachtet, wobei das restgasabhängige Ionisierungsverhalten der Penninge genutzt wird. Durch Ab kleben von Verbindungsstellen mit einer Kunststoff-Folie wird im Ausschlußverfahren die undichte Stelle lokalisiert und durch die Versiegelung mittels Leckdichtungslackes ver schlossen. Die Nachweisgrenze der Lecksuche liegt mit diesem Verfahren im Bereich von 10-12 mbar.l/s. Nachteil dieses zeitaufwendigen Verfahrens ist die Gefahr, daß bis zur Ab dichtung des Lecks von außen Luft in den Röntgenbildverstär ker einströmt bzw. daß Lösungsmittel aus dem Leckdichtungs lack in das Innere des Röntgenbildverstärkers gelangt und die Photokathode zerstört.These connection techniques cannot be completely ruled out that they are completely vacuum tight. However, leakages reduce the lifespan of X-ray image intensifiers by reducing the negative pressure and by the penetration of ambient air and the associated reduction in the sensitivity of the photocathode. Depending on the type of photocathode, a leak rate in the range of 10 -12 mbar.l / s can lead to a 10% drop in the sensitivity of the photocathode within three years. X-ray image intensifiers with a large diameter are particularly critical with regard to such leaks, in particular when different materials, for example the input screen made of aluminum, are to be joined together with the vacuum housing made of, for example, stainless steel or ceramic. Solder connections between metal and ceramic can lead to or have leaks. Such, in particular small, leaks cannot always be detected when the construction part of the X-ray image intensifier is checked, since they are often below the detection limit of leak detection devices. Helium leak detectors with a detection limit of 10 -9 mbar.l / s are used to test vacuum tightness. If components of the X-ray image intensifier vacuum envelope exceed this leak rate, they are not included in the further production process, which leads to an unnecessary expense. Parts that fall below this leak rate are then used to manufacture the X-ray image intensifier. If the X-ray image intensifier is finished in terms of components, its evacuation, heating and the manufacture of the photocathode is carried out by evaporating Ver. B. cesium and antimony inside the vacuum tube (the housing). The pump capillary made of glass, nickel or copper is squeezed or fused after the photocathode has been manufactured and the residual gases are reduced to 10 -8 mbar using a Penning attached to the X-ray image intensifier and the Penning current is measured. After a rest period of approx. 50 hours, the Penning is ignited again by applying a high voltage and the Penning current is measured again. The pressure difference inside the X-ray image intensifier can be calculated from the Penning current difference determined. The resulting leak detection limit is in the range of 10 -11 mbar.l / s. With image intensifiers with a high Penning current difference, the pressure increase is observed in different surroundings (air or argon or methane), using the residual gas-dependent ionization behavior of the Pennings. By taping joints with a plastic film, the leak is located in the elimination process and sealed by sealing with a leak sealing varnish. The detection limit of the leak detection with this method is in the range of 10 -12 mbar.l / s. Disadvantage of this time-consuming process is the risk that air flows into the X-ray image intensifier from the outside until the leak is sealed, or that solvent from the leak sealing paint gets into the interior of the X-ray image intensifier and destroys the photocathode.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Her stellen eines Röntgenbildverstärkers und einen Röntgenbild verstärker derart anzugeben, daß insbesondere die Verbin dungsstelle zweier miteinander verbundener Teile des Rönt genbildverstärkers eine hohe Vakuumdichtigkeit aufweist und daß das Verfahren zur Überprüfung der Vakuumdichtigkeit er heblich verkürzt werden kann.The object of the invention is therefore a method for the manufacture provide an x-ray image intensifier and an x-ray image to specify amplifiers such that in particular the verb junction of two interconnected parts of the X-ray gene image intensifier has a high vacuum tightness and that the procedure for checking the vacuum tightness he can be significantly shortened.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und einem Röntgenbildverstärker nach dem Patentanspruch 6 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a method claim 1 and an X-ray image intensifier solved the claim 6.
