DE2420902A1 - ELECTRORADIOGRAPHIC DEVICE - Google Patents
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Description
2A209022A20902
PHILIPS PÄTENTVERWALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAMMPHILIPS PÄTENTVERWALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAMM
"Elektroradiographische Vorrichtung""Electroradiographic Device"
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektroradiographische Vorrichtung mit zwei an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Elektroden, zwischen denen ein unter Überdruck stehendes schweratomiges Gas vorgesehen ist, das einen wesentlichen Teil der Röntgenstrahlung absorbiert und dem ein geringer Anteil eines weiteren Gases zugesetzt ist, und mit einer isolierenden Folie, die auf der Elektrode mit dem positiven Potential angeordnet ist.The invention relates to an electroradiographic Device with two electrodes connected to a DC voltage source, between which one is under positive pressure standing heavy atomic gas is provided, the one absorbs a substantial part of the X-ray radiation and to which a small proportion of another gas is added, and with an insulating film which is arranged on the electrode with the positive potential.
PHD 74-081 ' - 2 -PHD 74-081 '- 2 -
509846/0895509846/0895
Eine solche Vorrichtung ist aus der DT-OS 2 258 364 bekannt. Die Anordnung der Elektroden und der Isolierfolie, z.B. aus Mylar, ist in Fig. 1 schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt. Fig. 1 zeigt eine erste an Masse angeschlossene ebene Elektrode 1. Ihr gegenüber liegt eine zweite ebene Elektrode 2, die an ein negatives Potential angeschlossen ist. Auf der Elektrode 1 ist eine dielektrische Folie 3 angeordnet. Diese Folie hat sehr gute Isolationseigenschaften und kann z.B. aus Mylar bestehen. Der Elektrodenabstand beträgt z.B. 10 mm und der Druck des Gases zwischen den Elektroden beträgt 8 atm (1 atm = 760 Torr). Der Elektrodenabstand und der Gasdruck müssen so groß sein, damit ein genügend großer Teil der Röntgenquanten vom Gas absorbiert wird. - Die konstruktiven Einzelheiten dieser Vorrichtung sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung; es wird diesbezüglich daher auf die genannte Literatlirstelle, insbesondere Fig. 1, 5 und 6, verwiesen.Such a device is known from DT-OS 2 258 364. The arrangement of the electrodes and the insulating foil, e.g. made of Mylar, is shown in Fig. 1 schematically and not to scale. Fig. 1 shows a first connected to ground flat electrode 1. Opposite it is a second flat electrode 2, which has a negative potential connected. A dielectric film 3 is arranged on the electrode 1. This film has very good insulating properties and can be made of Mylar, for example. The electrode gap is 10 mm, for example, and the pressure of the gas between the electrodes is 8 atm (1 atm = 760 Torr). The electrode gap and the gas pressure must be so great that a sufficiently large part of the X-ray quanta is absorbed by the gas will. - The structural details of this device are not the subject of the present invention; it will in this regard, therefore, reference is made to the cited literature, in particular FIGS. 1, 5 and 6.
Beim Auftreffen einer Röntgenstrahlung (im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Elektroden) wird das zwischen den Elektroden 1 und 2 befindliche Gas - vorzugsweise ein schweratomiges Edelgas wie Xenon oder Krypton - ionisiert, und die dabei erzeugten Ionen und Elektronen werden zur Elektrode 2 bzw. 1 hin beschleunigt. Die Elektronen treffen auf die Isolierfolie 3 und erzeugen auf dieser ein negatives elektrisches Ladungsbild, das die Intensitätsverteilung der erzeugenden Röntgenstrahlung genau wiedergibt. When an X-ray radiation hits it (essentially perpendicular to the surface of the electrodes), this is between the gas at electrodes 1 and 2 - preferably a heavy atomic noble gas such as xenon or krypton - ionized, and the ions and electrons generated in the process are accelerated towards electrodes 2 and 1, respectively. Hit the electrons onto the insulating film 3 and generate a negative electrical charge image thereon, which precisely reproduces the intensity distribution of the X-ray radiation that is generated.
