DE2854959C2

DE2854959C2 - Szintillatorkörper zur Verwendung in der computerisierten Tomographie mit einem BaFCl: Eu-Leuchtstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2854959C2
Application number: DE2854959A
Authority: DE
Inventors: Dominic Anthony Cusano; Robert Kessler Swank; Philip Joseph Schenectady N.Y. White
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1985-11-14
Also published as: FR2412855B1; DE2854959A1; GB2012800B; JPS5496488A; FR2412855A1; NL7812358A; GB2012800A; JPS5937039B2; US4316817A

Description

(A) Auflösen des Copolymers von 2-Vinylnaphtha-Hn und Vinyltoluol in einem Lösungsmittel,

(B) Hinzugeben des BaFCl zu Eu-Leuchtstoffes zu der nach Stufe (A) erhaltenen Lösung,

(C) Entfernen des Lösungsmittels durch Gefriertrocknen der nach Stufe (B) erhaltenen Mischung,

(D) Pulverisieren des in Stufe (C) erhaltenen gefriergetrockneten Stoffes zu einem Pulver einer etwa homogenen Teilchengrößenverteilung und

(E) Erhitzen des in Stufe (D) erhaltenen Pulvers auf eine ausreichende Temperatur und unter einem ausreichenden Druck, daß das Copolymer mit dem Leuchtstoff zu einem kompakten Körper zusammenfließt.

6. Verfahren zum Herstellen eines Szintillatorkörpers nach Anspruch 1, bei dem der BaFCI zu F,u-Leuchtstoff mit dem Polymer vermischt und unter Erhitzen auf Temperaturen, bei denen keine Zersetzung der Bestandteile erfolgt, eine Leuchtstoff-Poly-

mer-Matrix gebildet wird, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

(A) Pulverisieren des Copolymers von 2-Vinylnaphthaiin und Vinyltoluol,

(B) gleichmäßiges Vermischen des pulverisierten Copolymers mit dem BaFCl zu Eu-Leuchtstoff und

(C) Erhitzen der gemäß Stufe (B) erhaltenen Pulvermischung auf eine ausreichende Temperatur und unter einem ausreichenden Druck, daß das Copolymer mit dem Leuchtstoff unter Bildung eines kompakten Körpers zusammenfließt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in Stufe (E) nach Anspruch 5 oder (C) nach Anspruch 6 auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa \7ϊ> und etwa 180° C und unter einem Druck von etwa 700 bis etwa 1050 bar erfolgt.

S. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein Stoff hinzugefügt wird, der eine Wellenlängenumwandlung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinzufügung in Stufe (A) erfolgt und der Stoff mindestens 9,10-bis-(PhenyläthinyI)-anthracen enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein Stoff hinzugetiigt wird, der eine Wellenlängenumwandlung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe (A) als erster Stoff zur Wellenlängenumwandlung p-bis[2-(4-MethyI-5-phenyloxazolyl)]benzol und als zweiter Stoff zur Wellenlängenumwandlung ein Fluoreszenzfarbstoff, der Perylen oder 9,10-bis··. (Phenyläthinyl)-anthracen ist, hinzugegeben wird.

Die Erfindung betrifft einen Szintillatorkörper zur Verwendung in der computerisierten Tomographie mit einem BaFCl zu Eu-Leuchtstoff. der elektromagnetische Strahlung von supraoptischen Frequenzen absorbiert und elektromagnetische Strahlung von optischen Wellenlängen emittiert und mit einem Polymer als Matrixmaterial, in dem der Leuchtstoff suspendiert ist, wobei dieses Matrixmaterial sowohl für die Leuchtstoff emittierte Strahlung optischer Wellenlängen als auch für die elektromagnetische Strahlung supraoptischsr Frequenzen durchlässig ist.

Die Erfindung betrifft weiter Verfahren zum Herstellen eines solchen Szintillatorkörpers, bei dem der BaFCl zu Eu-Leuchtstoff mit dem Polymer vermischt und unter Erhitzen auf Temperaturen, bei denen keine Zersetzung der Bestandteile erfolgt, eine Leuchtstoff-Polymer-Matrix gebildet wird.