Vorteil des Verfahrens und des Röntgenbildverstärkers ist, daß zumindest im Bereich der Verbindung zweier miteinander verbundener Teile des Röntgenbildverstärkers eine zumindest den Bereich der Verbindung vollständig abdeckende Beschich tung zur vakuumdichten Versiegelung der Verbindung vorge sehen wird. Der Verbindungsbereich wird somit versiegelt und die Vakuumdichtigkeit des Röntgenbildverstärkers erheblich erhöht, so daß sich ein geringerer Ausschuß von Rönt genbildverstärkerteilen ergibt und zum anderen keine Leck suche mehr erforderlich ist.The advantage of the method and the X-ray image intensifier is that at least in the area of connecting two with each other connected parts of the X-ray image intensifier at least one covering completely covering the area of the connection device for vacuum-tight sealing of the connection will see. The connection area is thus sealed and the vacuum tightness of the X-ray image intensifier considerably increased, so that a smaller reject of Roentgen and there is no leak looking more is needed.
Es ist vorteilhaft, wenn die Beschichtung aus einem Metall, einem Halbleitermaterial oder aus einem Isolationsmaterial besteht, das durch Verdampfen oder mittels Kathodenzerstäu bung auf die innere und/oder äußere Oberfläche im Bereich der Verbindung der Teile aufgebracht wird. Diese Beschich tungsverfahren sind wenig zeitaufwendig und sicher im Auf trag einer Beschichtung mit einer ausreichenden Dicke. It is advantageous if the coating is made of a metal, a semiconductor material or an insulation material exists that by evaporation or by means of cathode sputtering Exercise on the inner and / or outer surface in the area the connection of the parts is applied. This Beschich processing procedures are not very time-consuming and safe to set up apply a coating of sufficient thickness.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Beschichtung aus Cr, Ni, Cu oder Al besteht oder diese Metalle aufweist und/ oder wenn die Beschichtung aus Al2O3 oder SiO2 oder aus CsI besteht oder diese aufweist.It has proven to be advantageous if the coating consists of Cr, Ni, Cu or Al or has these metals and / or if the coating consists of Al 2 O 3 or SiO 2 or CsI or has these.
Besonders vorteilhaft und wenig zeitaufwendig ist ein Ver fahren, wenn die Teile als Eingangsfenster und als Gehäuse des Röntgenbildverstärkers ausgeführt sind und wenn die Be schichtung aus CsI : NaI besteht, die auf die innere Oberflä che im Bereich der Verbindung der Teile aufgebracht wird. Die Leuchtschicht des Eingangsfensters des Röntgenbildver stärkers überdeckt somit auch den Bereich der Verbindung des Eingangsfensters mit dem Gehäuse des Röntgenbildverstärkers, so daß sich beim Auftrag der sowieso notwendigen Eingangs leuchtschicht gleichzeitig ein Abdichtungseffekt einstellt. Es ergibt sich somit kein eigener Arbeitsprozeß hinsichtlich der Abdichtung des Röntgenbildverstärkers, was zur Mate rial-, zur Zeit- und somit zur Kosteneinsparung führt.A Ver is particularly advantageous and takes little time drive if the parts as an entrance window and as a housing of the X-ray image intensifier and if the Be Layering of CsI: NaI, which is based on the inner surface che is applied in the area of the connection of the parts. The luminous layer of the entrance window of the X-ray image ver strengkers thus also covers the area of the connection of the Input window with the housing of the X-ray image intensifier, so that when ordering the necessary input anyway luminescent layer simultaneously sets a sealing effect. There is therefore no separate work process with regard to the seal of the X-ray image intensifier, resulting in the Mate rial, time and thus cost savings.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei spiels anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteran sprüchen. Es zeigen:Further advantages and details of the invention emerge from the following description of an embodiment game based on the drawings in connection with the Unteran sayings. Show it:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines Längsschnittes eines Röntgenbildverstärkers nach der Erfindung, Fig. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section of an X-ray image intensifier according to the invention,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Beschichtung im Bereich der Verbindung zweier zusammengefügter Teile, Fig. 2 shows an embodiment of a coating in the region of the connection of two joined parts,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Beschichtung im Bereich der Verbindung zweier zusammengefügter Teile, Fig. 3 shows another embodiment of a coating in the region of the connection of two joined parts,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Beschichtung im Bereich der Verbindung zweier zusammengefügter Teile, und Fig. 4 shows a third embodiment of a coating in the area of the connection of two joined parts, and
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Beschichtung im Bereich der Verbindung zweier bevorzugt zusammenge fügter Teile eines Röntgenbildverstärkers. Fig. 5 shows a fourth embodiment of a coating in the region of the connection of two parts of an X-ray image intensifier which are preferably joined together.