Die Gleichspannung UQ zwischen den Elektroden ist so bemessen, daß sich eine unselbständige Entladung im sogenannten Plateaubereich der Townsendkurve ergibt, in dem praktisch alle durch die Röntgenstrahlung erzeugten Ionen und Elektronen auf die Elektroden gelangen und in dem keine zusätzlichen Ladungsträger erzeugt werden. Die ge-The DC voltage U Q between the electrodes is such that there is a dependent discharge in the so-called plateau region of the Townsend curve, in which practically all ions and electrons generated by the X-ray radiation reach the electrodes and in which no additional charge carriers are generated. The GE-
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nannte Literaturstelle enthält jedoch auch die Angabe, daß die Vorrichtung im sogenannten Lawinenbereich betrieben werden kann, in dem die durch die Röntgenstrahlung unmittelbar erzeugten Ionen und Elektronen infolge der Beschleunigung durch das zwischen den Platten herrschende elektrische Feld weitere Ladungsträger durch Kollision mit den Atomen bzw. Molekülen des Gases erzeugen. Dabei können Verstärkungswerte bis zu 10 erreicht werden. Der Betrieb im Lawinenbereich birgt jedoch die Gefahr, daß die Entladung selbständig wird bzw. daß zwischen den Platten Überschläge auftreten. Offenbar um.dies zu vermeiden, ist daher in der Literaturstelle angegeben, daß bis zu 10 % irgendeines Löschgases, z.B. Methan, zugesetzt werden können.However, the cited reference also contains the statement that the device operated in the so-called avalanche range in which the ions and electrons directly generated by the X-ray radiation as a result of the acceleration the electric field between the plates causes further charge carriers to collide with the atoms or generate molecules of the gas. Gain values of up to 10 can be achieved. Operation in the avalanche area However, there is a risk that the discharge will become independent or that flashovers will occur between the plates appear. Apparently in order to avoid this, it is therefore stated in the literature that up to 10% of any Extinguishing gas, e.g. methane, can be added.
Wie bereits erwähnt, wird auf der Folie ein negatives elektrisches Ladungsbild erzeugt, wenn diese auf der positiven Elektrode aufliegt. Liegt die Folie 3 hingegen auf der negativen Elektrode auf (vgl. Fig. 2), dann ergibt sich ein positives Ladungsbild. Es hat sich nun gezeigt, daß das positive Ladungsbild eine wesentlich bessere .Auflösung hat als das negative Ladungsbild. Beispielsweise ergab sich bei einer Vorrichtung mit einem Elektrodenabstand von 10 mm und einem Druck von 8 at, wobei die Gleichspannung so gewählt war, daß sich ein Wert E/p = 2,5 V/cm Torr ergab, für das positive Ladungsbild ein Auflösungsvermögen von 18 Ip/mm (Ip/mm = Linienpaare pro Millimeter), während sich bei dem negativen Ladungsbild in der gleichen Vorrichtung nur ein Auflösungsvermögen von 4 Ip/mm ergab. Positive und negative Ladungsbilder können heute trocken oder flüssig entwickelt werden. Die durch Behandlung des positiven Ladungsbildes mit einem negativ geladenen Entwickler erzeugten Bilder erreichen jedoch bei weitem nicht die Qualität der Bilder, die mit flüssigen, positiv geladenen Entwicklern erzeugt werden können.As already mentioned, a negative electrical charge image is generated on the film when it is on the positive electrode. If, on the other hand, the film 3 rests on the negative electrode (cf. FIG. 2), then the result a positive charge image. It has now been shown that the positive charge image is a much better one .Resolution has as the negative charge image. For example, this resulted in a device having an electrode spacing of 10 mm and a pressure of 8 at, the DC voltage being chosen so that a value E / p = 2.5 V / cm Torr showed a resolution of 18 Ip / mm (Ip / mm = line pairs per millimeter) for the positive charge image, while the negative charge image in the same device resulted in a resolution of only 4 Ip / mm. Today, positive and negative charge images can be developed dry or liquid. The treatment of the positive charge image with a negatively charged developer However, the images generated do not reach the quality of the images generated with liquid, positively charged Developers can be generated.
