DE2607801A1

DE2607801A1 - Roentgenstrahlen-detektor

Info

Publication number: DE2607801A1
Application number: DE19762607801
Authority: DE
Inventors: John Mapes Houston; Nathan Rey Whetten
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-02-28
Filing date: 1976-02-26
Publication date: 1976-09-09
Also published as: JPS5831551B2; DE2661008C2; GB1543652A; ES445664A1; GB1543651A; AU500502B2; BR7601222A; NL186122C; SE423945B; IT1054879B; BE838956A; NL7602007A; JPS51126085A; DE2661008A1; FR2302587B1; DE2607801C2; AU1085976A; SE7602424L; NL186122B; FR2302587A1

Description

Röntgenstrahlen-Detektor

Die Erfindung bezieht sich auf R.ö"n,tgenstrahlen-Detektoren des Ionisationskammertyps. Insbesondere bezieht sich die

Erfindung auf Multizellen-Detektoren, die ein flochdruckgas für eine Verwendung in computerisierten Tomographie-Systemen enthalten.

In einem computerisierten Röntgenstrahlen-Tomograph muß eine räumliche Verteilung von Röntgenstrahlenintensitäten in elektrische Signale umgesetzt werden, die zur Erzielung einer Bildinformation verarbeitet werden. Detektoren für eine Verwendung

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in derartigen Systemen müssen auf wirksame Weise elektromagnetische Röntgenstrahlenenergie mit einem hohen Grad an räumlicher Auflösung abtasten, üie Röntgenstrahlen-Impulsfolgefrequenz in tomographischen Systemen ist im allgemeinen durch die Rückkehr-? bzw. Entionisierungszeit der Röntgenstrahlen-Detektoren begrenzt. Es ist deshalb wünschenswert, Röntgenstrahlen-Detektoren zu verwenden, die sich durch kurze Entionisierungszeiten, hohe Empfindlichkeit und feine räumliche Auflösung auszeichnen. Vorgeschlagene Röntgenstrahlen-Tomographiesysteme verwenden hunderte derartiger Röntgenstrahlen-Detektoren. Eine Multizellenanordnung, bei der eine Vielzahl räumlich getrennter Abtastzellen in eine einzige Detektoranordnung eingefügt sind, bildet eine ökonomische Einrichtung für die Herstellung derartiger Systeme.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird elektromagnetische Strahlungsenergie in einem Hochdruckgas mit einem hohen Atomgewicht abgetastet. Rontgenstrahlenphotonen treten in eine Wechselwirkung mit dem Gas, um Photoelektronen-Ionenpaare in Gegenwart eines elektrischen Feldes zu erzeugen. Die somit erzeugten Elektronen werden in einer Reihenanordnung aus positiv geladenen Elektroden gesammelt, um elektrische Ströme im Verhältnis zur Röntgenstrahlenintensität in der Nähe der Elektroden zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die positiven Elektroden eine lineare Reihe paralleler Metallstäbe, die in der Mitte zwischen einem Paar ebener, paralleler, negativer Elektroden angeordnet sind.

Die Elektronen und positiven Ionen, die durch die Wechselwirkung der Rontgenstrahlenphotonen und des Gases erzeugt werden, driften entlang den elektrischen Feldlinien und werden auf entsprechende Weise auf den positiven und negativen Elektroden gesammelt. Im wesentlichen alle Elektronen und Ionen, die durch die Wechselwirkung eines Röntgenstrahlenimpulses mit dem Gas erzeugt werden, müssen gesammelt und von dem Detektor entfernt werden, bevor ein nachfolgender Röntgenstrahlenimpuls unzweideutig abgetastet werden kann. Für eine effiziente computerisierte Tomographie sind hohe Impulsfolgefrequenzen erforderlich, so daß Detektoren mit

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kurzen Ionen-Elektronen-Sammelzeiten für derartige Einrichtungen wünschenswert sind. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Hochdruck-Ionisationskammer mit zahlreichen eng beabstandeten, parallelen Plattenelektroden, die im wesentlichen parallel zu einem auftreffenden Röntgenstrahl liegen. Diese Elektrodenkonfiguration gestattet eine prompte Beseitigung der Elektronen-Ionenpaare und erlaubt die Verwendung hoher Röntgenstrahlen-Impulsfolgefrequenzen bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen .

Schwere Gasatome, die in den Ionisations-Rontgenstrahlendetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, tendieren zum Fluoreszieren und strahlen Photonen bei kleiner Energie und niedrigen Rontgenstrahlenfrequenzen aus. Diese eine kleine Energie aufweisenden Röntgenstrahlenphotonen haben einen relativ großen BereicnVxnafmit)etektorgas und verschlechtern das räumliche Auflösungsvermögen des Detektors. Die parallelen Plattenelektroden gemäß der vorliegenden Erfindung können aus einem Material mit hohem Atomgewicht aufgebaut sein, das diese eine kleine Energie aufweisenden Sekundärphotonen an den Detektorzellengrenzen absorbiert und somit das räumliche Auflösungsvermögen des Detektors verbessert.

Hocheffiziente Röntgenstrahlendetektoren müssen einen maximalen Nutzen aus der von jeder Röntgenstrahlenbestrahlung verfügbaren Information ziehen und dadurch die gesamte Strahlendosis auf ein Minimum reduzieren. Tomographiedetektoren müssen deshalb wenigstens 50 % der auftreffenden Röntgenstrahlenphotonen abtasten. Ein sicherer und effizienter Betrieb eines Systems erfordert üblicherweise Detektoren, die" mehr als 70 % des auf treffenden Röntgenstrahles abtasten können, der typischerweise eine Energie in dem Bereich von 30 keV bis 100 keV hat.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Detektors gemäß der Erfindung mit parallelen metallischen Stabanoden.

Figur 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anodenstruktur für den Detektor gemäß Figur 1.

Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Detektors gemäß der Erfindung mit parallelen Plattenkathoden und -anöden.

Figur 3a ist eine Ansicht von oben auf den Detektor gemäß Fig. 3.

Figur 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anodenstruktur für den Detektor gemäß Figur 3.

Figur 5 ist eine Struktur mit den Anoden gemäß Figur 4 in einem Detektor der in Figur 3a gezeigten Art.

Röntgenstrahlenphotonen treten mit Atomen von einem schweren Detektorgas in Wechselwirkung, um Elektronen-Ionenpaare zu erzeugen. Die Röntgenstrahlenphotonen werden im allgemeinen durch ein Gasatom absorbiert, das ein Photoelektron von einem seiner elektronischen Niveaus emittiert. Die Photoelektronen bewegen sich durch das Gas und treten in Wechselwirkung mit anderen Gasatomen und ionisieren diese, um einen Schauer von Elektronen und positiven Ionen zu erzeugen, die auf geeigneten Elektroden gesammelt werden können, um einen elektrischen Stromfluß zu erzeugen. Wenn beispielsweise Xenongas bei einem Druck von etwa 10 Atmosphären mit Röntgenstrahlenphotonen von 60 keV bestrahlt wird, werden Photoelektronen von der 34,5 keV entsprechenden K-Schale bei etwa 25,5 keV abgegeben. Die Photoelektronen von 25 _a5 keV, die einen Bereich (Weglänge) von etwa 1 mm in dem Xenon haben, erzeugen jeweils etwa 800 Elektronen-Ionenpaare. Wenn diese Elektronen-Ionenpaare in einer Region zwischen zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität erzeugt werden, wandern sie entlang elektrischen Feldlinien zu den Elektroden und ergeben einen resultierenden elektrischen Stromfluß zwischen den Elektroden. Der elektri-

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sehe Strom zwischen den Elektroden ist somit eine Funktion der Gesamtzahl von Röntgenstrahllenphotonen, die in der Nähe dieser Elektroden in Wechselwirkung treten.

Die Wahrscheinlichkeit der Abtastung eines Röntgenstrahlenphotons ist eine Punktion der Atomzahl des Gases und des Gewichtes der zwischen den Sammelelektroden liegenden Gasatome. Somit können Detektoren hoher Empfindlichkeit aus einem Gas mit hohem Atomgewicht bei einem relativ hohen Druck aufgebaut werden. Die Detektorempfindlichkeit kann auch dadurch erhöht werden, daß der Abstand und deshalb die Anzahl der Gasmoleküle zwischen den Elektroden vergrößert wird. Ein vergrößerter Elektrodenabstand erhöht jedoch die Strecke, entlang der die Elektronen-Ionenpaare zum Sammeln wandern müssen, und tendiert somit zur Verlängerung der Rückkehr- bzw. Entionisierungszeit des Detektors. Ein vergrößerter elektrischer Peldgradient zwischen den Elektroden tendiert zur Erhöhung der Elektronen-Ionen-Wanderungsgeschwindigkeit und verkürzt somit ein wenig die Detektor-Entionisierungszeit; die Wanderungsgeschwindigkeit nimmt jedoch in einem relativ kleinen Verhältnis mit einer Elektrodenspannungserhöhung zu. Weiterhin ist bekannt, daß ein übermäßig großer elektrischer Peldgradient einen Lawinen-Gasdurchschlag bewirkt und ein stark nichtlineares Ansprechen in der Abta3tempfindlichkeit hervorruft.