In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Gehäuse als erstes Teil eines Röntgenbildverstärkers gekennzeichnet, das aus Keramik, Aluminium oder Edelstahl bestehen kann. Dieses Gehäuse 1 ist mit einem Eingangsschirmsubstrat 2 als zweites Teil des Röntgenbildverstärkers abgeschlossen. Das Eingangs schirmsubstrat 2 kann aus Aluminium oder einem Verbundmate rial aus Aluminium und Edelstahl bestehen, wobei der Edelstahl in dem für die Bilderzeugung genutzten Bereich entfernt ist. Der Rande 3 des Eingangsschirmsubstrates 2 ist über eine Verbindungstechnik, beispielsweise Schweißen (Laser-, Reib- oder Diffusionsschweißung), Lötung, Kleben, oder einer anderen geeigneten Verbindungstechnik mit dem stirnseitigen Rand 4 des Gehäuses 1, der als Edelstahl- oder Vaconflansch ausgeführt sein kann, verbunden.In Fig. 1, the reference numeral 1 denotes a housing as the first part of an X-ray image intensifier, which can consist of ceramic, aluminum or stainless steel. This housing 1 is closed off with an input screen substrate 2 as the second part of the X-ray image intensifier. The input screen substrate 2 can be made of aluminum or a composite material of aluminum and stainless steel, the stainless steel being removed in the area used for the image generation. The edge 3 of the input screen substrate 2 is connected using a connection technique, for example welding (laser, friction or diffusion welding), soldering, gluing, or another suitable connection technique with the front edge 4 of the housing 1 , which can be designed as a stainless steel or Vacon flange , connected.
Eine Eingangsleuchtschicht 5 aus beispielsweise CsI : NaI wird durch ein geeignetes Auftrageverfahren, beispielsweise durch ein Verdampfungsverfahren, auf die innere Oberfläche 6 des Eingangsschirmsubstrates 2 aufgedampft, wobei die Verdampfung so ausgeführt wird, daß sich das CsI : NaI auch zumindest im Bereich der Verbindung 7 des Eingangsschirm substrates 2 mit dem Gehäuse 1 niederschlägt. Bei einer ty pischen Schichtdicke der Eingangsleuchtschicht von 400 µm wird die gewünschte Dichtwirkung leicht erreicht. Ein wei terer Vorteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, daß die Temperaturabführung aufgrund der Wärmespeicherfähigkeit des beispielsweise aus Edelstahl bestehenden Randes 3 des Eingangsschirmsubstrates 2 bei der CsI : NaI-Bedampfung gün stig beeinflußt wird, was die Direktbedampfungstechnologie des Eingangsschirmsubstrates 2 ermöglicht. Durch diese Di rektbedampfungstechnologie wird das DQE (Detectiv Quantum Efficiency) des Röntgenbildverstärkers um ca. 3% gegenüber einem herkömmlichen Herstellungsverfahren erhöht.An input luminescent layer 5 of, for example, CsI: NaI is vapor-deposited on the inner surface 6 of the input screen substrate 2 by a suitable application method, for example by an evaporation method, the evaporation being carried out in such a way that the CsI: NaI is also present at least in the area of the compound 7 of the Input screen substrates 2 with the housing 1 precipitates. With a typical layer thickness of the entrance luminescent layer of 400 µm, the desired sealing effect is easily achieved. A wei more excellent advantage of this approach is the fact that the temperature of discharge of the input screen of the substrate 2 in the CsI due to the heat storage capacity of the existing example, stainless steel edge 3 is NaI vapor deposition gun stig affected, allowing the Direktbedampfungstechnologie of the entrance screen substrate. 2 This direct vaporization technology increases the DQE (Detective Quantum Efficiency) of the X-ray image intensifier by approx. 3% compared to a conventional manufacturing process.