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Bei der bekannten Vorrichtung ergibt sich daher folgendes: Entweder wird die Isolierfolie vor der negativen Elektrode angeordnet. Dann ergibt sich zwar ein positives elektrisches Ladungsbild mit sehr guter Auflösung auch feinster Details, jedoch ergeben sich bei der Umwandlung dieses elektrischen Ladungsbildes in ein sichtbares Bild qualitativ unbefriedigende Bilder. Oder die dielektrische Folie wird auf die positive Elektrode aufgelegt. Dann ergibt sich ein negatives Ladungsbild, das zwar leicht in ein hochwertiges sichtbares Bild umzuwandeln ist, das jedoch die feineren Details wesentlich schlechter wiedergibt als ein positives Ladungsbild. In the case of the known device, therefore, the following results: Either the insulating film is in front of the negative electrode arranged. This results in a positive electrical charge image with very good resolution, even the finest details, however, the conversion of this electrical charge image into a visible image results in an unsatisfactory quality Pictures. Or the dielectric film is placed on the positive electrode. Then there is a negative Charge image that, while easy to convert to a high quality visible image, has the finer details reproduces much worse than a positive charge image.
Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, eine elektroradiographische Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich ein negatives elektrisches Ladungsbild mit wesentlich verbessertem Auflösungsvermögen ergibt.The inventors have therefore set themselves the task of developing an electroradiographic device of the type mentioned at the beginning Art to train in such a way that a negative electrical charge image with significantly improved resolution results.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zugesetzte Gas eine hohe Anlagerungswahrscheinlichkeit für Elektronen aufweist. Die Atome bzw. Moleküle eines derartigen Gases haben die Eigenschaft, daß sie die bei der Ionisation der Xenon- bzw. Kryptonfüllung der Vorrichtung durch die Röntgenstrahlung gebildeten Elektronen schon nach einer Strecke "einfangen", die kurz im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Elektroden ist. Der Anteil des zugesetzten Gases liegt zwischen 0,1 - 10 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 1-3 Vol.-So.This object is achieved according to the invention in that the added gas has a high probability of attachment for electrons. The atoms or molecules of such a gas have the property that they "capture" the electrons formed during the ionization of the xenon or krypton filling of the device by the X-rays after a distance which is short compared to the distance between the electrodes . The proportion of added gas is between 0.1-10% by volume, preferably between 1-3% by volume.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die schlechtere Auflösung bei dem negativen Ladungsbild darauf zurückzuführen ist, daß die Elektronen, die dieses Ladungsbild erzeugen, nach ihrer Erzeugung durch die ionisierende Röntgenstrahlung aufgrund der Querdiffusion keilförmigThe invention is based on the knowledge that the poorer resolution in the case of the negative charge image is due to the fact that the electrons that produce this charge image generate, after their generation by the ionizing X-rays due to the transverse diffusion, wedge-shaped
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auseinanderlaufen. Dieser Effekt ist zwar auch bei den durch die Ionisation entstehenden positiven Ionen zu beobachten, ist jedoch wesentlich schwächer ausgeprägt als bei den Elektronen, weil der Quotient Diffusionskonstante Beweglichkeit für positive Ionen um eine Größenordnung kleiner als derjenige für Elektronen ist. Durch den Zusatz eines Gases mit hoher Anlagerungswahrscheinlichkeit für Elektronen wird nun erreicht, daß die an der positiven Elektrode angebrachte dielektrische Folie praktisch nicht mehr von Elektronen getroffen wird, sondern nur noch von negativen Ionen, die durch die Anlagerung des Elektrons an die Atome bzw. Moleküle des zugesetzten Gases entstehen. Der "Quotient Diffusionskoeffizient Beweglichkeit dieser negativen Ionen ist jedoch wesentlich kleiner als der entsprechende Quotient der Elektronen und entspricht ungefähr dem der positiven Xenonionen, so daß sich ein negatives Ladungsbild mit erheblich verbesserter Auflösung, ergibt.diverge. This effect can also be observed with the positive ions produced by the ionization, is, however, much less pronounced than in the case of electrons, because the quotient is the diffusion constant Mobility for positive ions is an order of magnitude smaller than that for electrons. By adding of a gas with a high probability of attachment for electrons is now achieved that the at the positive Electrode applied dielectric film is practically no longer hit by electrons, but only by negative ions that result from the attachment of the electron to the atoms or molecules of the added gas. The "quotient diffusion coefficient mobility of this negative ions is however much smaller than the corresponding quotient of the electrons and corresponds approximately that of the positive xenon ions, so that a negative charge image with considerably improved resolution results.
