DE2642741A1

DE2642741A1 - Roentgenstrahlen-detektor

Info

Publication number: DE2642741A1
Application number: DE19762642741
Authority: DE
Inventors: John Mapes Houston; Nathan Rey Whetter
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-09-26
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1977-04-07
Also published as: GB1561176A; JPS5270885A; BE846449R; FR2326032B2; DE2642741C2; AU504372B2; GB1561174A; SE7609342L; JPS5831877B2; ES451907A2; AU1804976A; NL7609648A; IT1075856B; SE426118B; FR2326032A2

Description

Röntgenstrahlen-Detektor

Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenstrahlen-Detektoren des Ionisationskammertyps. Insbesondere bezieht sich die

Erfindung auf Multizellen-Detektoren, die ein Hochdruckgas 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 nachweisen. Die Röntgenstrahlen-Irnpulsfolgefrequenz in tomographischen Systemen ist im allgemeinen durch die Rückkehrbzw. 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 Röntgenstrahlung in einem llochdruckgas mit einem hohen Atomgewicht nachgewiesen. Rontgenstrahlenphotonen treten in eine Wechselwirkung mit dem Gas, um Photoelektronen-Ionenpaare in Gegenwart eines elektrischen Feldes zu erzeugen. Die so erzeugten Elektronen werden in einer Reihenanordnung aus positiv geladenen Elektroden gesammelt, um elektrische Ströme im Verhältnis zur Röntgenstrahlenintensität in der Nähe dor Elektroden zu erzeugen. In einer AusfUhrungsform 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 nachgewiesen 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. Eine Ausführungsform 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 Entfernung der Elektronen-Ionenpaare und erlaubt die Verwendung hoher Röntgenstrahlen-Impulsfolgefrequenzen bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen.

Schwere Gasatome, die in den lonisations-Röntgenstrahldetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, tendieren zum Fluoreszieren und strahlen Photonen bei kleiner Energie und niedrigen Röntgenstrahlfrequenzen aus. Diese eine kleine Energie aufweisenden Röntgenstrahl-Photonen haben eine relativ große Reichweite in dem Detektorgas und verschlechtern das räumliche Auflösungsvermögen des Detektors. Die parallelen Platten-elektroden 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 Rontgenstrahlendetektoren 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 nachweisen. Ein sicherer und effizienter Betrieb eines Systems erfordert üblicherweise Detektoren, die mehr als 70 % des auftreffenden Röntgenstrahles nachweisen können, der typischerweise eine Energie in dem Bereich von 30 keV bis 100 keV hat.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen multizellularen Hochdruck-Röntgenstrahldetektor mit hoher Wirksamkeit zu schaffen. Weiter soll ein Hochdruck-Ionisationskammer-Röntgenstrahldetektor geschaffen werden, der, verglichen mit bekannten Detektoren, eine kurze Erholungszeit und verbesserte räumliciie Auflösung hat. Schließlich soll ein multizellularer Detektor geschaffen

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werden, der gegenüber den auflosungsbegrenzenden Wirkungen der Gasfluoreszenz unempfindlich ist. Schließlich sollen multizellulare Röntgenstrahldetektoren geschaffen werden, die geeignet sind zum Einsatz in computerisierten Röntgenstrahl-Tomographiesystemen hoher Geschwindigkeit.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform eines Detektors gemäß der Erfindung mit parallelen metallischen Stabanoden,

Figur 2 eine andere Ausführungsform einer Anodenstruktur für den Detektor gemäß Figur 1,

Figur 3 eine weitere Ausführungsform eines Detektors gemäß der Erfindung mit parallelen Plattenkathoden und -anöden,

Figur 3a eine Ansicht von oben auf den Detektor gemäß Figur 3,

Figur 4 eine andere Ausführungsform einer Anodenstruktur für den Detektor gemäß Figur 3,

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

Figur 6 eine andere Elektroden-Ausführungsform zur Verwendung in dem Detektor der Figur 3 und

Figur 7 eine andere Anoden-Ausführungsform zur Verwendung in dem Detektor der Figur 1.

Röntgenstrahl-Photonen treten mit Atomen von einem schweren Detektorgas in Wechselwirkung, um Elektron/Ion-Paare zu erzeugen. Die Röntgenstrahl-Photonen werden im allgemeinen durch ein Gasatom absorbiert, das ein Photoelektron von einem seiner Elektronenniveaus

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emittiert. Die Photoetektronen bewegen sich durch das Gas, treten in Wechselwirkung mit anderen Gasatomen, ionisieren diese und erzeugen so einen Schauer von Elektronen und positiven Ionen, die auf geeigneten Elektroden gesammelt werden können, um einen elektrischen Stromfluß zu erzeugen. Wenn beispielsweise Xenongas bei einem Druck von etwa 10 Atmosphären mit Röntgenstrahl-Photonen von 60 keV bestrahlt wird, werden Photoelektronen von der 34,5 keV entsprechenden K-Schale bei etwa 25,5 keV abgegeben. Die Photoelektronen von 25,5 keV, die eine Reichweite von etwa 0,1 mm in dem Xenon haben, erzeugen jeweils etwa 800 Elektron/Ion-Paare. Wenn diese Elektron/Ion-Paare 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 elektrische Strom zwischen den Elektroden ist somit eine Funktion der Gesamtzahl von Röntgenstrahl-Photonen, die in der Nähe dieser Elektroden in Wechselwirkung treten.

Die Wahrscheinlichkeit des Nachweises eine Röntgenstrahl-Photons ist .eine Funktion 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. Eine vergrößerter Elektrodenabstand erhöht jedoch die Strecke, entlang der die Elektron/Ion-Paare zum Sammeln wandern müssen, und tendiert somit zur Verlängerung der Erholungs- bzw. Entionisierungszeit des Detektors. Ein vergrößerter elektrischer Feldgradient 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 Feldgradient einen Lawinen-Gasdurchschlag bewirkt und ein stark nicht-lineares Ansprechen in der Nachweisempfindlichkeit hervorruft.

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Die Detektoren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten mit elektrischen Feldgradienten, die für das Verursachen der Elektronen-Multiplikation nicht ausreichen; das bedeutet,, daß sie als Ionisationskammern und nicht als proportionale Zähler charakterisiert werden können. Die Erzeugung der oben beschriebenen Elektron/Ion-Paare 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 Feldgradienten, 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 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 Röntgenstrahl-Photons abgestrahlt» In Xenongas erzeugt beispielsweise die Energieniveauverschiebung von der L-Schale zur K-Schale 29 keV-Röntgenstrahl-Photonen. Die Reichweite dieser sekundären Photonen in dem Hochdruckgas ist im allgemeinen viel größer als die Reichweite der Photoelektronen. Beispielweise haben in Xenon bei einem Druck von 10 Atmosphären 25,5 keV-Photoelektronen eine Reichweite von etwa 1 mm, während 29 keV-Röntgenstrahl-Photonen eine Reichweite von etwa 20 mm haben.

Die sekundären Photonen, die durch die Fluoreszenz der schweren Gasatome bei Erregung durch auftreffende Röntgenstrahl-Photonen erzeugt werden, werden durch andere schwere Gasmoleküle in dem Detektor absorbiert und sind nicht unterscheidbar von den auftreffenden Röntgenstrahl-Photonen. Somit können Photonen, die durch Fluoreszenz im Bereich einer Elektrodenzelle erzeugt werden, durch

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einen Multizellendetektor hindurch zum Bereich einer anderen Elektrodenzelle wandern, wo sie in der gleichen Weise wie auftreffende Röntgenstrahlen nachgewiesen werden. Die K-Schalen-Fluoreszenzeffekt kann also so gesehen werden, daß er zur Verschlechterung der räumlichen Auflösung in Multizellen-Ionisationskammerdetektoren beiträgt.

Figur 1 stellt eine Ausführungsform 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 14, das gegenüber elektromagnetischer Strahlung bei Röntgenstrahlfrequenzen im wesentlichen durchlässig ist. Das Fenster 14 kann aus einem jener Materialien aufgebaut sein, die an sich bekannt und für diesen Zweck in der Strahlennachweistechnik üblicherweise verwendet sind. Beispielsweise können Aluminium, Kunstharz oder eine Matrix aus Kunstharz, die durch Metalle mit niedrigen Atomzahlen verstärkt ist, verwendet werden. 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 Röntgenstrahlfreuenzen 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 Röntgenstrahl-Photonen 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.

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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 können 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 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 24 durch den Druckessel 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 dem Kathodenleiter 30 und den 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 eta 100 V/mm und etwa 300 V/mm.

Einfallende 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 Röntgen-

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strahlen treten in eine Wechselwirkung mit den Atomen des Gases 12, um Elektron/Ion-Paare 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 für die Tomographie bekannter Weise zusammengefaßt werden, um ein' Bild von der Röntgenstrahlintensität entlang der Linie der Anoden zu gewinnen.

Diese Ausführungsform des Detektors erzielt eine hohe Empfindlichkeit und eine relativ schnelle Ansprechzeit. Elektron/Ion-Paare, 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 den Nachweis 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 zum Nachweis zur Verfügung stehende Gasvolumen ist somit das doppelte, das bei einem einfachen planaren Detektor zur Verfügung steht.

Eine andere Ausführungsform einer Anodenstruktur 20, die für eine Verwendung in dem Detektor gemäß Figur 1 geeignet ist, ist in Figur 2 dargestellt. In dieser Ausführungsform bilden die Anoden eine Reihe paralleler Metallstreifen 34, die auf der Oberfläche einer Platte aus dielektrischem Material 30 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 in üblicher Weise befestigt werden, beispielsweise durch Dampfabscheidung, Siebdruck oder eine Klebeverbindung. Leiterdrähter 22 sind mit den einzelnen Metallstreifen 34 verbunden und führen in der oben beschriebenen Weise durch den Druckkessel 10 hindurch.

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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 sind einzeln mit zahlreichen Leitern 22 verbunden,- die mittels dielektrischer Durchführungen 24 durch den Druckkessel geführt sind. Eine metallische Plattenkathode 38 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 33 geeignet. Beispielsweise sind in einem typischen Detektor die Anoden- und Kathodenplatten aμ3 0,05 mm dicken Molybdän- oder V/olframblättern hergestellt. Der Kathodenleiter 30 und die Anodenleiter 22 sind elektrisch mit einer SignalVerarbeitungseinrichtung 26 und einer Potentialquelle 2 8 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 Kathodenplatten 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. Elektron/Ion-Paare die durch Wechselwirkung des Gases 12 mit den Photonen 32 erzeugt werden, 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 Röntgenstrahl-^Jiotonen, die in dem Raum zwischen der Anode und dem benachbarten Kathodenpaar 38 mit dem Gas 12 in Wechselwirkung treten.

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Diese Ausführungsform des Detektors ist unempfindlich gegenüber den die Auflösung begrenzenden E ff ei-: ten der Röntgenstrahlenfluoreszenz an der K-Jcnale. Alle Röntgenstrahlenphotonen, die durch Fluoreszenz in dem Bereic.i zv/isciien einer Anodenplatte ^l\2 und einer Kathodenplatte 33 erzeugt v/erden, müßten durch eine Kathodenplatte 38 treten, bevor .3ie in der Lage sein würden, Elektron/Ion-Paare zu erzeugen, die zu einer benachbarten Anode wandern würden. Wie bereits ausgeführt wurde, sind die Kathodenplatten 33 aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen undurchlässig; für Röntgenstrahl-Photonen ist, und das Auftreffen von Fluoreszenz-Röntgenstranleriphotonen mit ausreichender Reichweite um in benachbarten Anoaenzellen Strom zu erzeugen, ist dadurcii stark vermindert. Die Anodenstrukturen 42 und Kathodenstrukturen 38 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegen parallel zur Richtung des Auftreffens der Photonen. Die Platten der Anoden ^l\2 und Kathoden 38 können deshalb in einem relativ engen Abstand zueinander liegen, wodurch ein Detektor mit einer kurzen Erholungs- 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 dielektriscnes Blatt HG auf, das beispielsweise aus Keramik, Glimmer oder einem Kunstnarzblatt (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

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BAD ORIGINAL

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 Metallblätturn 44 gesammelt und getrennt zu der Signalverarbeitungseinrichtung 26 (siehe Figur 3) übertragen. Das räumliche Auflösungsvermögen des Detektors wird dadurch um einen Faktor zwei vergrößert.

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 v/erden, um eine gekrümmte Plattenausrichtung zu erzielen, die für eine Abtastung eines divergierenden Röntgenstrahles geeignet ist.

Der Elektron/Ion-Strom, der innerhalb der Ionisationskammern fließt, ist typischerweise sehr gering und kann in der gleichen Größenordnung liegen, wie die auf den Strukturen fließenden Leckströme. Diese Leckströme, die Geräusch induzieren können oder den Betrieb der Detektorverstärkerelektronik beeinträchtigen können, können aus dem DetektorStromkreis auf Schutzringe abgezogen werden, die zwischen benachbarten Elektroden auf- den Elektrodenstützstrukturen angeordnet sind und beim Anodenpotential betrieben werden.

Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Elektrodenstruktur zur Verwendung in dem Detektor der Figur 3. Die Schutzringelemente 52 sind auf Stützstäben 50 zwischen den Kathodenplatten 38 und den Anodenplatten 42 angeordnet, um die Oberflächenleckströme, die sonst dazwischen fließen könnten, abzuziehen. Die Schutzringe sind gemäß dem positiven Anschluß der Potentialquelle 28 parallel

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mit der Signalverarbeitungseinrichtung 26 verbunden.

Figur 7 ist eine andere Ausführungsform der Anode der Figur 2, die Schutzringelemente 54 einschließt, die zwischen benachbarten Anodenstreifen 34 auf der dielektrischen Folie 36 angeordnet sind. Die Schutzringe sind verbunden und wirken in der oben beschriebenen Weise zum Abziehen von Oberflächenleckströmen.

Es ist somit ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung Röntgenstrahlendetektoren schafft, die elektrische Signale in Abhängigkeit von einer linearen Raumverteilung von Röntgenstrahlintensitäten erzeugen. Die Strukturen gestatten den Aufbau von Detektoren mit hoher Empfindlichkeit, kurzer Erholungs- 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

f 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; 38), die in dem gasförmigen Medium angeordnet sind und jeweils etwa abstandsgleich 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, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden (20) abstandsgleich zueinander angeordnet sind.
4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden (20) und Kathoden (16, 18, 38.) aus einem Material hergestellt sind, das im wesentlichen undurchlässig für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfreguenzen ist.
5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Anoden eine ebene dielektrische Platte mit zwei Seiten und zwei metallischen Elektroden aufweist, die auf den Seiten der dielektrischen Platte angeordnet sind.
6. Detektor nach Anspruch 4, 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 gekennzeichnet , 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 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster (14) aus Aluminium oder Kunstharz hergestellt ist.
9. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Medium Elemente mit einem Atomgewicht größer als oder gleich dem Atomgewicht von Argon enthält.
10. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Medium Argon, Krypton oder Xenon ist.
11. Detektor nach Anspruch 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 V/mm in den Bereichen aufdrücken kann, die die Anoden und die Kathoden trennen.
13. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe der elektrischen Potentialquelle derart gewählt ist, daß der Detektor in dem Ionisationskammermodus arbeitet.
14. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er weiter eine dielektrische Stützeinrichtung umfaßt, die zwischen den Anoden und den Kathoden

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angeordnet ist, sowie Schutzringe, die auf der Oberfläche der Stützeinrichtung zwischen benachbarten Anoden und Kathoden angeordnet sind.
15. Röntgenstrahl-Detektor, gekennzeichnet durch eine erste Kathode, die ein flaches leitendes Blech aus einem Material umfaßt, das für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlfrequenzen im wesentlichen durchlässig ist,

eine zweite Kathode parallel zu der ersten Kathode, eine Mehrzahl von Anoden, die in einer Ebene angeordnet sind, die abstandsgleich zwischen der ersten und der zweiten Kathode liegt,

ein gasförmiges Nachweismedium zwischen den Anoden und der ersten und der zweiten Kathode, das für elektromagnetische Strahlung bei Röntgenstrahlfrequenzen im wesentlichen undurchlässig ist,

eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Gleichet;rompotentials zwischen den Kathoden und Anoden, wodurch zwischen den Kathoden und den Anoden ein elektrisches Feld aufgedrückt ist und eine Einrichtung zum Verbinden jeder der Anoden mit einer Signalverarbeitungsschaltung.
16. Detektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke der Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Gleichstrompotentials derart ist, daß der Detektor nach Art einer Ionisationskammer arbeitet.
17. Detektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden parallele Stabelemente umfassen.
18. Detektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Stabelemente Metalldrähte umfassen.

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19. Detektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Stabelemente parallele Streifen aus leitendem Material umfassen, die auf einer Platte aus dielektrischem Material angeordnet sind.
20. Detektor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß er weiter Schutzringelemente umfaßt, die zwischen benachbarten Streifen des leitenden Materials auf der dielektrischen Platte angeordnet sind.
21. Detektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Medium aus Argon, Krypton oder Xenon ausgewählt ist.
22. Detektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Medium Elemente mit einem Atomgewicht größer als oder gleich dem Atomgewicht von Argon enthält.
23. Detektor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Nachweismedium einen Druck zwischen etwa 10 und etwa 50 Atmosphären aufweist.
24. Detektor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß ein Druckkessel um die Anoden, Kathoden und das gasförmige Nachweismedium herum angeordnet ist und diese enthält.
25. Detektor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckkessel ein Fenster umfaßt, das parallel und benachbart der ersten Kathode liegt.
26. Detektor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster gegenüber elektromagnetischer Strahlung bei Rontgenstrahlfrequenzen relativ durchlässig ist.

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27. Detektor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster aus Aluminium besteht.
28. Detektor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster aus Kunstharz besteht.
29. Detektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Gradient des elektrischen Feldes zwischen etwa 10 V/mm und etwa 1000 V/mm liegt.

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