Bei den in den Fig. 2 bis 4 in prinzipieller Weise darge stellten Teilen des Röntgenbildverstärkers sind Elemente, die bereits in der Fig. 1 Erwähnung fanden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum Ausführungsbei spiel nach der Fig. 1 sind im Bereich der Verbindung 7 zweier zusammengefügter und miteinander verbundener Teile 1, 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 eine Be schichtung 8 mittels PVD (Physical Vapor Deposition) auf der inneren Oberfläche der Verbindung 7 durch Bedampfen aufge bracht, die eine eventuelle Undichtigkeit der verbundenen Teile 1, 2 verschließt. Im Unterschied zum Ausführungsbei spiel nach der Fig. 2 ist beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 diese Beschichtung 8 auf die äußere Oberfläche der Verbindung 7 aufgebracht. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich, daß gemäß der Fig. 4 sowohl im Bereich der inneren Oberfläche der Verbindung 7 als auch der äußeren Oberfläche der Verbindung 7 eine Beschichtung 8 zur Abdich tung aufgebracht werden kann. Die Schichtdicke dieser Be schichtung 8 sollte vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 µm liegen. Sie kann aber auch dicker sein, wenn mit dieser Be schichtung 8 auch eine andere Funktion, z. B. die Leitfähig keit oder die Lumineszenz verändert oder eingestellt werden soll. Diese Beschichtung 8 kann sowohl durch Aufdampfen als auch durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) aufgebracht wer den, wobei sich eine Rotation der Teile 1, 2 um eine exzen trisch angeordnete Dampfquelle als günstig erwiesen hat, um eine gleichmäßige Schicht zu erzeugen. Als Aufdampfmaterial kommen insbesondere alle gut haftenden Metalle, beispiels weise Cr, Ni, Cu, Al als auch Isolatoren, z. B. Al2O3, SiO2, CsI, als auch Halbleitermaterialien, beispielsweise aufwei send Silicium, in Frage.In the parts of the X-ray image intensifier shown in FIGS . 2 to 4 in principle, elements that have already been mentioned in FIG. 1 are provided with the same reference numerals. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, in the area of the connection 7 of two joined and connected parts 1 , 2 according to the exemplary embodiment according to FIG. 2, a coating 8 by means of PVD (physical vapor deposition) on the inner surface of the connection 7 brought up by vapor deposition, which seals any leakage of the connected parts 1 , 2 . In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2, this coating 8 is applied to the outer surface of the connection 7 in the exemplary embodiment according to FIG. 3. In the context of the invention, it goes without saying that, according to FIG. 4, a coating 8 can be applied to the sealing device both in the area of the inner surface of the connection 7 and the outer surface of the connection 7 . The layer thickness of this coating 8 should preferably be in the range from 0.1 to 1 μm. But it can also be thicker if with this loading 8 another function, z. B. the conductivity speed or the luminescence should be changed or adjusted. This coating 8 can be applied both by vapor deposition and by sputtering (sputtering), whereby rotation of the parts 1 , 2 around an eccentrically arranged steam source has proven to be advantageous in order to produce a uniform layer. As vapor deposition material come in particular all well-adhering metals, for example Cr, Ni, Cu, Al and insulators, eg. B. Al 2 O 3 , SiO 2 , CsI, as well as semiconductor materials, for example, silicon aufwei send, in question.