Neben der Anlagerungswahrscheinlichkeit, die das zugesetzte Gas für die Elektronen aufweist, ist für die Wirksamkeit des zugesetzten Gases auch die mittlere Lebensdauer eines durch die Anlagerung eines Elektrons an ein Atom bzw. Molekül des zugesetzten Gases entstandenen negativen Ions von Bedeutung, und schließlich spielt auch noch die Zerfallswahrscheinlichkeit des negativen Ions beim Stoß mit den Molekülen des Hauptgases eine gewisse Rolle. Die Wirkung des zugesetzten Gases im Hinblick auf die Auflösung kommt also dadurch zustande, daß ein durch die Ionisation durch Röntgenstrahlung erzeugtes Elektron von einem Molekül des zugesetzten Gases eingefangen und angelagert wird. Das negative Ion driftet dann - um einige Größenordnungen langsamer und mit geringer Diffusion - im elektrischen Feld weiter. Nach einer gewissen Zeit wird, entweder spontan oder stoßinduziert, wieder ein Elektron abgegeben, das von einem anderen Molekül oder Atom desIn addition to the accumulation probability that the added gas has for the electrons, it is important for its effectiveness of the added gas is also the average life span of an electron attached to an atom or Molecule of the added gas produced negative ions of importance, and finally the probability of decay also plays a role the negative ion plays a certain role in the collision with the molecules of the main gas. the Effect of the added gas with regard to the dissolution comes about by the fact that a through the Electron generated by ionization by X-rays captured and attached to a molecule of the added gas will. The negative ion then drifts - several orders of magnitude slower and with little diffusion - in the electric field further. After a certain time, an electron becomes again, either spontaneously or collision-induced released by another molecule or atom of the
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zugesetzten Gases eingefangen wird usw. bis sich ein negatives Ion auf der an der Platte angeordneten dünnen Isolierfolie anlagert.added gas is captured and so on until a negative ion is thin on the plate arranged on the plate Insulating film accumulates.
Die folgenden Gase sind Gase mit hoher Anlagerungswahrscheinlichkeit für Elektronen im Sinne der Erfindung:The following gases are gases with a high accumulation probability for electrons within the meaning of the invention:
1.) Niedermolekulare, anorganische Gase mit hoher Elektronenaffinität, d.h. also Gase, die stark elektronegative Atome aufweisen, die aufgrund ihrer Schalenstruktur (ein oder höchstens zwei Elektronen fehlen in der äußersten Schale) geeignet sind, Elektronen anzulagern. Solche Gase sind z.B. F2, Cl^, Br2, NO2, SFg, SeFg, HCl, HBr, O2, SO2, NF3.1.) Low-molecular, inorganic gases with a high electron affinity, ie gases that have strongly electronegative atoms that are suitable for storing electrons due to their shell structure (one or at most two electrons are missing in the outermost shell). Such gases are, for example, F 2 , Cl ^, Br 2 , NO 2 , SFg, SeFg, HCl, HBr, O 2 , SO 2 , NF 3 .
