DE2505991A1

DE2505991A1 - Mit energiereichen strahlen anregbarer leuchtschirm

Info

Publication number: DE2505991A1
Application number: DE19752505991
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Rer Nat Franz; Margot Stachowiak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1976-08-26
Also published as: US4079258A; FR2301088A1; FR2301088B1

Description

Mit energiereichen Strahlen anregbarer Leuchtschirm.

Die Erfindung betrifft einen mit energiereicher Strahlung anregbaren Leuchtschirm, der als Leuchtstoff aktiviertes Alkalihalogenid enthält. Schirme dieser Art werden z.B. in der Röntgenstrahlen- und Gammastrahlendiagnostik angewandt, um aus den unsichtbaren Strahlen sichtbare Bilder erhalten zu können. Diese Bilder können dann durch Betrachtung ausgewertet werden und/oder auf ein Aufnahmeelement, wie etwa einem fotografischen Aufnahmefilm, einer Fotokathode oder einem Fernsehaufnahmetarget etc., geleitet werden, auf das sie gut einwirken. Daß die Ausbeute trotz des verlustreichen Umwandlungsschritts besser ist als die direkte Einwirkung der Röntgenstrahlen auf Filme und Targets etc. beruht bekanntlich auf der besseren Absorption des Lichtes im Vergleich zu den Röntgen- etc. -Strahlen.

Bekannte Röntgenschirme mit fluoreszierenden Halogeniden, insbesondere aktivierten Alkalihalogeniden, bei denen der Aktivator Thallium ist, sollten möglichst kornfreie Leuchtschichten und damit scharfe Bilder ergeben. Es wurden hauptsächlich Ealiumoaer Gäsiumsalze, insbesondere Jodide, als Grundsubstanz des

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Leuchtstoffes verwendet. Auch Rubidiumjodid ist dabei als verwendbar angegeben. Alle diese Leuchtstoffe und die damit hergestellten Leuchtschirme waren aber für die in der Röntgendiagnostik allgemein üblichen Strahlungen von 40 keV bis 60 keV vorgesehen. Diese Leuchtstoffe, wie etwa auch das gegenwärtig häufig in Bildverstärkern verwendete, mit Natrium aktivierte Cäsiungodid (CsJ:Na) ,haben sich aber in der Weichstrahl-Diagnostik, die in der Medizin und in der Materialprüfung mit Röntgenstrahlen von 10 keY bis 30 keV durchgeführt wird, wenig bewährt, weil sie wegen der Lage der K-Eante in diesem Energiebereich ungünstige Absorptionsverhältnisse haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leuchtschirm anzugeben, der in der Röntgendiagnostik mit besonderem Vorteil auch in der ¥eichstrahltechnik anwendbar ist.

In Lösung der vorgenannten Aufgabe enthält ein Röntgen- etc. -Strahlen-Wandler-Schirm gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 als Leuchtstoff aktiviertes Rubidiumbromid (RbBr:Akt.)

Untersuchungen, die zur Erfindung führten, haben ergeben, daß bei Röntgenstrahlen von 10 keY bis 30 keV Leuchtpigmente mit einem Rubidiumbromid-Wirtsgitter besonders gute Absorption zeigen. Ein solcher Leuchtstoff kann als Aktivator (akt) Thalliumhalogenid enthalten, so daß er der allgemeinen Formel F.bBr:Tl X entspricht. Dabei ist y = 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Leuchtstoffgewicht und X = wenigstens ein Halogenid aus der Gruppe Bromid, Chlorid oder Jodid, vorzugsweise Bromid.

Zur Herstellung dieses Leuchtstoffes kann eine entsprechende Menge von Rubidiumbromid und Thalliumhalogenid unter Zusatz von Wasser gemischt und dann durch Zuführen von Wärme getrocknet werden. Schon durch diese Maßnahme, bei der das Wasser haupt-

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sächlich als Hilfsmittel zur besseren Durchmischung dient (anteigen) , werden Kristalle erhalten, die auch bei der Anregung mit weichen Röntgenstrahlen, d.h. solchen, die mit Spannungen von 5 kV bis 40 kV erzeugt werden, fluoreszieren. Dieser Fluoreszenzstoff ist aber auch erhaltbar durch Schmelzen von Rubidiumbromid (RbBr) im Gemisch mit der erforderlichen stöchiometrischen Menge von Thalliumhalogenid (z.B. TlBr). Das Schmelzen erfolgt in einem abgeschlossenen Gefäß, damit die Thalliumsalze, deren Dampfdruck bekanntlich hoch ist, nicht unkontrolliert entweichen. Zweckmäßig wird vor dem Schmelzen dem Reaktionsgemisch in bei der Herstellung von Leuchtstoffen bekannter Weise die ein- bis dreifache Menge Ammoniumbromid zugefügt, damit keine Verarmung an Bromid auftritt, weil sich das AmmoniuiLbromid wegen seines niedrigen Dampfdruckes leicht verflüchtigen kann.