Die Detektoren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten mit elektrischen Peldgradienten, die für einen Avalanche-Gasdurchschlag nicht ausreichen; das bedeutet, daß sie als Ionisationskammern und nicht als proportionale Zähler charakterisiert werden können. Die Erzeugung der oben beschriebenen Elektronen-Ionenpaare ist allein dem Energieübergang von den ausgesandten Photoelektronen der K-Schale zuzuordnen und wird nicht durch Zusammenstöße von Elektronen oder Ionen bewirkt, die sich unter dem Einfluß des aufgedrückten elektrischen Feldes bewegen. Die Werte der elektrischen Peldgradienten, die für die Ionisationskammerdetektoren geeignet sind, sind an sich bekannt und vollständiger in "Medical Radiation Physics" von W. R. Hendee, Year Book Medical Publishers, Chicago, in den Kapiteln 4 und 17 beschrieben. Die

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Detektoren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten mit elektrischen Feldgradienten zwischen etwa 10 V/mm und etwa 1000 V/mm.

Ein Elektron der L-Schale wird im allgemeinen zurückfallen, um_ die Öffnung zu füllen, die durch die Emission des Photoelektrons der K-Schale von einem schweren Gasatom erzeugt worden ist. Die Energiedifferenz,die aus dem Zurückfallen des Elektrons von der L-Schale zur K-Schale resultiert, wird in der Form eines sekundären Röntgenstrahlenphotons abgestrahlt. In Xenongas erzeugt beispielsweise die Energieniveauverschiebung von der L-Schale zur K-Schale 29 keV Röntgenstrahlenphotonen. Die freie Weglänge dieser sekundären Photonen in dem Hochdruckgas ist im allgemeinen viel größer als die freie Weglänge der Photoelektronen. Beispielsweise haben in Xenon bei einem Druck von 10 Atmosphären 25,5 keV Photoelektronen eine Weglänge von etwa 1 mm, während 29 keV Röntgenstrahlenphotonen eine Weglänge von etwa 20 mm haben.

Die sekundären Photonen, die durch die Fluoreszenz der schweren Gasatome bei Erregung durch auftreffende Röntgenstrahlenphotonen erzeugt werden, werden durch andere schwere Gasmoleküle in dem Detektor absorbiert und sind nicht unterscheidbar von den auftreffenden Röntgenstrahlenphotonen. Somit können Photonen, die durch Fluoreszenz im Bereich einer Elektrodenzelle erzeugt werden, durch einen Multizellendetektor hindurch zum Bereich einer anderen Elektrodenzelle wandern, wo sie in der gleichen Weise wie auftreffende Röntgenstrahlen festgestellt werden. Der K-Schalen-Fluoreszenzeffekt kann also so gesehen werden, daß er zur Verschlechterung der räumlichen Auflösung in Multizellen-Ioniaationskammerdetektoren beiträgt.

Figur 1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Multizellen-Röntgenstrahlendetektors gemäß der Erfindung dar. Ein Druckkessel 10 enthält ein Detektorgas 12 auf einem hohen Druck. Die eine Seite des Druckkessels 10 bildet ein dünnes Fenster I¹I, das gegenüber elektromagnetischer Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen im wesentlichen durchlässig ist. Das Fenster 14 kann aus einem jener

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Materialien aufgebaut sein, die an sich bekannt und für diesen Zweck in der Strahlenabtasttechnik üblicherweise verwendet sind. Beispielsweise können Aluminium, Kunstharz oder eine Matrix aus Kunstharz verwendet werden, das durch Metalle mit niedrigen Atomzahlen verstärkt ist. Der Begriff "im wesentlichen durchlässig", wie er hier verwendet ist, bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Röntgenstrahlung in eine Wechselwirkung mit dem Fenstermaterial tritt, viel kleiner ist als die Wahrscheinlichkeit, daß die Röntgenstrahlung mit dem Detektorgas 12 in eine Wechselwirkung tritt.