2.) Organische leichtflüchtige Substanzen, deren Orbitalstruktur durch Einbau von elektronegativen Atomen oder Atomgruppen dahingehend beeinflußt wird, daß ein weiteres Elektron unter Energieerniedrigung des Systems eingebaut wird. Solche Gase sind z.B. CCl4, CH,J, CCl3F, C2H3Cl, C2H2Cl2, C2HCl3, C2Cl4, C4H7Cl, C7F14, allgemein Gase der Formel CJA , wobei A ein elektronegatives Atom oder eine Atomgruppe ist, wie z.B. F, Cl, Br, J, NO2 CN oder verschiedene dieser Atome gleichzeitig in einem Molekül(z.B. CFCl^). Bei der Anlagerung des Elektrons wird Energie frei, die einen höheren Anregungszustand des Moleküls verursacht, der wiederum zu einer spontanen Emission des Elektrons führen kann. Je größer nun das Molekül ist, um so höher ist die Zahl seiner Freiheitsgrade, die zur Aufnahme der Anlagerungsenergie zur Verfügung stehen. Die Anlagerungsenergie kann auch beim Stoß mit einem dritten Partner abgeführt werden. Die Elektronenaäagerungsraten dieser Substanzen sind untersucht worden, z.B. in Journal of Chemical Physics 58 1800 (1973).2.) Organic volatile substances, the orbital structure of which is influenced by the incorporation of electronegative atoms or groups of atoms in such a way that another electron is incorporated while the energy of the system is reduced. Such gases are, for example, CCl 4 , CH, J, CCl 3 F, C 2 H 3 Cl, C 2 H 2 Cl 2 , C 2 HCl 3 , C 2 Cl 4 , C 4 H 7 Cl, C 7 F 14 , in general Gases of the formula CJA, where A is an electronegative atom or an atom group, such as, for example, F, Cl, Br, J, NO 2 CN, or several of these atoms in one molecule at the same time (for example CFCl ^). When the electron is attached, energy is released which causes the molecule to become more excited, which in turn can lead to spontaneous emission of the electron. The larger the molecule, the higher the number of its degrees of freedom that are available to absorb the attachment energy. The accumulation energy can also be dissipated in the event of a collision with a third partner. The electron deposition rates of these substances have been investigated, for example in Journal of Chemical Physics 58 1800 (1973).
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3.) Räumlich kompliziert gebaute organische Substanzen mit hoher innerer Spannung "strain", die unter Einfang eines Elektrons in einen anderen, stabilen Molekülzuständ übergehen können, wie z.B. Cyclooctatetraen (C8H8).3.) Spatially complex organic substances with high internal tension "strain", which can pass into another, stable molecular state by trapping an electron, such as cyclooctatetraene (C 8 H 8 ).
Es ist im Sinne der Erfindung günstig, wenn die Vorrichtung im Plateaubereich der Townsend-Entladung. betrieben wird. Hierbei ist ein Zusatz von Löschgas zur Unterdrückung unerwünschter Entladungen nicht erforderlich. Bei Xenon, das - genau wie bei der bekannten Vorrichtung - bevorzugt als "Hauptgas" verwendet wird, ergibt sich dieser Bereich z.B. bei einem Verhältnis E/p = 1,5 bis 2,5 V/cm Torr und mehr. Nachstehend werden einige Beispiele angegeben, die die Wirkung eines Gaszusatzes gemäß der Erfindung zeigen. Dabei wurde eine Kammer verwendet, die zwei im Abstand von 1 cm parallel einander gegenüberstehende ebene Metallelektroden enthielt und mit Xenon mit einem Reinheitsgrad von etwa 99,985 % gefüllt war. Die beiden Elektroden waren mit den Polen einer Gleichspannungsquelle verbunden. Die Strahlung einer für die medizinische Diagnostik verwendeten Röntgenröhre fiel durch ein Bleiraster, das in seiner Form einem beim Testen radiographischer Abbildungen verwendeten Blei-Raster (Firma Funk) entsprach. Die an die Elektroden angelegte Spannung und der Gasdruck waren so gewählt, daß sich ein Verhältnis E/p von 2,5 V/cm Torr (im Beispiel 1) bzw. 1,8 V/cm Torr im Beispiel 2 und 3 ergab. Der Druck des Xenongases