DE2259382B2 - Roentgenstrahlenquelle - Google Patents

Description

monoenergeiische Röntgenstrahlung hoher Intensität im Bereich von 10 keV bis 100 keV erzeugbar sein soll, wobei der Energiebereich möglichst dicht überdeckt werden und die Röntgenfluoreszenzstrahlenquelle möglichst geringe Ausdehnung haben soll. Außerdem ist ein konzentrischer Aufbau des Fluoreszenz-Systems erwünscht, in dessen Innenraum ein nahezu homogenes, sehr dichtes Strahlungsfeld erzeugbar ist, und gleichzeitig muß das System leicht von einer Strahlenenergie auf eine andere umgestellt werden können, ohne daß eine sonst notwendige neue Justierung von Streukörper und Primärstrahlenquelle notwendig wird. Weiterhin soll durch geeignete Wahl der Geometrie des Streukörpers ein für die Abbildungseigenschaften der Fluoreszenzstrahlung optimales, d. h. gaußförmiges Emissionsprofil erreicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Streukörper im Inneren der hohlzylinderförniigen Primärstrahlenquclle, von dieser durch ein Priniärfilter getrennt, koaxial angeordnet ist, daß sich in Strahlrichtung der vom Streukörper ausgehenden Röntgenfluoreszenzstrahlen ein eine Innenbohrung aufweisender Kollimator anschließt, und daß die Austriitsöl'fnung der an der dem Sireukörper abgewandten Öffnung der Innenbohrung des Kollimators angeordneten Blende mittels eines chromatisierenden Sekundärfilters abgedeckt ist. Dabei kann der Streukörper ein Kegel sein, dessen Spitze /ur Innenbohrung des Kollimators weist. Die Ausbildung einer Röntgenstrahlenquelle in Kegelform ist zwar aus der US-PS 20 97 002 an sich bekannt, jedoch handelt es sich hierbei nicht um einen Streukörper, der von Röntgenstrahlung zur Fluoreszenzstrahlung angeregt wird. Die Primärröntgensirahlung wird dabei vielmehr durch Abbremsung von Elektronen im Kegclkörper erzeugt.

In Ausführungsformcn der Röntgenstrahlenquelle nach der Erfindung kann der Kollimator ebenfalls aus aktivem, d.h. ebenfalls Rönigenfluoreszenzstrahlen erzeugendem Material bestehen. Die Anode der Primärstrahlenquellc kann sowohl eine Topfanode sein als auch aus einem den Streukörper umschließenden radioaktiven Präparat bestehen.

In bevorzugten Weiterführungen der Röntgenstrahlenquelle nach der Erfindung bestehen der Kollimator und der Streukörper aus dem gleichen Material.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels einer schematischen Figur näher erläutert.

In der Figur ist als Primärstrahlenquclle ein Teil der evakuierbaren Röntgenröhre 1 aus Glas dargestellt, welche einen napfartigen Fortsatz 2 mit Boden 3 besitzt. Auf dem Boden 3 ist der Streukörper 4 bzw. die Röntgenfluoreszenzstrahlenquelle aufgestellt. Der Streukörper 4 besteht aus einer Scheibe 5 mit einem auf ihrer Oberfläche 6 aufgesetzten Kegel 7 mit vorzugsweise einem öffnungswinkel von 20°.

Der Spitze 8 des Kegels 7 ist in Achsrichtung 9 der Kollimator 10 nachgeordnet, welcher eine Innenbohrung ti aufweist. Der Kollimator 10 selbst weist (m Zylinderform auf. Der Kollimator 10 und der Streukörper 4 sind von einem Primärfiltcr 12 umgeben, welches ebenfalls Zylinderform aufweist. Das Primärfilter 12 ist in den Napf 2 eingeschoben.

Der Napf 2 ist von einer ringförmigen Topfanode 13 umgeben, die von einer im Abstand sie umgebenden Kathode 14 zur Erzeugung der Primärstrahlung angeregt wird. Die Primärstrahlung der Topfanode 13 wird durch das Primärfilter 12 gefiltert und die durch das Filter 12 hindurchtretende Strahlung erzeugt im Streukörper 4 eine Röntgenfluoreszenzstrahlung. Der Abstand zwischen der Topfanode 13 und dem Streukörper 4 kann sehr klein gehalten werden, so daß sich eine entsprechend hohe Primärstrahlungsdichte im Vergleich zur herkömmlichen Röntgenfluoreszenzquel-Ie erreicht werden kann. Die Leistungssteigerung für die Erzeugung von Röntgenfluoreszenzstrahlung beträgt einen Faktor 50 bei gleichzeitiger Verkleinerung des Quellendurchmessers auf etwa 2 mm.

Dem Kollimator 10, der selbst aus einem Material bestehen kann, welches aktiv einen Beilrag zur Röntgenfluoreszenzstrahlung liefen, ist eine Blende 15 nachgeschaltet, die eine Öffnung 16 aufweist.