Das Detektorgas 12 füllt den Druckkessel 10 und ist so gewählt, daß es im wesentlichen undurchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Rontgenstrahlenfrequenzen ist. Wie er hier verwendet ist, bedeutet der Begriff "im wesentlichen undurchlässig", daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Röntgenstrahlung mit dem Detektorgas 12 in Wechselwirkung kommt, viel größer ist als die Wahrscheinlichkeit, daß die elektromagnetische Strahlung in eine Wechselwirkung mit dem Fenster 14 tritt. Die Gasart, der Gasdruck und der Elektrodenabstand sind unter Verwendung bekannter Methoden so gewählt, daß ein großer Bruchteil (typischerweise mehr als 70 %) der auftreffenden Röntgenstrahlenphotonen in dem Gas absorbiert wird. Das Detektorgas 12 kann typischerweise ein Edelgas mit hoher Atomzahl bilden, beispielsweise Xenon, Krypton, Argon oder ein Molekulargas mit Atomen, die ein größeres Atomgewicht als Argon (d. h. 39,9) haben. Der Druck liegt zwischen etwa 10 Atmosphären und etwa 50 Atmosphären.

Eine erste Kathode 16 ist innerhalb des Druckkessels 10 im wesentlichen parallel zum Fenster 14 angeordnet. Die erste Kathode 16 ist aus leitenden Materialien aufgebaut, die im wesentlichen durchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Rontgenstrahlenfrequenzen ist. Beispielsweise kSnrD hierfür Aluminium oder andere Metalle mit kleinerer Atomzahl verwendet werden. Eine zweite Kathode 18 ist in ähnlicher Weise innerhalb des Druckkessels, parallel zu und im Abstand von der ersten Kathode 16 angeordnet. Die zweite Kathode kann aus irgendeinem leitfähigen Material

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hergestellt sein und braucht nicht durchlässig für elektromagnetische Strahlung zu sein. Beispielsweise kann in einem typischen Detektor die zweite Kathode 18 in einem Abstand von etwa 2,5 cm von der ersten Kathode 16 angeordnet sein.

Eine Vielzahl von Anoden 20, die aus einer Reihe von parallelen Leiterstäben gebildet sind, sind in der Mitte zwischen und parallel zu der ersten Kathode 16 und der zweiten Kathode 18 angeordnet. Jeder Anode 20 ist ein Verbindungsleiter 22 zugeordnet, der mittels einer isolierenden Durchführung 2^ durch den Druckkessel 10 hindurchgeführt ist. Die Verbindungsleiter 22 dienen zur Übertragung elektrischer Stromsignale von den Anoden 20 zu einer Signalverarbeitungsanordnung 26, die außerhalb des Druckkessels 10 angeordnet sein kann. Die erste Kathode 16 und die zweite Kathode 18 sind durch einen Kathodenleiter 30 elektrisch parallel geschaltet, der mittels einer isolierenden Durchführung 24a durch den Druckkessel 10 geführt ist. Eine Quelle 18 für ' Gleichstrompotential ist in Reihe zwischen den Kathodenleiter 30 und die Anoden 20 geschaltet, um ein elektrisches Feld zwischen den Anoden 20 und den Kathoden 16 und 18 zu erzeugen. In typischen Detektoren gemäß der Erfindung liegt der elektrische Feldgradient zwischen etwa 100 V/mm und etwa 300 V/mm.

Auftreffende Röntgenstrahlen 32 treten in den Detektor durch das Fenster 14 in einer zur Ebene der ersten und zweiten Kathoden 16 und 18 im wesentlichen senkrechten Richtung ein. Die Röntgenstrahlen treten in eine Wechselwirkung mit den Atomen des Gases 12, um Elektronen-Ionenpaare zu erzeugen, die entlang dem elektrischen Feld driften, um einen Stromfluß zwischen den Anoden 20 und den Kathoden 16 und 18 zu erzeugen. -Der Stromfluß von einer bestimmten Anode 20 ist verbunden mit und proportional zu der Anzahl von Röntgenstrahlen-Gaswechselwirkungen, die in der Nähe dieser Elektrode auftreten. Die Signale von den Anoden können in der Signalverarbeitungsanordnung 26 in bekannter Weise zusammengefaßt werden, um ein Bild von der Röntgenstrahlenintensität entlang der Linie der Anoden zu gewinnen.

