DE2642741C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlen- Detektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (Zusatz zu DE-PS 26 07 801).

Ein als Proportionalzähler arbeitender Detektor ist aus der DE-AS 20 25 136 bekannt. Dort sind eine Vielzahl von Anodendrähten entlang einer Fläche parallel zueinander angeordnet. In gleichmäßigem Abstand zur Anodendraht- Fläche ist mindestens eine Kathode vorgesehen, die in eine Vielzahl von einzelnen ebenen Abschnitten aufge­ teilt ist. Die Kathodenplatten sind senkrecht zur ein­ fallenden Strahlung angeordnet und müssen deshalb für die Strahlung durchlässig sein. Bei dieser Anodendraht- Kathodenplattenanordnung wird die erforderliche Genauig­ keit durch ungleichförmige oder nicht homogene Felder beeinträchtigt.

Bei einem dem vorstehend beschriebenen, bekannten Detektor ähnlichen Detektor gemäß der DE-AS 19 19 824 bestehen die Anoden und Kathoden aus Metallstreifen, wobei das Verhältnis von Breite zu gegenseitigem Abstand der Metall­ streifen für die Anoden kleiner als für die Kathoden ist. Auch bei diesem bekannten Detektor sind die Metallstreifen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung angeordnet und müssen deshalb strahlungsdurchlässig sein. Bei Anferti­ gung einer Röntgen- oder Gamma-Aufzeichung einer Probe mit größenordnungsmäßig gleichen Abmessungen muß ein Kolli­ mator vorgesehen sein, der insbesondere den Raumbedarf und die Kosten erhöht.

Aus der US-PS 36 09 435 ist ein Ionisationskammerdetektor bekannt, bei dem eine einzelne Kathodenplatte zwischen zwei elektrisch miteinander verbundenen Anodenplatten etwa parallel zur einfallenden Strahlung angeordnet ist. Dort bilden die Elektrodenplatten nur eine einzige Detektor­ zelle, in der die Elektrodenplatten in einem großen Abstand von 12,5 mm angeordnet sind und, wie das Fenster des Detek­ tors, aus strahlendurchlässigem Aluminium bestehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Röntgenstrahlen-Detek­ toren der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln eine schnelle und sichere Ab­ tastung mit hohen Auflösungsvermögen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent­ anspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß die zahlreichen eng beanstandeten, im wesentlichen parallelen plattenförmigen Elektroden, die im wesentlichen parallel zu einem auftreffenden Röntgenstrahlenbündel liegen, ein gleichförmiges elek­ trisches Feld ausbilden sowie eine prompte Beseitigung der Elektronen-Ionenpaare und somit die Verwendung hoher Röntgenstrahlen-Impulsfolgefrequenzen bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen gestatten. Dabei sorgen die zusätzlich vorgesehenen Schutzringe für eine Ableitung von Streu­ strömen, die anderenfalls zwischen den Elektroden flie­ ßen könnten.

Der erfindungsgemäße Röntgenstrahlen-Detektor ermöglicht einen sicheren und effizienten Betrieb, bei dem mehr als 70% der auftreffenden Röntgenstrahlen erfaßt werden, die typischerweise eine Energie in dem Bereich von 30 keV bis 100 keV haben. Daher kann auch bei einer Tomographie- Untersuchung notwendige gesamte Strahlendosis auf ein Minimum reduziert werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Detektors gemäß der Erfindung mit parallelen Kathoden- und Anodenplatten.

Fig. 2 ist eine Ansicht von oben auf den Detektor gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Schutzringanordnung in einem Detektor gemäß den Fig. 1 und 2.

Fig. 1 und 2 stellen ein Ausführungsbeispiel eines Multi­ zellen-Röntgenstrahlendetektors gemäß der Erfindung dar. Ein Behälter 10, im folgenden Druckkessel genannt, ent­ hält ein Detektorgas 12 auf einem hohen Druck. Die eine Seite des Druckkessels 10 bildet ein dünnes Fenster 14, das gegenüber elektromagnetischer Strahlung bei Röntgen­ strahlenfrequenzen im wesentlichen durchlässig ist. Das Fenster 14 kann aus einem jener Materialien aufgebaut sein, die an sich bekannt und für diesen Zweck in der Strahlenabtasttechnik üblicherweise verwendet sind. Bei­ spielsweise können Aluminium, Kunstharz oder eine Matrix aus Kunstharz verwendet werden, das durch Metalle mit niedrigen Atomzahlen verstärkt ist. Der Begriff "im wesent­ lichen durchlässig", wie er hier verwendet ist, bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Röntgenstrah­ lung in eine Wechselwirkung mit dem Fenstermaterial tritt, viel kleiner ist als die Wahrscheinlichkeit, daß die Röntgen­ strahlung 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 elektro­ magnetische Strahlung bei Röntgenstrahlenfrequenzen ist. Wie er hier verwendet ist, bedeutet der Begriff "im wesent­ lichen undurchlässig", daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Röntgenstrahlung mit dem Detektorgas 12 in Wechsel­ wirkung kommt, viel größer ist als die Wahrscheinlichkeit, daß die elektromagnetische Strahlung in eine Wechselwir­ kung mit dem Fenster 14 tritt. Die Gasart, der Gasdruck und der Elektrodenabstand sind unter Verwendung bekannter Methoden so gewählt, daß ein großer Bruchteil (typischer­ weise mehr als 70%) der auftreffenden Röntgenstrahlen­ 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. 39,9) haben. Der Druck liegt zwischen etwa 10 Atmosphären und etwa 50 Atmosphären. Zahlreiche ebene Anodenplatten 42 sind innerhalb des Druckkessels 10 fluchtend in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem Fenster 14 ange­ ordnet. Die Anodenplatten 42 sind einzeln mit zahlreichen Signalleitern 22 verbunden, die mittels dielektrischer Durchführungen 24 durch den Druckkessel geführt sind. Eine metallische Kathodenplatte 38 ist äquidistant zwischen jeder der Anodenplatten 42 angeordnet. Die Kathodenplat­ ten 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 Röntgenstrahlen­ frequenzen sind. Metalle mit hoher Ordnungszahl, wie bei­ spielsweise Molybdän, Tantal oder Wolfram, sind für eine Verwendung als Anodenplatten 42 und Kathodenplatten 38 geeignet. Beispielsweise sind in einem typischen Detek­ tor die Anoden- und Kathodenplatten um 0,05 mm dicken Molybdän- oder Wolframblättern hergestellt. Der Katho­ denleiter 30 und die Anodenleiter 22 sind elektrisch mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 26 und einer Span­ nungsquelle 28 in der oben beschriebenen Weise verbunden.

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

Dieses Ausführungsbeispiel des Detektors ist unempfind­ lich gegenüber den die Auflösung begrenzenden Effekten der Röntgenstrahlenphotonen, die durch Fluoreszenz in dem Bereich zwischen einer Anodenplatte 42 und einer Kathodenplatte 38 erzeugt werden. Diese müßten durch eine Kathodenplatte 38 treten, bevor sie in der Lage sein würden, Elektronen-Ionenpaare zu erzeugen, die zu einer benachbarten Anoden wandern würden. Wie bereits ausgeführt wurde, sind die Kathodenplatten 38 aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen undurchlässig für Röntgen­ strahlenphotonen ist, und das Auftreffen von Fluoreszenz- Röntgenstrahlenphotonen mit ausreichender Reichweite, um in benachbarten Detektorzellen Strom zu erzeugen, ist dadurch stark vermindert. Die Anodenplatten 42 und Kathoden­ platten 38 gemäß dem beschriebenen Ausführungbeispiel liegen parallel zur Richtung der eintretenden Photonen. Die Anoden- und Kathodenplatten 42, 38 können deshalb in einem relativ engen Abstand zueinander liegen, wodurch ein Detektor mit einer kurzen Erholungs- bzw. Entionisie­ rungszeit 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.

Fig. 3 zeigt Schutzringe 52, die auf Stützstäben 50 zwischen den Kathodenplatten 38 und den Anodenplatten 42 angeordnet sind, um die Oberflächenleckströme, die sonst dazwischen fließen könnten, abzuziehen. Die Schutzringe 52 sind gemäß dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 28 parallel mit der Signalverarbeitungseinrichtung 26 verbunden.

Die Elektroden sind in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung der ein­ fachen Beschreibung halber als "Kathoden" und "Anoden" bezeichnet worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Polarität der an diese Elektroden angelegten elektri­ schen Potential umgekehrt werden kann, ohne daß der Er­ findungsgedanke beeinträchtigt wird. Die Begriffe "Kathode" und "Anode", wie sie hier verwendet werden, bedeuten also Elektroden erster und zweiter Art mit entgegengesetzter Polarität.

Claims (5)

1. Röntgenstrahlen-Detektor zur Erfassung der linearen Raumverteilung der Intensität von Röntgenstrahlen mit

• a) einem Behälter, in dem sich ein Detektorgas befindet, das die Röntgenstrahlen absorbiert,
• b) einem Fenster in dem Behälter, das für die Röntgen­ strahlen im wesentlichen durchlässig ist,
• c) einer Vielzahl von in dem Behälter angeordneten Detek­ torzellen, die auf die Röntgenstrahlen gerichtet sind, wobei
• d) jede Detektorzelle eine zwischen zwei plattenförmigen Elektroden erster Art angeordnete Elektrode zweiter Art aufweist,
• e) einer Einrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen die Elektroden erster und zweiter Art, und
• f) einer Signalverarbeitungseinrichtung zum Messen und Verarbeiten des Stroms jeder Elektrode einer der beiden Arten, wobei
• g) jede Elektrode zweiter Art plattenförmig ausgebildet und im wesentlichen parallel und mit etwa gleichem, engem Abstand zwischen zwei plattenförmigen Elektroden erster Art angeordnet ist, derart, daß die alternierend ange­ ordneten plattenförmigen Elektroden erster und zweiter Art einen Stapel bilden, in dem
• h) die plattenförmigen Elektroden erster und zweiter Art im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung der nachzuweisenden Röntgenstrahlen angeordnet sind,
• i) die nicht mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbun­ denen plattenförmigen Elektroden ein für Röntgenstrahlen im wesentlichen undurchlässiges Material enthalten, und
• j) die Gleichspannung so gewählt ist, daß jede Detektor­ zelle als Ionisationskammer ohne Lawinendurchbruch arbei­ tet (gemäß DE-PS 26 07 801),

dadurch gekennzeichnet, daß

• k) zwischen den Elektroden (38, 42) erster und zweiter Art eine dielektrische Stützeinrichtung (50) angeordnet ist, auf deren Oberfläche Schutzringe (52) angeordnet sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elektroden (38, 42) erster und zweiter Art jeweils im Abstand von 2 mm angeordnet sind.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elektroden (38, 42) erster und zweiter Art durch Metallplatten gebildet sind.

4. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elektroden (38) erster Art die Kathoden und die plattenförmigen Elek­ troden (42) zweiter Art die Anoden bilden.