DE2712771A1 - DIRECT IMAGE AMPLIFIER - Google Patents

DIRECT IMAGE AMPLIFIER

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    • H01J31/501—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output with an electrostatic electron optic system

Description

PATSMTANWALTPATSMTANWALTY Dipl. ing. B. HOLZEKDipl. Ing. B. HOLZEK BLABB-BTRAeBE 1«BLABB-BTRAeBE 1 «

8Θ00 AUQBBUHQ8Θ00 AUQBBUHQ

TBLFFOK ·1β«1Β TRLEX SSSBOI *TBLFFOK · 1β «1Β TRLEX SSSBOI *

R.R.

Augsburg, den 21. März 1977Augsburg, March 21, 1977 Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London, SWlE 6AT,Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London, SWlE 6AT,

EnglandEngland

DirektbildverstärkerDirect image intensifier

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Die Erfindung betrifft einen Direktbildverstärker mit einer evakuierten Glasröhre, die an ihrem einen Ende einen Eingangs-Pluoreszenzschirm und an ihrem anderen Ende einen kleineren Ausgangs-Fluoreszenzschirm aufweist.The invention relates to a direct image intensifier with an evacuated glass tube at one end has an input fluorescent screen and at its other end a smaller output fluorescent screen.

Dabei bezieht sich die Erfindung auf Direktbildverstärker für die Anwendung in Verbindung mit energiereicher Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Neutronenstrahlung,The invention relates to direct image intensifiers for use in connection with high-energy Radiation, e.g. X-ray or neutron radiation,

Bekannte Bildverstärker arbeiten entweder indirekt oder direkt. Bei einem indirekten Bildverstärker findet ein optisches System Anwendung, durch welches das auf dem Leuchtstoff eines Eingangs-Fluoreszenzschirms erzeugte Bild von einem Verstärkersystem abgetastet werden kann, das unter einem Winkel zu dem auf den Eingangs-Pluoreszenzschirm einfallenden Snergiestrahl angeordnet ist. Diese indirekten Bildverstärker weisen einen beträchtlich geringeren Wirkungsgrad als ein Direktbildverstärker auf, bei welchem der Eingangs-Pluoreszenzschirm und der Ausgangs-Fluoreszenzschirm in der Achse des Energiestrahls liegen. Die Ursache des geringeren Wirkungsgrades indirekter Bildverstärker liegt in dem Abstand des Eingangs-Fluor es zenzschinns vom Verstärkungssystem und den im optischen System entstehenden Verlusten.Known image intensifiers work either indirectly or directly. With an indirect image intensifier an optical system application by which the generated on the phosphor of an input fluorescent screen Image can be scanned by an amplifier system at an angle to that on the input fluorescent screen incident ray of energy is arranged. These indirect image intensifiers have a considerably lower level Efficiency as a direct image intensifier in which the input fluorescent screen and the Exit fluorescent screen lie in the axis of the energy beam. The cause of the lower efficiency is more indirect Image intensifier lies in the distance of the input fluorine from the intensification system and the im optical system losses.

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Ein weiteres Problem bei bekannten Bildverstärkern liegt darin, daß, je höher die Energie des einfallenden Strahles ist, desto geringer der von der Leuchtstoffschicht zurückgehaltene Anteil dieser Energie ist. Wird der Leuchtstoffschirm dicker gemacht, um mehr Energie zurückzuhalten, so geht ein größerer Anteil des von herkömmlichen Leuchtstoffen erzeugten Lichtes durch seitliche Abstrahlung verloren, da dieser Lichtanteil den Ausgangs-Pluoreszenzschirm nicht erreicht. Bei herkömmlichem Leuchtstoff ist also eine optimale Dicke gegeben, bei deren Überschreitung der Wirkungsgrad des Bildverstärkers herabgesetzt wird.Another problem with known image intensifiers is that the higher the energy of the incident The lower the beam from the phosphor layer retained portion of this energy is. The fluorescent screen is made thicker to provide more energy hold back, a larger proportion of the light generated by conventional phosphors will pass through Lateral radiation is lost because this portion of the light does not reach the exit fluorescent screen. With conventional An optimal thickness is thus given to the phosphor; if it is exceeded, the efficiency of the image intensifier is reduced will.

Ein neuerdings vorgeschlagenes Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Bildverstärkers sieht die Verwendung einer dünneren, stärker absorbierenden Leuchtstoffschicht aus Werkstoffen wie beispielsweise mit Terbium aktiviertem Gadolinium-Oxysulfid oder aus Jodid-Werkstoffen vor, die eine größere Absorptionsfähigkeit besitzen. A recently proposed method for increasing the efficiency of an image intensifier provides for the use of a thinner, more strongly absorbing phosphor layer made from materials such as, for example, gadolinium oxysulfide activated with terbium or from iodide materials, which have a greater absorption capacity.

Auch diese neueren Entwicklungen sind jedoch bei sehr energiereicher Strahlung, deren Energie beispielsweise im Bereich von 8 MeV liegt, immer noch unzureichend.However, even these more recent developments are still inadequate in the case of very high-energy radiation, the energy of which is, for example, in the range of 8 MeV.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in Verbindung mit energiereicher Strahlung verwendbaren Bildverstärker zu schaffen, der den besseren Wirkungsgrad eines Direktbildverstärkers und zugleich einen verbesserten Eingangs-Fluoreszenzschirm aufweist.The invention is based on the object of an image intensifier that can be used in connection with high-energy radiation to create the better efficiency of a direct image intensifier and at the same time an improved one Has input fluorescent screen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Direktbildverstärker der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs-Fluoreszenzschirm als Verbundschirm mit einer Metallschicht, einer diese überdeckenden Leuchtstoffschicht und einer diese ihrerseits überdeckenden Photokathodenschicht ausgebildet ist.In order to achieve this object, a direct image intensifier of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention characterized in that the input fluorescent screen is a composite screen with a metal layer, one covering it Phosphor layer and a photocathode layer covering this in turn is formed.

Die Metallschicht des Verbundschirms kann als dünne Folie eines Metalles ausgebildet sein, dessen Ordnungszahl gleich oder größer derjenigen von Kupfer, nämlich 29, ist. Beispiele solcher Metalle sind Kupfer, Wolfram, Tantal oder Blei. Der Verbundschirm kann in diesem Falle an ein Trägerelement aus einem verhältnismäßig strahlungsdurchlässigen Werkstoff gebunden sein.The metal layer of the composite screen can be designed as a thin film of a metal whose atomic number is equal to or greater than that of copper, namely 29, is. Examples of such metals are copper, tungsten, tantalum or lead. The composite screen can in this case be bound to a carrier element made of a relatively radiation-permeable material.

Der Leuchtstoff kann aus geeignet aktivierten Oxysulfiden vieler Metalle der Seltenen Erden wie beispielsweise Gadolinium, Yttrium, Lutetium oder Lanthan ausgewählt sein.The phosphor can be made from suitably activated oxysulfides of many rare earth metals such as, for example Gadolinium, yttrium, lutetium or lanthanum be selected.

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Vorzugsweise findet mit Terbium aktiviertes Gadolinium-Oxysulfid Anwendung.Gadolinium oxysulfide activated with terbium is preferred Use.

Alternativ dazu können szintillierende Werkstoffe auf Jodid-Basis Anwendung finden, beispielsweise mit Natrium aktiviertes Cäsiumjodid.Alternatively, scintillating materials based on iodide can be used, for example with Sodium activated cesium iodide.

Ist die Metallschicht des Verbundschirms als Folie ausgebildet, so sind bei einer gegebenen Kombination die Dicken der Folie und des Leuchtstoffes, die für eine bestmögliche Wirksamkeit der Folien-Leuchtstoffkombination in dem zur Anwendung kommenden Strahlungsenergiebereich erforderlich sind, durch einfache Versuche zu ermitteln. Die Dicke der Leuchtstoffschicht wird dabei im Bereich von 100 μπι bis 200 um liegen, während die Folie eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm hat.If the metal layer of the composite screen is in the form of a foil, then for a given combination the thicknesses of the foil and the luminescent material which are necessary for the best possible effectiveness of the foil-luminescent material combination in the radiation energy range used can be determined by simple experiments. The thickness of the phosphor layer is thereby μπι in the range of 100 to 200 microns, while the film mm, a thickness in the range of 0.05 to 0.5 mm.

Das Trägerelement kann ein Alumiumblech oder eine Glasschicht sein, das bzw. die sich an der Röhrenfrontseite befindet.The carrier element can be an aluminum sheet or a layer of glass that is located on the front of the tube is located.

Ein Ausführungsbeispiel eines Direktbildverstärkers nach der Erfindung ist in der anliegenden Zeichnung dargestellt. An embodiment of a direct image intensifier according to the invention is shown in the accompanying drawing.

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•1•1

Dieser Direktbildverstärker weist eine Bildverstärkerröhre 2 auf, die ihrerseits einen Glaskolben und einen an einer Röhrenstirnseite k angeordneten Eingangs-Fluoreszenzschirm 3 und an der anderen Röhrenstirnseite 6 angeordneten kleineren Ausgangs-Fluoreszenzschirra 20 aufweist. Die Röhre ist evakuiert und enthält Elektroden 3 zur Fokussierung von vom Eingangs-Fluoreszenzschirm zum Ausgangs-Fluoreszenzschirm emittierten Elektronen.This direct image intensifier has an image intensifier tube 2, which in turn has a glass bulb and an input fluorescent screen 3 arranged on one tube end face k and a smaller output fluorescent shield 20 arranged on the other tube end face 6. The tube is evacuated and contains electrodes 3 for focusing electrons emitted from the input fluorescent screen to the output fluorescent screen.

Der Eingangsschirm besteht aus einem Einsatz mit einer bei Röntgenstrahlung fluoreszierenden Leuchtstoffschicht 10, an welche eine Photokathodenschicht 12 angrenzt, die das von der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht in Elektronen umsetzt. Vor der Leuchtstoffschicht 10 befindet sich eine Metallschicht 14 aus einem Metall mit hoher Ordnungszahl, beispielsweise Kupfer, welche die energiereichen Röntgenphotonen auf eine Geschwindigkeit abbremst, bei welcher sie den Leuchtstoff aktivieren. Dadurch ergibt sich ein verbesserter Umwandlungswirkungsgrad des Eingangsschirmes. Der Leuchtstoff kann aus einer der oben erwähnten Verbindungen bestehen, die mit der Metallfolie Ik verträglich ist. Vorzugsweise ist der Leuchtstoff jedoch mit Terbium aktiviertes Qadolinium-0xy3ulfid.The input screen consists of an insert with a phosphor layer 10 which fluoresces with X-rays and which is adjoined by a photocathode layer 12 which converts the light generated by the phosphor layer into electrons. In front of the phosphor layer 10 there is a metal layer 14 made of a metal with a high atomic number, for example copper, which decelerates the high-energy X-ray photons to a speed at which they activate the phosphor. This results in an improved conversion efficiency of the input screen. The phosphor can consist of one of the above-mentioned compounds that are compatible with the metal foil Ik. Preferably, however, the phosphor is terbium activated qadolinium oxy3ulfide.

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'40''40'

Der Einsatz kann durch Vakuumaufdampfung des Leuchtstoffes auf die Metallfolie und anschließendes Aufbringen des Photokathodenwerkstoffes auf den Leuchtstoff hergestellt werden. Zur Herstellung der mechanischen Festigkeit, die erforderlich ist, um dem im Inneren der Röhre herrschenden Vakuum standhalten zu können, iet die Leuchtstoffschicht mit der Metallfolie an ein Trägerelement 16 gebunden, das duch ein äußeres Aluminiumblech 16 gebildet ist, das für den Energiestrahl verhältnismäßig durchlässig ist und auf den Wirkungsgrad des Eingangsschirmes als Ganzes nur geringen Einfluß hat. Die Dicke des Aluminiumbleches sollte entsprechend der erforderlichen Festigkeit so klein wie möglich sein.It can be used by vacuum evaporation of the phosphor onto the metal foil and subsequent application of the photocathode material can be produced on the phosphor. To produce the mechanical strength, which is necessary in order to be able to withstand the vacuum prevailing inside the tube, is the fluorescent layer bound with the metal foil to a carrier element 16 which is formed by an outer aluminum sheet 16, which is relatively permeable to the energy beam and to the efficiency of the input screen as a whole has little impact. The thickness of the aluminum sheet should be so according to the required strength be as small as possible.

Der gesamte Eingangsschirm 3 i3t als Einsatz mit einem Durchmesser von 30 cm ausgebildet und in das Glas eingelassen und ist an seinem Umfang unter Verwendung einer abgestuften Glasdichtung an das Glas gebunden. The entire input screen 3 I3T formed as an insert having a diameter of 30 cm and embedded into the glass and is bonded at its periphery using a graded glass seal to the glass.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Trägerelement 16 als Glasfront ausgebildet sein, welche die erforderliche mechanische Festigkeit aufweist und die Aluminiumschicht ersetit. Die Leuchtstoffschicht und die Metallfolie sind in das Glas eingelassen oder an das Glas gebunden oder können einfach auf die Glasfront aufgebracht sein,According to an alternative embodiment, the carrier element 16 can be designed as a glass front which has the required mechanical strength and replaces the aluminum layer. The phosphor layer and the metal foils are embedded in the glass or bound to the glass or can simply be applied to the glass front,

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Die Verfahren zum Auftragen oder Binden des Leuchtstoffes auf die Metalle oder das Glas des Verbundschirms und die zum Einsetzen des Eingangsschirmes in den Glaskolben erforderliche abgestufte Glasdichtung sind an sich bekannt, jedoch verhältnismäßig komplex und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben. Beispielsweise können herkömmliche Vakuumaufdampfverfahren in der gleichen Weise wie bei der Fertigung bekannter RöntgenbiIdverstärker Anwendung finden.The methods of applying or bonding the phosphor to the metals or glass of the composite screen and the stepped glass seal required to insert the input screen into the glass envelope are known per se, but are relatively complex and are therefore not described in detail. For example, conventional vacuum evaporation processes can be used in the same manner as in the manufacture of known X-ray image intensifiers.

Die Dicken der Metallschicht und der Leuchtetoffschicht werden optimal gewählt, um eine maximale Anregung des Leuchtstoffes sowohl durch Strahlung hoher Energie, die durch die Polie hindurchgelangt, als auch durch Sekundärphotonen niedrigerer Energie, die von der Polie zerstreut werden, zu erhalten.The thicknesses of the metal layer and the phosphor layer are optimally selected in order to maximize the excitation of the luminescent material by radiation of high energy, which passed through the polie, as well as secondary photons of lower energy, those from the polie to be scattered, to receive.

Die Leuchtstoffschicht 10 aus Oxysulfiden der Metalle der Seltenen Erden oder Cäsiumjodid weist eine größere Strahlungsabsorptionsfähigkeit als herkömmliche Leuchtstoffe auf, so daß sie einen größeren Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Röntgenphotonen in Licht aufweist und auch durch Photonen höherer Energie angeregt wird. Folglich weist eine im Verhältnis zu herkömmlichem Leuchtstoff dünnere Leuchtstoffschicht die gleiche Absorptionsfähigkeit The phosphor layer 10 made of oxysulfides of the rare earth metals or cesium iodide has a greater radiation absorption capacity than conventional phosphors, so that it has a greater efficiency in converting the X-ray photons into light and is also excited by photons of higher energy. As a result, a phosphor layer that is thinner than conventional phosphor has the same absorptivity

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auf, was die seitliche Lichtstreuung durch den Leuchtstoff herabsetzt. Das eine hohe Ordnungszahl besitzende Metall der Metallschicht lh weist ebenfalls eine hohe Strahlungsabsorptionsfähigkeit auf und seine Dicke kann der Leuchtstoffs chicht so angepaßt werden, daß der Wirkungsgrad des gesamten Schirmes auf ein Maximum erhöht wird.on, which reduces the lateral light scattering by the phosphor. The metal of the metal layer lh, which has a high atomic number, also has a high radiation absorption capacity and its thickness can be adapted to the phosphor layer in such a way that the efficiency of the entire screen is increased to a maximum.

Durch die Pfeile 22 angedeutete Röntgenstrahlung, die durch ein zu untersuchendes Objekt 21I hindurchfällt, trifft auf den Eingangsschirm des Bildverstärkers auf. Das auf der Photokathode des Eingangsschirms erzeugte Bild wird verstärkt und durch die Anode 18 auf den Ausgangsschirm 20 fokussiert, der als herkömmlicher Bildverstärker-Ausgangsschirm ausgebildet sein kann. Das sich ergebende verstärkte Bild wird durch ein nicht gezeigtes Abtastsystem, beispielsweise ein Fernsehsystem, abgetastet, das Einrichtungen zur Herstellung einer dauerhaften Aufzeichnung des Bildes, beispielsweise mittels eines Videobandgeräts oder eines fotografischen Bildaufzeichnungsgeräts, enthalten kann. Ein derartiger Bildverstärker kann zur Herstellung von Bildern von Objekten unter Verwendung der Neutronen-Radiographie Anwendung finden, wobei der Eingangsschirm eine hochwertige Aluminiumfolie mit einer vakuumaufgedarapften Gadolinium- X-rays indicated by the arrows 22, which pass through an object 2 1 1 to be examined, impinge on the input screen of the image intensifier. The image produced on the photocathode of the input screen is amplified and focused through the anode 18 onto the output screen 20, which can be designed as a conventional image intensifier output screen. The resulting enhanced image is scanned by a scanning system, not shown, such as a television system , which may include means for making a permanent record of the image, such as by means of a video tape recorder or a photographic image recorder. Such an image intensifier can be used to produce images of objects using neutron radiography, the input screen being a high-quality aluminum foil with a vacuum-deposited gadolinium

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Oxysulfid-Schicht und einer Photokathodenschicht aufweisen kann. Je nach der Dicke der Aluminiumfolie kann diese an ein weiteres Trägerelement, beispielsweise einen Glasschirm, gebunden sein.Oxysulfide layer and a photocathode layer may have. Depending on the thickness of the aluminum foil, this can to another carrier element, for example a glass screen, be bound.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann für Röntgenstrahlen sehr hoher Energie zusätzlich ein Kupfer- oder Bleifilter 26 vorgesehen sein, um durch das Objekt gestreute Strahlung niedriger Energie auszufiltern. Dieses Filter ist vor dem Bildverstärker-Eingangsschirm angeordnet.According to an alternative embodiment, a very high energy can also be used for X-rays Copper or lead filters 26 may be provided to filter out low energy radiation scattered by the object. This filter is placed in front of the image intensifier input screen.

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Claims (1)

PatentansprücheClaims 1. Direktbildverstärker mit einer evakuierten Glasröhre, die an ihrem einen Ende einen Eingangs-Fluoreszenzschirm und an ihrem anderen Ende einen kleineren Ausgangs-Pluoreszenzschirm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs-Fluoreszenzschirm (3) als Verbundschirm mit einer Metallschicht (14), einer diese überdeckenden Leuchtstoff schicht (10) und einer diese ihrerseits überdeckenden Photokathodenschicht (12) ausgebildet ist.1. Direct image intensifier with an evacuated glass tube, at one end an input fluorescent screen and at the other end a smaller output fluorescent screen having, characterized in that the input fluorescent screen (3) as a composite screen with a metal layer (14), a luminescent layer (10) covering this and one covering this in turn Photocathode layer (12) is formed. 2. Direktbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (1*0 durch eine dünne Folie eines Metalls gebildet ist, dessen Ordnungszahl gleich oder größer 29 ist, und daß der Eingangs-Fluoreszenzschirm außerdem ein Trägerelement (16) aus einem verhältnismäßig strahlungsdurchlässigen Werkstoff aufweist.2. direct image intensifier according to claim 1, characterized in that the metal layer (1 * 0 by a thin Foil of a metal is formed whose atomic number is equal to or greater than 29, and that the input fluorescent screen also has a carrier element (16) made of a relatively radiation-permeable material. 3. Direktbildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (16) eine frontseitige Glasschicht ist, an welche der Verbundschirm (3) gebunden ist.3. direct image intensifier according to claim 2, characterized in that the carrier element (16) has a front Is the glass layer to which the composite screen (3) is bound. 1J. Direktbildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (16) durch Metallblech 1 J. direct image intensifier according to claim 2, characterized in that the carrier element (16) is formed by sheet metal 709840/0888 ORIGINAL INSPECTED709840/0888 ORIGINAL INSPECTED gebildet ist und daß der Verbundschirm (3) als Einsatz ausgebildet ist, der längs seines Randes mittels einer abgestuften Glasdichtung mit dem Bildverstärker verbunden ist.is formed and that the composite screen (3) is designed as an insert along its edge by means of a graduated glass seal connected to the image intensifier. 5. Direktbildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (16) aus Aluminium blech besteht.5. direct image intensifier according to claim 4, characterized in that the carrier element (16) made of aluminum sheet is made. 6. Direktbildverstärker nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht (10) aus einem Oxysulfid eines Metalles der Seltenen Erden besteht.6. direct image intensifier according to one of claims to 5, characterized in that the phosphor layer (10) consists of an oxysulfide of a rare earth metal. 7. Direktbildverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht (10) aus mit Terbium aktivierten Gadolinium-Oxysulfid besteht.7. direct image intensifier according to claim 6, characterized in that the phosphor layer (10) consists of with terbium activated gadolinium oxysulfide consists. 8. Direktbildverstärker nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daS die Leuchtstoffschicht (10) aus mit Natrium aktiviertem Cäsiumjodid besteht.8. direct image intensifier according to one of claims to 5, characterized in that the phosphor layer (10) consists of sodium activated cesium iodide. 9. Direktbildverstärker nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht9. direct image intensifier according to one of claims to 8, characterized in that the metal layer 709840/0888709840/0888 aus einem der Metalle Kupfer, Wolfram, Tantal oder Blei besteht.from one of the metals copper, tungsten, tantalum or lead consists. 709840/0888709840/0888
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