Beim Röntgenbildverstärker nach der Fig. 5 sind vorzugsweise im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 der stirnseitige Rand 4 des Gehäuses 1 und der Rand 3 des Eingangsschirmsubstrates 2 unter Zwischenfügung eines Edelstahlringes 9 miteinander verbunden. Auch hierbei er streckt sich die Beschichtung 8 insbesondere über die Ver bindung des Randes 3 des Eingangsschirmsubstrates 2 mit dem Edelstahlring 9. Durch das Vorsehen dieses Edelstahlringes 9 kann eine besonders gute und dichte Schweißverbindung her gestellt werden, wenn auch das Gehäuse 1 des Röntgenbild verstärkers aus Edelstahl hergestellt ist. Beim Ausführungs beispiel ist das Eingangsschirmsubstrat 2 aus Aluminium mittels einer Reibschweißverbindung mit einem Edelstahlträ ger, beispielsweise dem Edelstahlring 9, verbunden. Eine solche Reibschweißverbindung ist vakuumdicht und einfach in der Herstellung. Zudem treten hierbei nicht die aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Edelstahl hervorgerufenen Probleme auf, wie sie insbesondere beim thermischen Schweißen entstehen würden.In the X-ray image intensifier according to FIG. 5, in contrast to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 4, the front edge 4 of the housing 1 and the edge 3 of the input screen substrate 2 are preferably connected to one another with the interposition of a stainless steel ring 9 . Here, too, he stretches the coating 8, in particular via the connection of the edge 3 of the input screen substrate 2 with the stainless steel ring 9 . By providing this stainless steel ring 9 , a particularly good and tight welded connection can be made here, even if the housing 1 of the X-ray image intensifier is made of stainless steel. In the embodiment example, the input screen substrate 2 is made of aluminum by means of a friction weld connection with a stainless steel carrier, for example the stainless steel ring 9 . Such a friction weld connection is vacuum-tight and easy to manufacture. In addition, the problems caused by the different expansion coefficients of aluminum and stainless steel do not arise, as would arise in particular during thermal welding.
Durch das beschriebene Verfahren zur Abdichtung von eventu ellen Undichtigkeiten zweier zusammengefügter und miteinan der verbundener Teile des Röntgenbildverstärkers kann auf den Einsatz von Leckdichtungslack verzichtet werden. Insbe sondere kann diese Beschichtung einer weitaus höheren Tempe ratur - je nach Dampfdruck und Umgebungsdruck - bei Temper prozessen ausgesetzt werden.The described procedure for sealing eventu ellen leaks of two merged and together the connected parts of the X-ray image intensifier can the use of leak sealing lacquer can be dispensed with. In particular in particular, this coating can have a much higher temperature temperature - depending on steam pressure and ambient pressure - at temper processes are suspended.
Es ist selbstverständlich, daß im Rahmen der Erfindung nicht nur das Gehäuse 1 und das Eingangsschirmsubstrat 2 eines Röntgenbildverstärkers dementsprechend miteinander verbunden und abgedichtet werden können, sondern es ist auch möglich, die Verbindungsstellen von Gehäuseteilen und/oder des Gehäu ses mit dem Ausgangsschirmsubstrat durch das erfindungsge mäße Verfahren abzudichten.It goes without saying that, within the scope of the invention, not only the housing 1 and the input screen substrate 2 of an X-ray image intensifier can accordingly be connected to one another and sealed, but it is also possible to connect the connection parts of housing parts and / or the housing to the output screen substrate by the inventive method to seal appropriate procedures.
Claims (6)
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Legal Events
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