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Dieses Ausführungsbeispiel des Detektors erzielt eine hohe Empfindlichkeit und eine relativ schnelle Ansprechzeit. Elektronen-Ionenpaare, die zwischen den Anoden und Kathoden erzeugt werden, müssen nur die Hälfte der Strecke durchqueren, die die erste Kathode von der zweiten Kathode trennt. Das für die Abtastung von Röntgenstrahlen in der Nähe einer bestimmten Anode 20 zur Verfügung stehende Volumen des Gases 12 ist gleich der Summe des Volumens desjenigen Gases, das zwischen dieser Anode und der ersten Kathode 16 liegt, und desjenigen Gasvolumens, das zwischen der Anode und der zweiten Kathode 18 liegt. Das zur Abtastung zur Verfügung stehende Gasvolumen ist somit das doppelte, das bei einem einfachen planaren Detektor zur Verfügung steht.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anodenstruktur 20, die für eine Verwendung in dem Detektor gemäß Figur 1 geeignet ist, ist in Figur 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel bilden die Anoden eine Reihe paralleler Metallstreifen 34, die auf der Oberfläche einer Platte aus dielektrischem Material 36 angeordnet sind. Die dielektrische Platte 36 kann beispielsweise aus Keramik, Glimmer, Kunstharz oder irgendeinem anderen Material hergestellt sein, das für diesen Zweck in der Elektrotechnik üblicherweise verwendet wird. Die Metallstreifen 34 können an der dielektrischen Platte 36 in üblicher Weise befestigt werden, beispielsweise durch Dampfabscheidung, Siebdruck oder eine Klebeverbindung. Leiterdrähte 22 sind mit den einzelnen Metallstreifen 34 verbunden und führen in der oben beschriebenen Weise durch den Druckkessel 10 hindurch.

Die Figuren 3 und 3a stellen ein anderes Ausführungsbeispiel des Detektors gemäß der Erfindung dar. Ein Druckkessel 10 mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster 14 ist mit einem Detektorgas 12 gefüllt, wie es vorstehend beschrieben ist. Zahlreiche ebene Anoden 42 sind innerhalb des Druckkessels 12 fluchtend in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem Fenster 14 angeordnet. Die Anoden 42 eind einzeln mit zahlreichen Leitern 22 verbunden, die mittels dielektrischer Durchführungen 24 durch den Druckkessel geführt sind. Eine metallische Plattenkathode 38

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ist äquidistant zwischen jeder der Anoden 42 angeordnet. Die Kathoden 38 sind durch einen Leiter 30 parallel geschaltet, der mittels einer isolierenden Durchführung 40 durch den Druckkessel 10 geführt ist.

Die Anodenplatten 42 und die Kathodenplatten 38 sind aus Metallen hergestellt, die im wesentlichen undurchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen sind. Metalle mit hoher Atomzahl, wie beispielsweise Molybdän, Tantal oder Wolfram, sind für eine Verwendung als Anoden 42 und Kathoden 38 geeignet. Beispielsweise sind in einem typischen Detektor die Anoden- und Kathodenplatten aus 0,05 nun dicken Molybdän- oder Wolframblättern hergestellt. Der Kathodenleiter 30 und die Anodenleiter 22 sind elektrisch mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 26 und einer Potentialquelle 28 in der oben beschriebenen Weise verbunden.

Photonen der Röntgenstrahlung 32 treten in den Detektor durch das Fenster 14 hindurch in zu den Anodenplatten 42 und Käthodenplatten 38 im wesentlichen parallelen Richtungen ein. Die Photonen treten in eine Wechselwirkung mit dem Füllgas 12 in den Bereichen zwischen den Anodenplatten 42 und Kathodenplatten 38. Elektronen-Ionenpaare, die durch Wechselwirkung des Gases 12 mit den Photonen 32 erzeugt werden₃ wandern entlang elektrischen Feldlinien zwischen den Anoden und Kathoden und werden auf diesen gesammelt, um elektrische Stromsignale zu erzeugen. Der aus einer bestimmten Anode 42 fließende elektrische Strom ist proportional zur Anzahl der Röntgenstrahlenphotonen, die in dem Raum zwischen der Anode und dem benachbarten Kathodenpaar 38 mit dem Gas 12 in Wechselwirkung treten.