Ein nach einem der vorhergehenden Methoden hergestellter Leuchtstoff luminesziert blau bis violett, wenn er mit Röntgenstrahlen von 20 bis 30 keV beaufschlagt wird. Das Absorptionsvermögen des Leuchtstoffes ist für Röntgenquanten dieser Qualität zumindest doppelt so groß als dasjenige des in üblichen Bildverstärkern verwendeten aktivierten Cäsiumjodids. Außerdem kann der Leuchtstoff schneller Veränderungen der Strahlenintensität folgen, d.h. die Abklingzeit I/1O, d.h. die Zeit, in welcher die Lichtintensität auf 1/10 abfällt, ist bei den neuen Schirmen

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2 χ 10 bis 5 x 10 see. Beim Cäsiumjodid ist dies etwa in der Größenordnung von 1 bis 2 χ 10 sec. Die Lichtausbeute bei > 30 keV, bezogen auf gleiche Schichtstärke, beträgt mindestens 30 bis 40 % von Schichten, die mit Cäsiumjodid belegt sind, welches mit Natrium aktiviert ist. Die Wirksamkeit von Rubidiumbromid, welches mit Thallium aktiviert ?.sz, ergibt aber bei Röntgenstrahlen von 10 keV bis 30 keV bessere Ergebnisse, weil das Absorptionsvermögen im Energiebereich 20 bis 30 keV wesentlich günstiger ist.

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Die Emission der neuen Schirme liegt im Bereich der optimalen Empfindlichkeit der in Röntgenbildverstärkern üblicherweise verwendeten Fotokathode, deren wesentlicher Bestandteil Cäsium und Antimon sind. ■

Der entsprechend der Erfindung zu verwendende aktivierte Ru-Mdiumbromid-Iieuchtstoff ist auch in der Form von Leuchtschichten herstellbar. Dabei wird das Rubidiumbromid-Leuchtpigment auf einem für Röntgenstrahlen der Quantenenergie von 10 keV bis 30 keT durchlässigen Träger abgeschieden. Geeignete Materialien, aus denen der Träger herstellbar ist, sind Kohlenstoff, Aluminium, Titan oder auch Kunststoffe, wie Polyimid, Polyarylsulfon oder lindemann-Glas. Die Form des Trägers kann den Erfordernissen der Elektronenoptik angepaßt sein und etwa die Form einer Kugelkalotte aufweisen. Die Oberflächen der Träger werden vor der Anbringung der Schicht zur Erhöhung der Haftung und zur Erzielung guter Bildqualität aufgerauht.

Die Herstellung der Schicht kann etwa so erfolgen, daß auf einen entsprechend vorbehandelten Träger im Hochvakuum zunächst Rubidiumbromid aufgedampft wird, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Es ist aber zweckmäßig, wenn auch nicht unbedingt erforderlich, den Träger dabei auf einer Temperatur von 300⁰C bis 400⁰C zu halten,· dies fördert den Kristallaufbau. Die Evakuierung des Aufdampfraumes erfolgt wenigstens bis zu einem Restdruck von K,- 10" Torr. Die Schicht aus Rubidiumbromid kann dadurch aktiviert werden, daß sie in ein verschließbares Gefäß eingebracht wird, in welchem sich Brom und Thalliumbromid befinden. Diese Stoffe können etwa auf dem Boden des Gefäßes angeordnet sein. Ihre Mengen sind für das Verfahren unkritisch, weil für die Qualität nur der endgültig eingebaute Anteil entscheidend ist. Nach dem Verschließen des Gefäßes wird auf eine Temperatur von 300⁰C bis 500⁰C erhitzt. Eine optimale Aktivierung erfolgt dann etwa in 2 bis 20 Stunden, je nach Struktur und

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Dicke der Schicht. Anschließend wird auf die Leuchtstoffschicht .nach den bekannten Methoden eine dünne, die elektrische leitfähigkeit der Oberfläche verbessernde Schicht, etwa aus Aluminium, erzeugt. Diese Schicht verhindert zusätzlich eine Ionendiffusion zwischen Fotokathode und Leuchtstoff. Der Leuchtschirm kann in der üblichen Weise weiter verarbeitet werden, bei der z.B. nach dem Einbau in ein Hochvakuumgefäß durch Aufdampfen von Antimon und Cäsium eine Fotokathode aufgebracht wird.

In einem anderen Verfahren wird ein Träger im Hochvakuum zuerst mit dem aktivierenden Mittel, etwa Thalliumbromid, bedampft. Die Bedampfung wird abgebrochen, wenn die Menge des Aktivators das Zwei- bis Dreifache dessen erreicht, das zur Aktivierung der vorgesehenen Menge Rubidiumbromid erforderlich ist. Dabei ist es wegen des hohen Dampfdruckes etwa von Thalliumbromid günstig, den Träger möglichst zu kühlen. Anschließend wird wie beim vorher beschriebenen Verfahren Rubidiumbromid aufgedampft. Von Torteil ist es dabei, etwa ein Viertel des vorgesehenen Rubidiumbromides auf den gekühlten Träger aufzutragen und erst dann den bereits belegten Träger auf 100 bis 300⁰C zu erhitzen. Die Schicht wird nach der Bedampfung mit Rubidiumbromid noch einige Stunden auf 200 bis 400⁰C erhitzt in einer Atmosphäre, die Brom enthält. Die Menge des dabei verwendeten Broms ist unkritisch, weil die Atmosphäre dazu dienen soll, eine "Abspaltung", d.h. einen störenden Verlust, von Brom zu vermeiden.

Nach einem weiteren Verfahren geht man von Trägern aus, die durch Druck verformbar sind. Solche bestehen etwa aus Metallen, wie Aluminium etc. oder aus Kunststoffen, wie Polyimid. Dazu wird der Leuchtstoff auf ein Blatt aus einem der vorgenannten Materialien durch Spritzen, Streichen oder Gießen einer alkaholfeuchten Paste aus aktiviertem Rubidiumbromid aufgebracht. Geeignet für diese Verfahren sind bei Verwendung von Rubidiumbromid, welches mit Thallium aktiviert ist, etwa Toluol oder

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Polysiloxan. Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels wird die

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Schicht durch Pressen mit einem Druck von 10 kg/cm bis 10 kg/cm verdichtet. Anschließend' wird der Träger mit der Leuchtstoffschicht durch Ziehen oder Prägen in die für die Einfügung in eine elektronenoptische Anordnung erforderliche Form "gebracht. Durch eine anschließende Temperung bei 200 bis 30O⁰C, vorzugsweise in einer Brom enthaltenden Atmosphäre,werden die mechanische Festigkeit und die lumineszenzeigenschaft verbessert, weil hierbei eine Kondensation des Bindemittels stattfindet. Die Leuchtschirme können dann, wie die nach einem der vorhergehenden Verfahren hergestellten, in üblicher Weise weiter verarbeitet werden.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert.

In der Fig. 1 ist schematisch der Querschnitt durch einen

elektronischen Bildverstärker gezeichnet, bei welchem ein erfindungsgemäßer Röntgen-Wandler-Schirm verwendet ist,

in den Fig. 2 und 3 je eine Anordnung zur Herstellung der Beschichtung des Schirmes und

in der Fig. 4 eine Anordnung zur Verformung entsprechend

den Gegebenheiten der Benutzung des Schirmes.

In der Fig. 1 ist anhand eines elektronischen Röntgenbildverstärkers 1 die Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wandler-Schirmes gezeichnet. Dieser befindet sich an der Innenseite der Eingangswand 2 und ist mit 3 bezeichnet. Er ist nach der Innenseite des Bildwandlers 2 mit einer Zwischenschicht 4 bedeckt, auf welche eine Fotokathodenschicht 5 folgt. Diese Schichtenkombination, die am Eingangsfenster 3, welches aus

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Aluminiumblech besteht, angebracht ist, stellt einen in eine Hülse 6 eingesetzten Deckel dar und ist am Rand 7 mit diesem vakuumdicht verschweißt. Die Hülse sitzt ihrerseits auf einem isolierenden Keramikkörper 8, der dem Fenster gegenüber eine Öffnung 9 aufweist, die durch eine Kappe 10 vakuumdicht abgeschlossen ist. Die Kappe selbst weist ein Einblickfenster 11 auf,' durch welches ein für Elektronen empfindlicher leuchtschirm 12 beobachtbar ist. Auf diesem werden Elektronen sichtbar, die durch mittels der Pfeile 13 angedeutete Röntgenstrahlen an der Schichtenkombination 3 bis 5 ausgelöst und mittels der Elektronen 14 bis 16 auf dem Schirm 12 abgebildet werden. Die Abbildung erfolgt in an sich bekannter ¥eise dadurch, daß über die Hülse 6 an der Schichtenkombination 3 bis 5 sowie die Anschlüsse 17, 18 und 19 und an der Kappe 20 entsprechende Hochspannungspotentiale angelegt sind. Diese sind so gewählt, daß die Elektroden 14 bis 16 sowie die Deckelseite 2 und die Kappe 10 in ihrem Zusammenwirken eine Elektronenoptik bilden, mit welcher Elektronen, die von der Fotokathodenschicht kommen, auf den Schirm 6 abgebildet werden.

