DE2404422A1 - Intensivierungsphosphor fuer roentgenstrahlbilder - Google Patents

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A.

Intensivierüngsphosphor für Röntqenstrahlbilder

Die Erfindung bezieht sich auf einen fluoreszenten Phosphor, der dann violett-blaues Licht emittiert, wenn er mit Röntgen- oder Gamma-Strahlung bestrahlt wird; die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf einen diesen Phosphor benutzenden Röntgenstrahlenintensivierungsschirm.

Schirme zur Intensivierung von Röntgenstrahlbildern werden am fotografischen Film angeordnet, um die Wirkung der Röntgenstrahlung zu intensivieren, um auf diese Weise kürzere Röntgenstrahlungsbelichtungen zu erreichen. Der im US Patent 2 968 725 beschriebene Schirm weist eine Basislage aus einem für Röntgenstrahlen transparenten und für sichtbares Licht

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undurchsichtigen Material auf. Auf der einen Seite dieses Schirms ist in einem Bindemittel verteilt ein Überzug aus durch Röntgenstrahlen anregbaren Phosphor angeordnet. Der Phosphor absorbiert einen Teil der Röntgenstrahlung und emittiert Strahlen im blau-violett-ultraviolett-Bereich des Spektrums, einem Bereich also, in dem der Röntgenfilm empfindlich ist. In der Vergangenheit wurden Kalziumwolframat-Phosphore in großem Maße als durch Röntgenstrahlen anregbares Fluoreszenzmaterial verwendet. Ferner wurde bei Röntgenstrahlenintensivierungsschirmen auch der im US Patent 3 527 710 beschriebene, mit Europium aktivierte Bariumorthophosphat-Phosphor verwendet.

Im US Patent 3 481 884 sind mit Terbium aktivierte Yttriumphosphat-Phosphore beschrieben, die Gadolinium als ein Sensibilisierungsmittel enthalten. Diese Phosphor-Arten· emittieren Licht im Grün-Bereich des Spektrums und sind daher für Röntgenstrahlenintensivierungsschirme nicht geeignet, da diese einen Phosphor erforderlich machen, der im blauen Bereich Licht emittiert, um den Ansprecheigenschaften des Röntgenfilms zu entsprechen.

Zusammenfassend kann man sagen, daß der Erfindung die Erkenntnis zugrundeliegt, daß durch Verwendung von nur kleinen Terbiummengen im Phosphor Y Gd PO. mit χ = 0,3 bis 0,1 die Spektralemission in den blauen Bereichdes Spektrums verschoben wird, wobei auch ein Phosphor entsteht, der gegenüber Röntgenstrahlung empfindlicher ist als die' bekannten Phosphor-Arten. Insbesondere erzeugen 0,008 bis 0,012 Mol Tb pro Mol Phosphat Seltener Erden

eine intensive Spektralemission im Bereich von 3700 bis 4500 A, was den Röntgenstrahlenansprecheigenschaften blauempfindlichen Röntgenstrahlenfilms entspricht, der in großem Ausmaß in medizinischen und industriellen Anwendungsfällen benutzt wird; dieser Bereich fällt ferner mit der Spektralsensitivität vieler Hochleistungs-Quanten-Photovervielfacherröhren zusammen, wodurch diese zur optischen Feststellung von Kernstrahlung benutzt werden können. Höhere Konzentrationen von Terbium bewirken eine Verschiebung des Emissionsspektrums in den grünen Bereich bei ungefähr

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5500 A und würden zur Verwendung mit Röntgenstrahlen-Fluoroskop-

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- 3 schirmen geeignet sein.

Der Gadoliniumgehalt des Phosphors kann zwischen 0,3 bis 0,1 Mol liegen, obwohl die bevorzugte Konzentration mit den besten Ergebnissen bei 0,2 Mol liegt.

In der folgenden Tabelle I werden die Emissionsspitzen und Bandbreiten von Yttrium-Gadoliniumphosphat, Kalziumwolframat und Barium-Orthophosphat verglichen.

TABELLE I

Emissionsspitze bei

10 kV Röntgenstrahlen Bandbreite

in Ä ^{in 8}

CaWO.

2+ Ba₃(PO₄)₂*Eu Y_{n Q}Gd_ „PO.·Tb³⁺

4200	sehr breit
4130	sehr breit
3820	80
4140	80
4300	100

Die Röntgenstrahlenabsorptionseigenschaften des Phosphors können dadurch erhöht werden, daß man einen Teil des Yttriums teilsweise durch Lutetium, Wismuth oder Thalium ersetzt. Diese Substitution erhöht die Röntgenstrahlenabsorptionseigenschaften des Phosphors und gestattet die Verwendung von Röntgenstrahlen mit höherer·Energie oder gestattet die Verminderung des Gewichts des Phosphors, der zur Herstellung eines Intensivierungsschirmes erforderlich ist, wobei die Auflösung verbessert wird. Durch Ersetzen von natürlichem Gadolinium durch Gd (welches einen höheren Neutronenfangquerschnitt besitzt), werden die Neutronenabsorptionseigenschaften des Phosphors stark erhöht, so daß der Phosphor in einem Intensivierungsschirm für Neutronenradiographie verwendet werden kann.