Dieses Ausführungsbeispiel des Detektors ist unempfindlich gegenüber den die Auflösung begrenzenden Effekten der Röntgenstrahlenfluoreszenz an der K-Schale. Alle Röntgenstrahlenphotonen, die durch Fluoreszenz in dem Bereich zwischen einer Anodenplatte und einer Kathodenplatte 38 erzeugt werden, müssen durch eine Kathodenplatte 38 treten, bevor sie in der Lage sein würden, Elektronen-Ionenpaare zu erzeugen, die zu einer benachbarten

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Anode wandern würden. Wie bereits ausgeführt wurde, sind die Kathodenplatten 38 aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen undurchlässig für Röntgenstrahlenphotonen ist,und das Auftreffen von Fluoreszenz-Röntgenstrahlenphotonen mit ausreichender Weglänge, um in benachbarten Anodenzellen Strom zu erzeugen, ist dadurch stark vermindert. Die Anodenstrukturen 42 und Kathodenstrukturen 38 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegen parallel zur Richtung des Auftreffens der Photonen. Die Platten der Anoden 42 und Kathoden 38 können deshalb in einem relativ engen Abstand zueinander liegen, wodurch ein Detektor mit einer kurzen Rückkehr- bzw. Entionisierungszeit gewonnen wird, während die Länge der Platten vergrößert werden kann, um einen Detektor mit hoher Empfindlichkeit zu erzeugen. Beispielsweise sind in einem typischen Detektor die Anoden- und Kathodenplatten im Mittelpunktabstand von 2 mm angebracht. Die parallelen Elektrodenplatten gemäß diesem Ausführungsbeispiel des Detektors dienen weiterhin zum Absorbieren auftreffender Photonen, die von äußeren Gegenständen (d. h. unter Prüfung befindliches Gewebe) gestreut werden und die in den Detektor unter einem schiefen Winkel eintreten.

Figur 4 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Anodenplatten 42 dar, die in dem Detektor gemäß Figur 3 verwendet werden können. In diesem Ausführungsbeispiel weist jede Anodenplatte ein dünnes dielektrisches Blatt 46 auf, das beispielsweise aus Keramik, Glimmer oder einem Kunstharzblatt (Mylar) hergestellt sein kann. Zwei Elektroden 44, die aus einem Metall hergestellt sind, das im wesentlichen undurchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist, sind auf gegenüberliegenden Seiten des dielektrischen Blattes 46 angeordnet. Getrennte Leiter 22 sind mit jeder Metallelektrode 44 verbunden und führen mittels getrennter dielektrischer Durchführungen 23 durch den Druckkessel 10 hindurch. Nach gegenüberliegenden Seiten der Anodenplatte 42 fließende Elektronenströme werden somit auf den getrennten Metallblättern 44 gesammelt und getrennt zu der Signalverarbeitungseinrichtung 26 (siehe Figur 3) übertragen. Das räumliche Auflösungsvermögen des Detektors wird dadurch um einen Faktor zwei vergrößert.

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Ein Montageverfahren einer Einrichtung mit den Anoden- und Kathodenplatten ist in Figur 5 dargestellt. Die Anodenplatten 42 und die Kathodenplatten 38 werden abwechselnd auf zahlreiche Isolierbolzen 48 gestapelt. Eine Reihe von rohrförmigen Isolatoren 50 ist zwischen den Anodenplatten 42 und den Kathodenplatten 38 auf die Bolzen 48 geschraubt und dient zum Positionieren der Platten. Die Platten können parallel fluchtend angebracht sein für eine Abtastung eines kollimierten Röntgenstrahles, oder die Dicke der Isolatoren 50 kann variiert werden, um eine gekrümmte Plattenausrxchtung zu erzielen, die für eine Abtastung eines divergierenden Röntgenstrahles geeignet ist.

Es ist somit ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung Röntgenstrahlendetektoren schafft, die elektrische Signale in Abhängigkeit von einer linearen Raumverteilung von Röntgenstrahlenintensitäten erzeugen. Die Strukturen gestatten den Aufbau von Detektoren mit hoher Empfindlichkeit, kurzer Rückkehr- bzw. Entionisierungszeit und feiner räumlicher Auflösung, und die relativ unempfindlich gegenüber nachteiligen Effekten der Röntgenstrahlenfluoreszenz der K-Schale sind.

Die Elektroden sind in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung der einfachen Beschreibung halber als "Kathoden" und "Anoden" bezeichnet worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Polarität der an diese Detektoren angelegten elektrischen Potentiale umgekehrt werden kann, ohne daß der Erfindungsgedanke beeinträchtigt wird, Weiterhin können die "Anoden"-Strukturen bei einem angelegten Potential betrieben werden, das bezüglich dem "Kathoden"-Potential negativ ist. Die Begriffe "Kathode" und "Anode", wie sie hier verwendet werden, bedeuten Elektroden mit entgegengesetzter Polarität.

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Claims

Ansprüche

/1.) Röntgenstrahlen-Detektor, gekennzeichnet —'' durch ein gasförmiges Medium (12), das im wesentlichen undurchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist, zahlreiche im wesentlichen planare Anoden (20; 42), die in dem gasförmigen Medium angeordnet sind, zahlreiche planare Kathoden (16, 18; 33), die in dem gasförmigen Medium angeordnet sind und jeweils etwa äquidistant zwischen zwei Anoden liegen, und Mittel (28) zum Anlegen eines Gleichstrompotentials zwischen die Kathoden und die Anoden.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden (20) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden (20) äquidistant zueinander angeordnet sind.

4. Detektor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden (20) und Kathoden(l6, 18, 38) aus einem Material hergestellt sind, das im wesentlichen undurchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist.

5. Detektor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet , daß jede der Anoden eine ebene dielektrische Platte mit zwei Seiten und zwei metallische Elektroden aufweist, die auf den Seiten der dielektrischen Platte angeordnet sind (Fig. 4, 5)·

6. Detektor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Druckkessel (10) vorgesehen ist, der um die Anoden, Kathoden und das gasförmige Medium herum und diese enthaltend angeordnet ist.

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7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzei chnet , daß der Druckkessel (10) ein Fenster (14 senkrecht zu den Kathoden aufweist, das im wesentlichen durchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist.

8. Detektor nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet j daß das Fenster (14) aus Aluminium oder Kunstharz hergestellt ist.

9. Detektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch geken.nzeicb.net , daß das gasförmige Medium Elemente mit einem Atomgewicht größer als oder gleich wie das Atomgewicht von Argon enthält.

10. Detektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Medium Argon, Krypton oder Xenon ist.

11. Detektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des gasförmigen Mediums zwischen etwa 10 Atmosphären und etwa 50 Atmosphären liegt.

12. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle für das elektrische Potential einen elektrischen Feldgradienten zwischen etwa 10 V/mm und etwa 1000 Y/mm in den Bereichen aufdrücken kann, die die Anoden und die Kathoden trennen.

13. Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe der elektrischen Potential quelle derart gewählt ist, daß der Detektor in dem Ionisationskammermodus arbeitet.

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lh. Röntgenstrahlen-Detektor nach einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine erste Kathode mit einem ebenen leitfähigen Blatt aus
einem Material, das im wesentlichen durchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist,
eine zweite Kathode, die parallel zur ersten Kathode angeordnet ist, zahlreiche Anoden, die in einer zu der ersten
Kathode und der zweiten Kathode äquidistanten Ebene angeordnet sind, ein gasförmiges Abtastmedium, das zwischen den
Anoden und der ersten und der zweiten Kathode angeordnet
ist und das im wesentlichen undurcnlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist, Mittel zum Anlegen eines Gleichstrompotentials zwis.chen die Kathoden und die Anoden, wodurch zwischen den Kathoden und den Anoden ein elektrisches Feld aufdrückbar ist, und Mittel zum Verbinden jeder Anode mit einer Signalverarbeitungsschaltung.

15. Detektor nach Anspruch l'l, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden parallele Stabelemente
aufweisen.

16. Detektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Stabelemente Metalldrähte oder parallele Streifen aus leitfähigem Material aufweisen, die auf einem Blatt bzw. einer Platte aus dielektrischem Material angeordnet sind.

17. Detektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckkessel ein Fenster aufweist, das parallel und benachbart zu der ersten Kathode liegt.

18. Detektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster relativ durchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist.

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