Die konische Öffnung 16 liegt über der Öffnung 17 der innenbohrung 11 im Kollimator 10 und wird auf der der Öffnung 17 abgewandten Seite von dem Sekimdärfilter 18 verschlossen, welches nur .Strahlung der gewünschten Art aus der Strahlenquelle herausläßt. Die Öffnung 16 mit dem Sekundärster 18 kann als Austrittsstelle für eine intensive monochromatische Röntgenstrahlung angesehen werden.

Das Streukörperblendensystem 4, 10, 12, 15, 18 kann, wie ein Okular in ein Mikroskop, in den Napf 2 der Primärstrahlenquelle eingeführt werden. LJm den gewünschten Bereich von 10 bis 100 keV einigermaßen dicht zu überdecken, werden etwa 20 solcher Systeme benötigt, die dann jeweils in der gleichen Primärslrahlenquelle ausgetauscht werden können. Das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Quellendurchmesser muß dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden. So bestehen auch der Kollimator 10 und der Sireukörper 4 meist aus dem gleichen Material.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Rönigenstrahlenquclle nach der Erfindung wurde ein Durchmesser der Topfanode 13 von 7,4 mm gewählt. Der Quellcndurchmesser, d. h. der Durchmesser des Streukörpers 4 betragt auf der Oberseite 6 der Scheibe 5 zwei Millimeter; das Streukörpermatcrial besteht aus Zinn, Cer oder Blei genauso wie das Kollimatormaterial. Das Primärfilter 12 besteht aus Aluminium (0,27 g/cm²) und das Sekundärfilter 18 aus Silber (0,05 g/cm²), Barium oder (iold. Das gesamte System kann von einem nicht näher dargestellten Strahlenschutzschild aus Blei umgeben sein. Die Blende 15 sowie das Sekundärfilter 18 können genauso wie das Priniärfilter 12 in der Röntgenröhre 1 selbst gehaltert sein.

Die Ausgangsleistung des Systems beträgt in Verbindung mit einer 2 kW Topfanodenröhre 13 im Absland von 50 cm vom Streukörper 4 lOOmR/min. Andererseits beträgt die Ausgangsleistung in Verbindung mil einer konzentrisch angebrachten I kCi starken Gammaquelle im gleichen Abstand vom Streukörper 4 K) niR/min.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1 VJ 2

Patentansprüche: Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlenquelle zur

I. Röntgenstrahlenquelle zur Erzeugung mono- Erzeugung monoenergetischer Röntgenstrahlen hoher energetischer Röntgenstrahlen hoher Intensität mit Intensität mit einer Primärstrahlenqueiie, mit einem einer Primärstrahlenquelle, mit einem Streukörper, Streukörper, der bei Bestrahlung mit den Primärstrahder bei Bestrahlung mit den Primärstrahlen Rönt- S len Röntgenfluoreszenzstrahlen abstrahlt, und mit einer genfluoreszenzstrahlen abstrahlt, und mit einer eine eine Austrittsöffnung für die Röntgenfluoreszenzstrah-Austrittsöffnung für die Röntgenfluoreszenzstrahlen !en aufweisenden Blende.

aufweisenden Blende, dadurch gekenn- Dieses Prinzip der Erzeugung monoenergetischer zeichnet, daß der Streukörper (4) im Inneren der Röntgenfluoreszenzstrahlen durch Ausnutzung eines hohl/ylinderförmigen Primärstrahlenquelle, von die- io Resonanzeffektes ist aus der US-PS 16 26 306 bekannt, ser durch ein Primärfilter (12) getrennt, koaxial In der Röntgen- und Gamma-Dosimetrie werden angeordnet ist, daß sich in Strahlrichtung der vom heute Dosimeter verwendet, deren Wirkungsweise auf Streukörper (4) ausgehenden Röntgenfluoreszenz- unterschiedlichen physikalischen Erscheinungen beruht, strahlen ein eine Innenbonrung (11) aufweisender Die Anzeige der Dosimeter ist von der Quantenenergie Kollimator (10) anschließt, und daß die Austriltsöff- 15 der auftreffenden Strahlung abhängig. Mangeis geeignung (16) der an der dem Streukörper (4) neter monochromatischer Strahlung und insbesondere abgewandten Öffnung (/7) der Innenbohrung (11) mangels einer Jeistungssiarken. monochromatischen, des Kollimators (10) angeordneten Blende (15) punktförmigen Röntgenstrahlenquelle ist es heute nicht mittels eines chromatisierenden Sekundärfilters (18) möglich, verschiedene Systeme zu vergleichen und zu abgedeckt ist. 20 kalibrieren.

2. Rönigenstrahlenquelle nach Anspruch 1, da- Auch die Verwendung breitbandiger Bremsspektren, durch gekennzeichnet, daß der Streukörper (4) ein wie sie von üblichen Röntgenröhren erzeugt werden. Kegel (7) ist. dessen Spitze (8) zur Innenbohrung (H) hat für die Röntgendiagnostik wesentlich negative des Kollimators (10) weist. Folgerungen, da u. a. der weiche Anteil des eingestrahl-

3. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, da- 25 ten Spektrums von dem zu durchstrahlenden Gewebe durch gekennzeichnet, daß der Kollimator (10) aus nahezu vollständig absorbiert wird. Er steigert nur die aktivem, d. h. ebenfalls Röntgenfluoreszenzstrahlen Strahlenbelastung, ohne anschließend als Informationserzeugendcm Material besteht. träger zur Verfügung zu stehen. Für die hochenergeti-

4. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, da- sehe Seite des Spektrums ist die Nachweiswahrscheindurch gekennzeichnet, daß die Anode (13) der 30 lichkeit des Detektors nicht mehr optimal. Nur bei Primärstrahlenqueiie eine Topfanode ist. monochromatischer Röntgenstrahlung ist eine Optima-

5. Rönigenstrahlenquelle nach Anspruch 1 und 4, lisierung der Parameter Strahlenqualität, Detektorempcladurch gekennzeichnet, daß die Anode (13) der findlichkeitsbereich und untersuchter Körper möglich. Primärstrahlenqueiie oder das Primärfilter (12) aus Ein weiterer Nachteil der Diagnostik mit Bremsspekeinem radioaktiven Material besteht. 35 tren liegt darin, daß die Trennung niederenergetischer

6. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1 oder Streustrahlung und bilderzeugender geschwächter Prieinem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß märstrahlung nur mit großem Aufwand möglich ist.

der Kollimator (10) aus dem gleichen Material Diese kontraststeigernde Aufspaltung von informa-

bcstchi wie der Streukörper (4). tionslragender Strahlung und dem diffusen Sekundär-

7. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch I oder 40 Strahlungsuntergrund ist nur mit monochromatischer einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung erreichbar, d. h. monochromatische Quantender Slreukörper (4) aus Zinn, der Kollimator (10) aus strahlung würde in der Röntgendiagnostik die Vorteile Zinn, das Primärfilter (12) aus Aluminium und das einer geringeren Dosisbelastung mit gleichzeitiger Sekundärfilter (18) aus Silber bestehen. Kontraststeigerung bringen.

8. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 2 oder 45 Auch für grundlegende biologische Untersuchungen, einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß wie z. B. Empfindlichkeitsfunktionen von Gewebe im der .Slreukörper (4) aus Ccr, der Kollimator (10) aus Energiebereich von etwa lOkeV bis 100 keV, ist eine Ccr, das Primärfilter (12) aus Aluminium und das leistungsfähige Röntgenfluoreszenzanlage von großer Sekundärfillcr(18) aus Barium bestehen. Bedeutung. Solche Untersuchungen konnten nur unzu-

9. Röntgcnsirahlcnquclle nach Anspruch I oder 50 reichend gelöst werden mit den radioaktiven Präparacincm der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ten Americium 241 (60 keV) und Cer 129 (80 keV), die der Streukörper (4) aus Blei, der Kollimator (10) aus die einzigen verwendbaren natürlichen Strahlenquellen Blei, das Primärfilter (11) aus Aluminium und das im genannten Energiebereich sind.

Sekundärfilter (18) aus Gold bestehen. Die bisher aufgebauten Röntgenfluoreszenzanord-

10. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, 55 nungcn bedecken zwar den angegebenen Bereich dicht gekennzeichnet durch einen die gesamte Anordnung genug, jedoch reicht die Strahlenintensität für viele umgebenden Schutzschild aus Blei. Zwecke nicht aus, auch ist die Quelle zu groß, um für

II. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch I oder Abbildiingszweckc verwendbar zu sein.

einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Eine für derartige Zwecke brauchbare Primärstrah-

das Primärfilter (12) als Hohlzylinder ausgebildet ist, 60 lcnquclle ist bekannt als Hochleistungsröntgenröhre

der den Slreukörper (4) und den Kollimator (10) nach Prof. Dr. B. R a j e w s k y. Sie besitzt großflächige

umgibt. zylindrische Anoden, in deren Innenraum das Nulz-

12. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1 oder Strahlenfeld einsieht. Die Anoden werden Topfanoden

einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß genannt und besitzen einen vertikalen, topfförmi-

dcr Streukörper (4), der Kollimator (10), die Blende 65 gen Bestrahlungsraum mit einem Inhalt von etwa

(15) und das Sekundärfilter (18) in einem gcmeinsa- 4000 cm³. Der Bestrahlungsraum selbst wird mit einer

men, evakiiierbaren Gehäuse untergebracht sind. strahlenundurchlässigen Abdeckung verschlossen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß eine