Im folgenden seien nunmehr bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die folgenden speziellen Beispiele für die bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Phosphorarten typisch

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Beispiel I

180,64 Gramm Y₂°3' ⁷³'⁵⁰ Gramm Gd₃O₃; 3,73 Gramm Tb₄O₇ (oder eine äquivalente Menge von Tb₃O₃); 264,0 Gramm (NH₄J₃HPO₄ und 15 Gramm fein gepulvertes wasserfreies Na₄P₃O₇ werden innig miteinander vermischt. Die Mischung wird anfangs in einem Quarzschmelztiegel in Luft auf 600 C ungefähr 30 Minuten lang erhitzt. Sodann läßt man die Mischung abkühlen, worauf eine erneute Vermischung erfolgt und eine Erhitzung in Luft auf 1200 C für eine oder zwei Stunden lang vorgenommen wird, um ein feines weisses Phosphormaterial mit der Formel Y₀ gGd_{Q 3}PO₄:Tb zu erhalten, welches 0,01 Mol Terbium enthält.

Beispiel II

Der Phosphor kann auch durch Auflösen von 180,64 Gramm Y₂°3^; 73,50 Gramm Gd₃O- und 3,73 Tb₄O₇ in verdünnter Salpetersäure hergestellt werden. Die gemischte Nitratlösung wird auf einer heißen Platte getrocknet und nach der Verdampfung der Oxyde des Stickstoffs wird die getrocknete Mischung in das Seltene Erden Oxyd umgewandelt, und zwar durch Glühen in einem Quarzschmelztiegel bei 1200°C während 1 bis 3 Stunden. Dieses gemischte Oxyd wird sodann mit 264 Gramm (NH₄J₃HPO₄ und 15 Gramm fein gemahlenen wasserfreien Na₄P₉O₇ vermischt und wiederum 1 bis 2 Stunden lang auf 12i
Phosphor zu erhalten.

2 Stunden lang auf 1200°C erhitzt, um einen feinen weißgefärbten

Beispiel III

Es wuirden drei Intensivierungs schirme hergestellt, um die Empfindlichkeiten von Y_{Q 8}Gd_{Q 2}PO₄:Tb³⁺, CaWO₄ und Ba₃(PO₄)₂·Eu²⁺ zu vergleichen. Eine Aluminiumfolienbasis wurde mit einer Aufschwemmung des Phosphors in einer Gelatine-Glyzerin-Basis beschichtet und konnte trocknen. Jeder Schirm wurde derart hergestellt, daß er 150 mg Phosphor pro Quadratζentimenter enthielt. Die drei Schirme wurden an einem Bogen handelsüblichen medizinischen radiographischen Films angeordnet und gleichzeitig 0,01 Sekunden lang mit 80 kVp Röntgenstrahlen belichtet. Sodann wurde

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der Film entwickelt und die Dichte der fotografischen Bilder wurde in einem Densitometer oder Dichtemesser verglichen. Die Ergebnisse sind in der unten stehenden Tabelle II angegeben, wobei Kalziumwolframat als der Standardwert für den Vergleich benutzt wurde.

Tabelle II

Relative Sensitivität 80 kV Röntgenstrahlen

CaWO₄ 1 ,0

Ba₃(PO₄)₂.Eu²⁺ 4,8

³⁺

^Y0,8⁰¹O^ "^^{3+ 7}'⁸

Man erkennt, daß der mit Terbium aktivierte Yttrium-Gadolinium-Phosphat-Phosphor eine stark erhöhte Sensitivität gegenüber Röntgenstrahlen verglichen mit den bekannten Phosphorarten aufweist.

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Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Röntgenstrahlenintensivierungsschirm mit einer für Röntgenstrahlen durchlässigen, für ultraviolettes Licht aber undurchsichtigen Basis und mit einer durch Röntgenstrahlen anregbaren Substanz auf der Basis, welche ultraviolettes sichtbares Licht emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Röntgenstrahlen anregbare Substanz im wesentlichen aus mit Terbium aktivierten Yttrium-Phosphat-Gadolinium besteht.

2. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Formel der durch Röntgenstrahlen anregbaren Substanz die folgende ist:

Y₁ Gd PO.:Tb³⁺,
1-x χ 4 '

wobei χ = 0,3 bis 0,1.

3. Schirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Terbiumkonzentration zwischen 0,008 und 0,012 Mol pro Mol von Phosphat liegt.

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