betrug dabei 8 at. Das Ladungsbild der Folie nach Exposition wurde je nach Polarität durch einen passenden elektrophotographisehen Entwickler sichtbar gemacht.For the purposes of the invention, it is advantageous if the device is in the plateau area of the Townsend discharge. is operated. It is not necessary to add extinguishing gas to suppress undesired discharges. In the case of xenon, which - just like in the known device - is preferably used as the "main gas", this range results, for example, at a ratio E / p = 1.5 to 2.5 V / cm Torr and more. Some examples are given below which show the effect of a gas addition according to the invention. A chamber was used which contained two flat metal electrodes which were parallel to each other and which were opposed to one another at a distance of 1 cm and which was filled with xenon with a degree of purity of about 99.985%. The two electrodes were connected to the poles of a DC voltage source. The radiation from an X-ray tube used for medical diagnostics fell through a lead grid, the shape of which corresponded to a lead grid (Funk company) used when testing radiographic images. The voltage applied to the electrodes and the gas pressure were chosen so that a ratio E / p of 2.5 V / cm Torr (in Example 1) and 1.8 V / cm Torr in Examples 2 and 3 resulted. The pressure of the xenon gas was 8 at. The charge pattern of the film after exposure was made visible by a suitable electrophotographic developer, depending on the polarity.
Unter sonst gleichen Bedingungen wurden folgende Werte für die Auflösung gefunden:All other things being equal, the following values were obtained for found the solution:
50984 6/089550984 6/0895
Gas Gaszusatz
Beispiel 1Gas gas additive
example 1
PoPo
LadungsbildCharge image
Auflösung (Ip/mm)Resolution (Ip / mm)
C2Ci4 0.25 % by volume
C 2 Ci 4
C8H8130 ppm
C 8 H 8
2020th
1414th
3,3 19-203.3 19-20
1414th
3,3 113.3 11
Wurde dem Hauptgas (Xenon) hingegen Methan zugesetzt, das in der DT-OS 2 258 364 als Zusatz erwähnt ist, dann ergab sich kein merklicher Einfluß auf die Auflösung.If, on the other hand, methane was added to the main gas (xenon), which is mentioned as an additive in DT-OS 2 258 364, then the result was there is no noticeable influence on the resolution.
Es hat sich gezeigt, daß die beschriebenen Gaszusätze auch bei positiven Ladungsbildern einen günstigen Einfluß auf das Auflösungsvermögen haben. Das Auflösungsvermögen des positiven Ladungsbildes wird bei fehlendem Gaszusatz im Sinne der Erfindung nämlich dadurch ungünstig beeinflußt, daß die positiven Ionen infolge der coulombschen Wechselwirkung mit den schneller diffundierenden Elektronen ihrerseits schneller diffundieren. Da nunmehr die Elektronen im wesentlichen vom Zusatzgas absorbiert sind und die soIt has been shown that the gas additives described have a favorable influence on the resolving power even in the case of positive charge patterns. The resolving power of the positive charge image is adversely affected in the absence of gas in the sense of the invention that the positive ions themselves diffuse faster due to the Coulomb interaction with the faster diffusing electrons. Since now the electrons are essentially absorbed by the additional gas and so
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erzeugten negativen Ionen nicht so stark diffundieren wie die Elektronen, diffundieren auch die positiven Ionen weniger stark. Infolgedessen hat das positive Ladungsbild eine geringfügig verbesserte Auflösung.The negative ions generated do not diffuse as strongly as the electrons, the positive ions also diffuse less strong. As a result, the positive charge image has slightly improved resolution.
PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS:
- 10 -- 10 -
509846/0895509846/0895
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |