DE2531150C3 - Eingangsschirm für eine T- oder Röntgenstrahlenbildwandlerröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Eingangsschirm für eine Gamma- oder Röntgenstrahlenbildwandlerröhre, mit einem Szintillator und mit einer aus einem Alkaliantimonid bestehenden Photokaihode, die beiderseits einer Aluminiumoxid (AI₂Oi) enthaltenden Sperrschicht angebracht sind.

Ein solcher Eingangsschirm ist den einfallenden Gamma- oder Röntgenstrahlen ausgesetzt, die von dem Objekt kommen, dessen Bild man erhalten möchte. Der Eingangsschirm ist so aufgebaut, daß er unter der Einwirkung der einfallenden Strahlen Elektronen emittiert, wenn er an eine Spannung gelegt ist. Diese Spannung wird so angelegt, daß das Bündel von durch den Eingangsschirm emittierten Elektronen zu einem zweiten Schirm, d. h. zu einem lumineszierenden Ausgangsschirm geleitet wird, auf dem der Aufprall der Elektronen eine Leuchtspur ergibt. Diese Spur stellt das sichtbare Bild des Objekts dar.

Bei den Eingangsschirmen der oben genannten Art hat der Szintillator die Aufgabe, die Röntgen- oder Gammaphotonen in optische Photonen zu transformieren, für die die Photokathode empfindlich ist, während die Sperrschicht den Szinntilator und die Photokathode chemisch voneinander isoliert, um jede Reaktion zwischen ihnen zu vermeiden, die sowohl den Szintillator als auch die Photodiode verschlechtern würde. Diese Sperrschicht soll außerdem die doppelte Eigenschaft haben, einerseits im Verlauf der Photonentransformation, die sich im Inneren des Schirms abspielt, so wenig wie möglich Eintrittsenergie zu absorbieren und andererseits die Auflösung des Photonenbildes während seiner Übertragung in Richtung der Photokathode so gut wie möglich zu bewahren. Zu diesem Zweck ist bereits versucht worden, die Dicke dieser Schichten so weit wie möglich zu verringern.

Bei einem bekannten Eingangsschirm, bei dem versucht worden ist, diese beiden Forderungen miteinander in Einklang zu bringen, werden zur Herstellung einer dünnen Sperrschicht Oxide des einen oder ^fi5 anderen von zwei Metallen, nämlich Aluminium oder Silicium, verwendet (vgl. IRPS 21 86 72J). Ils ist ferner bekannt, einen l-iingangsschirm mit einer Sperrschicht aus AbOj mit einer Dicke von etwa 100 Angstrom herzustellen (vgl. US-PS 29 55 218). Eine wesentliche Verbesserung der Empfindlichkeit dieser bekannten Eingangsschirme konnte aber nicht erzielt werden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Empfindlichkeit eines Eingangsschirmes der einleitend genannten Art weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sperrschicht aus einer aus dem Aluminiumoxid (Al₂Oj) gebildeten und auf den Szintillator, der aus einem Alkalihalogenid besteht, aufgebrachten ersten Teilschicht mit einer Dicke zwischen 50 Angström und 150 Angström und aus einer zweiten Teilsehicht besteht, die in dem größeren Teil ihrer Dicke aus Siliciumsesquioxid (Si₂Oj) gebildet ist und auf die die Photokathode aufgebracht ist.

Aufgrund der Verwendung einer Sperrschicht mit zwei Teilschichten aus Oxiden von Aluminium und Silicium, wobei die erste Teilschicht eine Dicke zwischen 50 und 150 Angström hat und wobei in Weiterbildung der Erfindung die zweite Teilschicht eine Dicke zwischen 200 und 1000 Angström hat, weist der erfindungsgemäße Eingangsschirm eine beträchtlich verbesserte Empfindlichkeit auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Gamma- oder Röntgenstrahlenbildwandlerröhre,

F i g. 2 im Schnitt einen Teil des Eingangsschirms einer solchen Röhre nach der Erfindung und

F i g. 3 ein Diagramm, welches sich auf den Eingangsschirm von F i g. 2 bezieht.

Das Schema von Fi g. 1 zeigt, wie eine Gamma- oder Röntgenstrahlenbildwandlereinrichtung im allgemeinen aussieht. Die Bezugszahl I bezeichnet in F i g. 1 das Objekt, dessen Bild man erhalten möchte, die Bezugszahl 2 eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung dieses Objekts und Jie Bezugszahl 3 die Bildwandlerröhre, die bei dem als Beispiel dargestellten Aufbau zu der Achse XX rotationssymmetrisch ist. Die Röhre enthält im Inneren einer Vakuumhülle 4 einen Eingangsschirm 5, der die von der Quelle kommende einfallende Strahlung empfängt, welche auf die schrägen Linien des rechten Teils von Fig. 1 beschränkt ist und deren das Objekt durchquerender Teil seinerseits auf die gestrichelten Linien dieses Teils der F i g. 1 beschränkt ist. Dieser Schirm emittiert, unter der Einwirkung dieser Strahlung und wenn eine Spannung an ihn angelegt ist, Elektronen, die mittels verschiedener Elektroden, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 7 bezeichnet sind, gemäß den bekannten Verfahren der Elektronenoptik zu dem zweiten Schirm der Röhre, d. h. dem Ausgangsschirm 6 geleitet werden. Der Schirm 6 liefert unter der Einwirkung des Aufpralls der Elektroden des Bündels (schräge Linien des linken Teils von Fig. 1) ein sichtbares Bild des Objektes I, welches direkt oder durch jedes optische Bildaufnahmesystem beobachtbar ist.

Ausgehend von den bekannten Tatsachen des Standes der Technik hat die Anmelderin Versuche unternommen, um eine dünne Sperrschicht für einen Fingangsschirm 5 aus Oxiden der beiden genannten Metalle, nämlich Aluminium und Silicium, herzustellen, und /war im !'all eines S/iniillators, d<:r aus einem Alkalihalogenid besteht, wie beispielsweise mit Thallium oder mit Natrium aktiviertes Cäsiumjodid. mit Thallium aktiviertes Kaliumjodid usw., und im l'all einer

Photokathode, die aus einem Alkaliantimonid eines oder mehrerer Metalle der Gruppe Natrium, Kalium, Cäsium besteht. Diese Versuche haben die Anmelderin veranlaßt, zur Herstellung dieser Sperrschichten gleichzeitig Oxide des einen und des anderen dieser Metalle zu verwenden, die in zwei übereinandergelagerten Teilschichten verteilt sind.

Die Versuche haben außerdem gezeigt, daß hinsichtlich des oxydierten Siliciums die Dicke der verwendeten Teilschicht innerhalb weiter Grenzen ohne größere Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Eingangsschirms ist, während sich dagegen die Dicke der Teilschicht aus Aluminiumoxid als kritisch erweist.

Die Anmelderin hat nachgewiesen, daß die beste Empfindlichkeit des Schirms — unter gleichen Bedingungen — dadurch erzielt wird, daß die Sperrschicht aus zwei Teilschichten gebildet wird, und zwar die auf den Szintillator aufgebrachte erste Teilschicht aus Aluminiumoxid (AIzOj) und die gemäß der Schniltdarstellung von F i g. 2 auf die erste Teilschicht aufgebrachte andere Schicht aus Siliciumsesquioxid (SuOj). Fig. 2 zeigt einen konkaven Träger 50, den Szintillator 51, die erste Teilschicht 52 und die zweite Teilschicht 53, die gemeinsam die Sperrschicht 54 bilden. Die Bezugszahl 55 bezeichnet die auf die Sperrschicht aufgebrachte Photokathode. Bei einer gegebenen Dicke der zweiten Teilschicht 53, die innerhalb weiter Grenzen /wischen 200 Ä und 1000 Ä liegt, hat es sich gezeigt, daß die optimale Dicke der ersten Teilschicht 52 aus AIjO 1 zwischen 50 A und 150 A liegt. Dieses Ergebnis ist in dem Diagramm von F i g. 3 angegeben, welches auf der Ordinate die Empfindlichkeit Sder Röhre in Abhängigkeit von der Dicke e (Fig. 2) in Angström der Aluminiumoxidteilschicht 52 für eine Dicke der Sesquioxidschicht zeigt, die in den oben angegebenen Grenzen liegt. Diese Empfindlichkeit wird bei konstanter einfallender Lichtenergie durch die Helligkeit des Bildes auf dem Ausgangsschirm gemessen. In dem Maximum der Kurve ist S = 1 gesetzt worden. Diese Empfindlichkeit war zweimal größer als die mit der gleichen Röhre erzielte, die einen Schirm mit einer Sperrschicht gänzlich aus Siliciumsesquioxid (SiiOj) mit einer Dicke von 200 Ä bis 100 A oder aus Aluminiumoxid (AI₂O)) mit einer Dicke von 50 A bis 100 A hatte. Außerdem war in chemischer Hinsicht die Wirksamkeit der auf diese Weise gebildeten Sperrschicht ebenso groß wie die einer Glasschicht mit einer Dicke von 2/10 mm. Bekanntlich ist eine solche Glasschicht ein sehr wirksames Mittel, um chemische Reaktionen zwischen Szintillator und Photokathode zu verhindern.

Die Wirksamkeit erfuhr im Laufe der Zeit keine Verschlechterung, wie es Dauerversuche an einem Posten von mehreren Röhren über eine Zeitspanne gezeigt haben, die im allgemeinen als weitgehend ausreichend angesehen wird, um die Verändorung des Eingangsschirms aufgrund des Wirksamkeitsverlusts der Sperrschicht zu beurteilen, dessen Entwicklung, wenn es dazu kommt, gewöhnlich schnell vonstatten geht.

Im folgenden werden zu Erläuterungszwecken einige genauere Angaben über die Anfertigung der oben beschriebenen Schirme gegeben.

Auf die IJnteranordming, die aus dem Schirm und dem Szintillator besteht und die nach einem der bekannten Verfahren hergestellt worden ist, bringt man durch eines der bekannten Verfahren eine Aluminiumoxidschicht auf," welche den Szintillator bedeckt, beispielsweise durch Vakuumaufdairpfung von Aluminium, so daß auf dem Szintillator eine Schicht mit einer Dicke von 50 A gebildet wird. An die Aufdampfung schließt sich eine Oxydation in Luft an, wodurch die Dicke dieser Schicht auf einen Wert zwischen 5ϋΑ und 100 A gebracht wird, wie oben angegeben. Die bewußte Oxydation kann auch gleichzeitig mit der vorgenannten Aufdampfung ausgeführt werden, indem diese Aufdarnpfung unter verringertem Druck in der Größenordnung von 10"⁵ Torr bis 10"⁴ Torr in oxydierender Atmosphäre, beispielsweise aus Sauerstoff, Wasserdampf usw. durchgeführt wird. Gute Ergebnisse werden auch durch Verdampfung einer Aluminiumcharge erzielt, die durch Elektronenbeschuß in derselben oxydierenden Atmosphäre unter verringertem Druck erhitzt wird.

Auf der auf diese Weise gebildeten Teilschicht aus Aluminiumoxid wird eine Schicht aus Siliciumsesquioxid (S12O]) niedergeschlagen, die durch Verdampfung von Siliciummonoxid (SiO) in oxydierender Atmosphäre unter reduziertem Druck (ΙΟ-⁵ bis 10"⁴Torr) hergestellt wird. Das Siliciummonoxid wird im Verlauf dieser Operation in einem Tiegel, der beispielsweise durch Stromwärme erhitzt wird, auf eine Temperatur zwischen 1050⁰C und 1200⁰C gebracht. Die Auftragsgeschwindigkeit liegt unter diesen Umständen in der Größenordnung von einem Bruchteil von Angström bis einigen Angström Dicke pro Sekunde.

Nach diesen Operationen verfügt man über ein Teil, das fertig zum Einbau in eine Bildwandlerröhre ist. Nachdem die auf diese Weise angefertigte Unteranordnung in der beispielsweise in F i g. 1 gezeigten Weise in die Röhre eingebaut ist, wird in der Röhre die Photokathode in Form einer Schicht aus einem der weiter oben genannten Materialien hergestellt, die auf die Teilschicht aus Siliciumsesquioxid durch eines der bekannten Verfahren aufgebracht wird, beispielsweise durch Vakuumaufdampfung. Bei bestimmten Ausführungsformen ist diese Unteranordnung integrierender Bestandteil der Umhüllung, von der sie ein Ende einnimmt.

Es ist zu erkennen, daß im Verlauf der Anfertigung der Röhre das oben angegebene Verfahren, welches in der Technik dieser Röhren üblich ist, die durch den Träger, den Szintillator und die Sperrschicht der Eingangsschirme dieser Röhren gebildete Unteranordnung im Verlauf des Transports, der ihrem Einbau in die Röhre vorausgeht, der Atmosphäre ausgesetzt ist. Das Sesquioxid wandelt sich im Verlauf dieses Transports teilweise in Siliciumdioxid (S1O2) um. Im übrigen betrifft diese Umwandlung allein einen feinen Film an der Oberfläche der Teilschicht aus Sesquichlorid, die in dem größeren Teil ihrer Dicke ihre Anfangszusammensetzung behält.

In ihrer Gesamtheit erweist sich die Sperrschicht 54 in der praktischen Wirklichkeit als träge gegenüber Mitteln in der umgebenden Atmosphäre, wodurch eine gute Reproduzierbarkeit unter gegebenen Herstellungsbedingungen gesichert wird.

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Eingangsschirm für eine Gamma- oder Röntgenstrahlenbildwandlerröhre, mit einem Szintillator und mit einer aus einem Alkaliantimonid bestehenden Photokathode, die beiderseits einer Aluminiumoxid (AbOj) enthaltenden Sperrschicht angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (54) aus einer aus dem Aluminiumoxid (AbO)) gebildeten und auf den Szintillator (51), der aus einem Alkalihalogenid besteht, aufgebrachten ersten Teilschich: (52) mit einer Dicke zwischen 50 Angström und 150 Angström und aus einer zweiten Teilschicht (53) besteht, die in dem größeren Teil ihrer Dicke aus Siliciumsesquioxid (Si₂O)) gebildet ist und auf die die Photokathode (55) aufgebracht ist

2. Eingangsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilschicht (53) eine Dicke zwischen 200 Angström und 1000 Angström hat.