Zur Herstellung der Leuchtschicht 3 auf der Innenseite des gewölbten Deckels 2 kann in einem Vakuumraum 21 mittels eines elektrisch betriebenen Verdampfers 22 auf die Innenseite einer kalottenf örmigen Bildverstärker-Eingangswand Rubidiumbromid aufgedampft werden. Zur Auf dampfung wird mittels einer Pumpe die Luft aus dem Raum 21 entfernt. Man kann hierauf durch den Anschluß 24 Brom in den Raum 21 einführen. Der Anschluß 25 dient gegebenenfalls als zweite Öffnung beim Hindurchleiten einer Brom enthaltenden Atmosphäre. Außerdem wird zur Aktivierung dann im Verdampfer 22 Thalliumbromid verdampft. Anschliessend kann mittels eines Heizkörpers 26 die beschichtete Kalotte 2^f für die Dauer von 0,5 bis 5 Stunden erhitzt und so die Aktivierung vollzogen werden. Der Betrieb des Heizkörpers 26 "... ebenso wie derjenige des Verdampfers 22 und der Pumpe 23 erfolgt über Netzanschlüsse 27, 28 und 29.

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Bei weiterer Ausgestaltung der in Fig. 2 dargestellten Anordnung kann gemäß Fig. 3 in dem Heizkörper 26 gleichzeitig noch eine Kühlleitung 30 verlegt sein, die über Anschlüsse 31 und von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann. Mit dieser Anordnung ist die oben an zweiter Stelle genannte Methode durchführbar,, bei welcher zuerst die zwei- bis dreifache Menge des zur Aktivierung nötigen Thalliumbromids (TlBr) im Vakuum aufgedampft wird. Dabei wird der Träger zweckmäßig gekühlt, um dem hohen Dampfdruck des TlBr entgegenzuwirken. Anschließend dampft man ein Viertel des Rubidiumbromids in der beim vorhergehenden Beispiel erläuterten Weise auf und schließlich nach Abschaltung der Kühlung und Einschaltung der Heizung über die Anschlüsse wird der Rest des Rubidiumbromids auf den zwischen 100 und 300⁰C heißen Schirm gedampft. Die abschließende Aktivierung kann dann so erfolgen, daß über die Anschlüsse 24 und 25 eine wenigstens 10 % Brom enthaltende Atmosphäre in den Raum 21 eingefüllt wird und die Aufdampfschicht nach 0,5 bis 5 Stunden auf 300 bis 500⁰C erhitzt wird.

In der Fig. 4 ist eine Presse 33 gezeichnet, die eine Präge-* mulde 34 aufweist, in welcher sich die Kalotte 35 befindet, welche die Leuchtschicht 36 trägt. Diese Schicht 36 ist zusammen mit der Kalotte 35 mittels des Prägestempels 37 durch Pressen

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mit 10 bis 10 kg/cm in die dargestellte kalottenförmige Form gebracht. Zuvor wurde der Träger, der jetzt die Kalotte 35 darstellt, durch Bestreichen mit einer den Leuchtstoff RBBr:Tl enthaltenden Paste mit der Schicht 36 versehen und diese getrocknet. ¥ie bereits erwähnt, können die mechanische Festigkeit und die Leuchtfähigkeit durch abschließendes Tempern bei 200 bis 300⁰C, bevorzugt in einer Brom enthaltenden Atmosphäre, verbessert werden.

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Claims

Patentansprüche

(iJ Röntgenstrahlen-Wandler-Schirm, der als Leuchtstoff ein aktiviertes Alkalihaiogenid enthält, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff aktiviertes Rubidiumbromid (RbBr:Akt) ist.
2. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator Thalliumhalogenid ist, welches im Leuchtstoff 0,1 bis 2 $> des Gewichtes ausmacht.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Halogenid wenigstens eines der Gruppe Brom, Chlor oder Jod ist.
4. Verfahren zur Herstellung des Leuchtstoffpigmentes für den "Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Mengen Rubidiumbromid und Thalliumhalogenid mit ¥asser angeteigt und dann eingedampft werden.
5. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Mengen Rubidiumbromid und Aktivator miteinander vermischt und dann geschmolzen werden.
6. Verfahren zur Herstellung eines Schirmes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Rubidiumbromid als auch der Aktivator auf einen Träger aufgedampft und dann zusammen erhitzt werden.

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7. "Verfahren zur Herstellung eines Schirmes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aktiviertes Rubidiumbromid unter Verwendung eines Lösungsmittels zu einer Paste angerührt, auf einen Träger aufgebracht, das Lösungsmittel abgedunstet und schließlich die Schicht durch Pressen verdichtet wird und daß abschließend gegebenenfalls nach Prägen einer bestimmten Form der fertige Schirm mehrere Stunden erhitzt wird.
8. Verwendung eines Schirmes nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Röntgenbildverstärker.

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