Ein Szintillatorkörper der vorstehend genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gehören als Gegenstand der nicht vorveröffentlichten älteren DE-OS 28 49 739 zum Stand der Technik. Bei diesen Szintillatorkörpern ist der Leuchtstoff entweder in dem optisch transparenten Matrixmaterial eingebettet oder er ist in einer Schichtstruktur mit alternierenden Schichten aus Leuchtstoff und optisch transparenten Laminatmaterial vorhanden. Nach dieser älteren DE-OS besteht das Problem, daß die innerhalb des Szintillatorkörpers erzeugten Lichtstrahlen zwischen den eingebetteten Leuchtstoffteilchen gebrochen und reflektiert werden, weil zwischen den Leuchtstoffteilchen und dem Matrixmedium, in dem diese Leuchtstoffteilchen eingebettet

medium, in dem diese Leuchtstoffteilchen eingebettet sind, ein Unterschied im Brechungsindex besteht Diese Nichtanpassung des Brechungsindex führt zu einem gewissen Wirksamkeitsverlust hinsichtlich der dem Szintillatorkörper entweichenden Lichtenergie.

Ein Szintillatorkörper emittiert elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektrum, wenn er durch hochenergetische elektromagnetische Photonen, wie Röntgen- oder Gamma-Strahlen, deren Frequenzen im folgenden als supra-optische Frequenzen bezeichnet werden, angeregt wird. Diese Materialien sind ausgezeichnet zur Verwendung als Detektoren in industriellen oder medizinischen Röntgenapparaten oder Gammastrahlen-Vorrichtungen. Bei den meisten Anwendungen läßt man das aus dem Szintillatorkörper austretende Licht auf photoelektrisch ansprechende Materialien auftreffen, um darin ein elektrisches Signal zu erzeugen, das in direkter Beziehung zur Intensität der ursprünglich auftreffenden Röntgen- oder Gamma-Strahlen steht.

Materialien für die Szintillatorkörper umfassen einen Hauptteil von solchen Elementen, die zum Nachweis der Anwesenheit und Intensität einfallender hochenergetischer Photonen benutzt werden.

Allgemein ist es erwünscht, daß die Lichtabgabe {im sichtbaren oder nahe dem sichtbaren Wellenlängenbereich) von diesen Szintillatorkorpern so groß als möglich ist für eine gegebene Menge an einfallender Röntgen- oder Gamma-Strahlung. Dies trifft besonders zu auf dem Gebiet der medizinischen Tomographie, wo es erwünscht ist, die Bestrahlungsenergie für den Patienten so gering als möglich zu halten, um seine Gefährdung möglichst auszuschließen. Aus diesem Grunde sollte der Szintillatorkörper eine gute Leuchtwirksamkeit aufweisen.

Eine andere wichtige Eigenschaft, die Szintillatorkörper aufweisen sollten, ist die einer kurzen Nachieuchtzeit. Das bedeutet, daß zwischen der Beendigung der Anregung durch hochenergetische Strahlung und dem Aufhören der L'-htabgabe durch den Szintillatorkörper nur eine relativ kurze Zeit vergehen sollte. Wenn dies nicht der Fall ist, dann ergibt sich ein Verschmieren des die Information tragenden Signals in der Zeit. Wenn daher ein rasches Abtasten erwünscht ist, wie bei gewissen Anwendungen der computerisierten Tomographie, oder bei der Beobachtung sich bewegender Körperorgane, wie dem Herz oder der Lunge, dann führt ein Nachleuchten zur ernsten Beschränkung der Abtastgeschwindigkeit.

Um wirksam zu sein, muß ein Szintillatorkörper ein guter Umwandler hochenergiereicher Strahlung, d. h. von Röntgens«rahlen und Gtmma-Strahlen, sein. Die derzeit verwendeten Szintillatorkörper bestehen aus einem Leuchtstoff in pulverisierter oder kristalliner Form. In dieser Form ist das bei Anregung durch hochenergiereiche Photonen erzeugte brauchbare Licht auf das beschränkt, das in den Oberflächenbereichen des Körpers erzeugt wird und das dem Inneren des Szintillatorkörpers entweichen kann. Wegen zahlreicher innerer Reflexionen ist dieses Entweichen schwierig, da jede Reflexion die außen verfügbare Lichtmenge weiter schwächt, da mehr Durchquerungen des Leuchtstoffes stattfinden als erwünscht sind. Es ist daher nicht nur notwendig, daß die Leuchtstoffe selbst eine gute Leuchtwirksamkeit haben, sondern es ist auch notwendig, daß das abgegebene Licht zum Nachweis zur Verfügung steht.

Die folgenden Druckschrften beschreiben solche bekannten SzintillatorkörDer:

In dem Artikel von L W. Seagondollar et al, »A Szintillation Detector for Fast Neutrons« aus der Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments«, Band 25, Seiten 689 bis 691 vom Juli 1954 wird ein Szintillatorkörper zum Nachweis von schnellen Neutronen beschrieben, der aus einer gleichförmigen Suspension pulverisierten Zinksulfids als Leuchtstoff in einem Polyesterharz besteht.

In der US-PS 25 59 219 wird ein Szintillatorkörper

ίο zum Machweis und zur Messung von durchdringender Strahlung, wie Gamma-Strahlen, beschrieben, der aus einem Leuchtstoff, der irn wesentlichen homogen in einer Matrix dispergiert ist, besteht. Als Leuchtstoff ist z. B. Zinksulfid und als Matrix Polymethylmethacrylat genannt.

In der US-PS 39 88 586 ist ein Szintillatorkörper beschrieben der sowohl Gamma-Strahlung als auch Neutronen nachweisen und zwischen beiden unterscheiden soll. Ein Szintillatorkörper für diesen Zweck besteht

z. B. aus einem Cer-aktivierten Glas als Leuchtstoff und einem Polyvinyltoluol als Matrix fürdie< ■■■: Leuchtstoff. In dem Artikel von B. Brown und E. B. Hr oper »Plastic Phosphor Matrix for Fast-Neutron Detection« in der Zeitschrift »Nucleonics«, Seiten 96 bis 103 vom April 1958 ist ein Szintillatorkörper zum Nachweisen schneller Neutronen beschrieben, der aus einem in einem Kunststoff dispergierten Leuchtstoff besteht. Der Leuchtstoff kann z. B. mit Silber aktiviertes Zinksulfid und der Kunststoff Polymethylmethacrylat sein.

In der US-PS 32 88 626, ist ein Szintillatorkörper zum Nachweis von Alpha-Teilchen beschrieben, der einen Leuchtstoff in einem Binder umfaßt, der Leuchtstoff kann aktiviertes Zinksulfid und der Binder Nitrozellulose sein.

In dem Artikel von S. B. Gunst et al. »Thin Scintillators of ZnS in Fused B2O3 for Thermal Neutron Detection« in der Zeitschrift »The Review of Scientific instruments«, Band 26, Seiten 894 und 895 von 1955, sind Szintillatorkörper aus in geschmolzenem B₂O₃ enthaüenem ZnS beschrieben, die zum Nachweisen thermischer Neutronen bestimmt sind.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit des eingangs genannten Szintillatorkörpers zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Matrixmaterial ein Copolymer von 2-Vinylnaphthalin und Vinyltoluol ist, dessen Brechungsindex bei etwa der Wellenlänge der optischen Emission des Leuchtstoffes gleich dem Brechungsindex des Leuchtstoffes bei dieser Wellenlänge ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Szintillatorkörpers sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.

Eine /-.usführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines solchen Szintillatorkörpers hat die folgenden Stufen:

(A) Auflösen des Copolymers von 2-Vinylnaphthalin und Vinyltoluol in einem Lösungsmittel,
(B) Hinzugeben des BaFCl zu Eu-Leuchtstoffes zu der nach Stufe (A) erhaltenen Lösung,

(E) Erhitzen des in Stufe (D) erhaltenen Pulvers auf eine ausreichende Temperatur und unter einem

ausreichenden Druck, daß das Copolymer mit dem Leuchtstoff zu einem kompakten Körper zusammenfließt.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die folgenden Stufen:

(A) Pulverisieren des Copolymers von 2-Vinylnaphthalin und Vinyltoluol,

(B) gleichmäßiges Vermischen des pulverisierten Copolymers mit dem BaFCI zu Eu-Leuchtstoff und

Der Begriff »Optische Durchlässigkeit«, wie er in der vr!ii»crAnHf»n ΔηΓηρΙΗιιησ hpnu»7t u/irH hp7iphl iirh auf

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die Durchlässigkeit des Szintillatorkörpers bei oder nahe der Wellenlänge des Lichtes, das durch den Leuchtstoff oder von irgendeinem Material ausgesandt wird, das eine Wellenlängenumwandlung bewirken kann und in dem Leuchtstoffmaterial enthalten ist. Der Brechungsindex der lichtdurchlässigen Materialien hängt im allgemeinen von der Wellenlänge des durchgelassenen Lichtes ab. Die Nichtanpassung der Brechungsindices ist daher unabhängig von der Wellenlänge des betrachteten Lichtes.

Insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Tomographie, wo die Intensität der Röntgenstrahlung durch den Körper, den sie durchdringt, moduliert wird und wobei diese modulierte Strahlung in elektrische Signale umgewandelt wird, ist es von Bedeutung, Röntgenstrahlen nachweisende Elemente zu haben, deren Gesamtenergieumwandlungswirksamkeit so gut als möglich ist. Bei Elementen mit einer geringen derartigen Wirksamkeit muß ein stärkerer Fluß an Röntgenstrahlung angewandt werden, um das gesamte Szintillationsdetektorsystem zur gleichen Lichtabgabe bzw. Abgabe gleicher elektrischer Signale zu veranlassen. Im Kontex der medizinischen Tomographie bedeutet dies, daß solche Systeme einen geringen Rausch- bzw. Geräuschabstand haben.

In den Szintillatorkörpern nach der vorliegenden Erfindung sind die Grenzen zwischen den Leuchtstoffteilchen und der Matrix, in die die Leuchtstoffteilchen eingebettet sind, für die Lichtstrahlen, die durch die Absorption der hochenergiereichen Photonen erzeugt werden, praktisch nicht merklich. Die Pfade dieses erzeugten Lichte' zum Äußeren des Szintillatorkörpers sind daher relativ gerade mit wenig Reflexion oder Brechung an den Grenzen der Leuchtstoffteilchen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines Szintillatorkörpers nach dem Stand der Technik und seines optischen Verhaltens,

F i g. 2 eine Seitenansicht im Schnitt des Szintillatorkörpers nach der vorliegenden Erfindung, die die Wirkung der Absorption des hochenergiereichen Photons veranschaulicht, und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Brechungsindices als Funktion der Lichtwellenlänge eines BaFCl zu Eu-Leuchtstoffes und eines Matrixmaterials, aus einem Copolymer von 2-Vinylnaphthalin und Vinyltoluol, dessen Brechungsindex dem des BaFCl zu Eu-Leuchtstoffes angepaßt ist

Fig. 1 veranschaulicht das Verhalten eines Szintillatorkörpers aus einem Pulver oder einem polykristallinen Leuchtstoffmaterial nach dem Stand der Technik. In diesem Szintillatorkörper wird ein hochenergetisches ' Gamma- oder Röntgenphoton 12 an der Absorptionsstelle 11 innerhalb des Szintillatorkörpers absorbiert ι und in eine Vielzahl von Photonen geringerer Energie und größerer Wellenlänge im sichtbaren oder nahe dem sichtbaren (UV- oder IR)-Bereich umgewandelt, was

ίο von der Natur des eingesetzten Leuchtstoffes abhängt. Wegen des Unterschiedes des Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 13 und der Luft oder des zwischen den Leuchtstoffteilchen befindlichen Materials sind die Pfade 14 der Photonen optischer Wellenlängen sehr

stark gewunden. An jedem solchen Übergang zwischen ' Leuchtstoff- und anderem Material, auf den das Photon optischer Wellenlänge trifft, verursacht die stattfindende Brechung und Reflexion einen gewissen Verlust an optischer Energie. Da die Lichtpfade 14 so stark gewunden und lang sind, treten viele Wechselwirkungen im Leuchtstoff selbst oder der Matrix auf, die zu einem kumulativen Verlust an vom Szintillatorkörper 10 abgegebener optischer Energie führen.

Fig. 2 gibt eine Seitenansicht im Schnitt wieder, die die Arbeitsweise eines Szintillatorkörpers 10 nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Hier wird ein hochenergiereiches Röntgen- oder Gamma-Strahlenphote"; 12 an der Absorptionsstelle 11 innerhalb des Szintillatorkörpers 10 absorbiert und es entstehen viele Photonen geringerer Energie und optischer Wellenlänge im sichtbaren oder nahe dem sichtbaren (UV oder IR)-Bereich, was im Einzelfall von dem benutzten Leuchtstoff abhängt. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Leuchtstoffteilchen 13 jedoch in einer Matrix aus einem lichtdurchlässigen Material 15 eingebettet, dessen Brechungsindex dem des eingesetzten Leuchtstoffes angepaßt ist. Wegen dieser Anpassung der Brechungsindices von Leuchtstoff und Matrixmaterial ist die Grenze zwischen Leuchtstoff und Matrix zumindest bei den Photonen optischer Wellenlängen nahezu unsichtbar und dies führt zu weniger verzerrten und gewundenen Lichtpfaden 14. Eine direkte Folge davon ist, daß das abgegebene Licht leichter nach außerhalb des Szintillatorkörpers gelangt als bei dem Element nach

dem Stande der Technik gemäß Fig. 1. Eine Szintillatorstruktur, die der der F i g. 2 ähnlich ist und in der das den Leuchtstoff enthaltende Matrixmaterial zwar transparent, aber hinsichtlich seines Brechungsindex nicht an den Leuchtstoff angepaßt ist, hat keine so starke Abgabe nachweisbaren Lichtes.

Der Leuchtstoff soll eine gute LeuchtwirLamkeit aufweisen, d. h. er soll soviel wie möglich von der einfallenden Gamma- oder Röntgenstrahlenenergie in abgegebene Energie optischer Wellenlängen umwandeln.

Diese Wirksamkeit ist für Szintillatorkörper allgemein erwünscht, insbesondere jedoch wenn diese bei der computerisierten Tomographie eingesetzt sind und noch mehr, wenn sie dazu benutzt werden sollen, tomographisch sich bewegende Körperorgane abzubilden.

Insbesondere im letzteren Falle ist es auch wichtig, daß der Leuchtstoff ein kurzes Nachleuchten zeigt Für allgemeine tomographische Anwendungen ist es erwünscht, daß die Abgabe optischer Wellenlängen vom Szintillatorkörper innerhalb von 5 Millisekunden nach '

der Beendigung der Anregung mit hochenergiereicher Strahlung auf 0,1 % seiner Spitzenabgabe abfällt Bei der tomographischen Untersuchung sich bewegender Körperorgane ist es erwünscht, daß dieser Abfall auf 0,1%

vom Spitzenwert innerhalb 1 Millisekunde nach Beendigung der Anregung durch hochenergiereiche Strahlung stattfindet.

Ein LeuchtstoT, der für diese tomographischen Anwendungen besonders geeignet ist, ist ein Europium-aktiviertes Bariumfluoridchlorid BaFCl zu Eu. Eine weitere wesentliche Eigenschaft des BaFCl zu Eu ist sein relativ g-Hnger Brechungsindex von etwa 1,66 bei einer Wellenränge von etwa 480 nm, wie aus F i g. 3 ersichtlich.

Das Europium-aktivierte Bariumfluoridchlorid enthält den Europiumaktivator typischerweise in einer Menge von etwa I Mol-%, doch kann er in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 5 Mol-% vorhanden sein.

In ähnlicher Weise gibt es gewisse Kriterien, die das transparente Matrixmaterial erfüllen sollte. In erster Linie sollte die Matrix durchlässig für die interessierenden optischen Wellenlängen sein (vgl. F i g. 3). Im Falle, daß eine oder mehrere Wellenlängenumwandlungen vorgenommen werden, um die Abgabe optischen Lichtes des Leuchtstoffes besser den empfindlichen Spektralbereichen eines geeigneten photoelektrisch ansprechenden Elementes anzupassen, sollte die Durchlässigkeit bei allen relevanten Wellenlängen vorhanden sein.

Eine andere wichtige Eigenschaft des erfindungsgemaß eingesetzten Matrixmaterials ist, daß es in der Lage ist, die Leuchtstoffteilchen in einer stabilen Position mit Bezug auf die Grenzflächen des Szintillatorkörpers zu halten.

Die herausragende Eigenschaft des transparenten Mat "xmaterials ist jedoch, daß es einen Brechungsindex hat, der zumindest in etwa gleich dem des Leuchtstoffes ist.

Außerdem muß es möglich sein, daß Vermischen mit dem Leuchtstoff vor der Polymerisation zu bewerkstel- !igen, um den Szintillatorkörper mit der erwünschten hohen optischen Lichtabgabe zu erhalten. Der Brechungsindex des erhaltenen copolymerisierten Materials wird durch die relativen Anteile der beiden copolymerisierten Monomeren gesteuert, wobei der resultierende Brechungsindex in etwa linear in Beziehung steht zur Menge der vorhandenen copolymerisierten Monomeren.

Bei einem der Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird der Leuchtstoff mit den beiden zu polymerisierenden Monomeren vermischt. Dann erhitzt man die Mischung, um zu polymerisieren. Zum Beispiel wird BaFCl zu Eu nach dem Vermischen mit 2-Vinylnaphthaliri und Vinyltoluol im Vakuum auf eine Temperatur zwischen 6O⁰C, dem Schmelzpunkt des 2-Vinylnaphthalins, und 125° C erhitzt. Wenn erwünscht, wird die Mischung während der thermischen Polymerisation zentrifugiert, um eine größere Leuchtstoffdichte zu erhalten. In der angegebenen Leuchtstoff/Monomer-Mischung führt das Absetzen auf Grund der Schwerkraft allein zu 45 Vol.-%-Nutzung durch den Leuchtstoff, beim Zentrifugieren während der Polymerisation wird dagegen eine 50 Vol.-%-Nutzung durch den Leuchtstoff erreicht Dieser Unterschied in der Leuchtstoffdichte erzeugt eine Änderung im Röntgenstrahlenabsorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlen von 60 KeV. Für die 45 VoL-%-Nutzung ergibt sich ein Koeffizient von 1,25/mm und für die 50 VoL-°/o-Nutzung ein Koeffizient von 1,40/mm.

Es ist jedoch nicht erforderlich, daß der Leuchtstoff anfänglich mit den in Frage kommenden Monomeren vermischt wird Wenn z. B. der ausgewählte Leuchtstoff mit einem der Monomeren reagieren würde, dann benutzt man ein anderes Verfahren, bei dem man anstelle der Monomeren mit dem Polymer beginnt. Bei dieser anderen Ausführungsform werden das Copolymer und irgendwelche Farbstoffe, die Wellenlängenumwandlungen verursachen, wenn solche erwünscht sind, in einem Lösungsmittel, wie Benzol, gelöst. Zu dieser Lösung gibt man dann den Leuchtstoff und vermischt beides gründlich. Zur Entfernung des Lösungsmittels wird diese Mischung gefriergetrocknet, und man erhält ein homogenes Pulver von in dem Copolymer eingekapselten Leuchtstoffteilchen. Dieses Pulver mahlt man, um größere Teilchenaggregate aufzubrechen und vermischt es nochmals, um eine homogene Teilchengrößenverteilung durch die ganze Probe sicherzustellen. Dieses Pulver wird dann bis zum oder etwas oberhalb des Erweichungspunktes (der Glasübergangstemperatur) des Copolymers erhitzt und es wird ein ausreichender Druck angewandt, um das die Leuchtstoffteilchen umgebende Copolymer fließen zu lassen, wodurch das Material in einen einzigen festen Körper mit darin suspendierten Leuchtstoffteilchen umgewandelt wird.

Aus den Monomeren Vinyltoluol und 2-Vinylnaphthalin wird zuerst die Copolymermatrix hergestellt und diese in Benzol gelöst. Für dieses Copolymer liegt der Erweichungspunkt zwischen etwa 125 und etwa 180°C und der geeignete Druck, um dieses Material fließen zu lassen, liegt im Bereich zwischen etwa 700 und etwa 1050 bar.

Zum Beispiel wird das Copolymer in einer geeigneten Mühle vorgemahlen und, wenn erwünscht, Fluoreszenzfarbstoffe eingearbeitet. Dieses Pulver wird gleichmäßig mit pulverisiertem Leuchtstoffmaterial vermischt und man erhitzt die Mischung bis zum Erweichungspunkt unter geeignetem Druck, um das Copolymer zum Fließen zu bringen. Auch bei diesem Verfahren erhält man einen Szintillatorkörper mit einer hervorragenden optischen Lichtabgabe.

Ist die optische Lichtabgabe des Leuchtstoffes nicht den empfindlichen Bereichen der photoelektrisch ansprechenden Detektoren angepaßt, dann ist es vorteilhaft, in den Szintillatorkörper ein oder mehrere Materialien einzuarbeiten oder solche um den Szintillatorkörper herum vorzusehen, die Photonen der Wellenlänge des vom Leuchtstoffmaterial abgegebenen Lichtes absorbieren und ihrerseits Photonen emittieren mit einer Wellenlänge, die näher dem Spektralbereich liegt, in dem der photoelektrisch ansprechende Detektor am empfindlichsten ist. Die Umwandlungswirksamkeit vieler der Fluoreszenzfarbstoffe, die als Materialien zur Wellenlängenumwandlung benutzt werden, ist sehr hoch und bei den meisten liegt sie im Bereich von 94 bis 100%. Unter geeigneten Umständen können mehrere Fluoreszenzfarbstoffe vorgesehen werden, um mehrere Wellenlängenumwandlungen vorzunehmen, mit denen die Lichtabgabe des Szintillators der Lichtempfindlichkeit des Detektors optimal angepaßt wird So sind Substanzen zur Wellenlängenumwandlung typischerweise in solchen Fällen eingesetzt worden, wo die Lichtabgabe des Leuchtstoffes im blauen bis UV-Bereich des Spektrums liegt und der Detektor eine Photodiode ist, die ihr optimales Ansprechen im roten bis orangen Bereich des Spektrums hat

Hierzu gibt es verschiedene Stellen, in denen diese Materialien zur Wellenlängenumwandlung benutzt werden können. So kann eine solche Substanz, wenn es erwünscht ist, einer den Szintillatorkörper umgebenden Umhüllung zugesetzt werden, wie sie in Fig.3 der obengenannten älteren DE-OS 28 49 739 dargestellt ist

Ls kann das Material zur Wellenlängenumwandlung aber auch mit dem Monomer vermischt werden, bevor man den Szintillatorleuchtstoff hinzusetzt. Schließlich kann die Substanz zur Wellenlängenumwandlung zu dem pulverisierten Copolymer hinzugegeben werden. Auch ist es möglich, eine solche Wellenlängen-umwandelnde Substanz als Überzug auf den photoelektrischen Detektor aufzubringen, wofür z. B. mit Mangan dotiertes Magnesiumgcnnanat (Mg₂GeO₄ : Mn) als Überzug für eine Photodiode brauchbar ist, da es nicht leicht im Kunststoff löslich und außerdem Röntgenstrahlen-absorbierend ist. Das Mg₂GeO₄ : Mn emittiert Licht im roten bis orangen Bereich des Spektrums, für das Photodiodendetektoren besonders empfindlich sind.

Bei dem Szintillatorleuchtstoff BaFCl zu Eu ist, der eine Lichtabgabespitze bei etwa 385 nm hat, kann durch die Zugabe zweier Fluoreszenzfarbstoffe eine zweistufige Wellenlängenumwandlung erfolgen, um das vom Leuchtstoff abgegebene Licht in den rot-orangen Bereich des Spektrums zu verschieben, wo ein optimalerer Nachweis durch Photodioden möglich ist. Der erste verwendete Fluoreszenzfarbstoff ist im besonderen Falle p-Bis[2-(4-methyl-5-phenyl-oxazolyl)]benzol. Mit diesem Farbstoff wird das vom Leuchtstoff emittierte Licht in Licht einer Wellenlänge von etwa 425 nm umgewandelt. Als zweiter Farbstoff wird Perylen benutzt, der die Strahlung weiter zu einer Wellenlänge von 428 nm umwandelt. Eine andere Möglichkeit für den zweiten Fluoreszenzfarbstoff hat man in 9,10-Bis(phenyl-äthinyl)anthracen, mit dem die Wellenlänge mit einer Wirksamkeit zwischen 95 und 100% zu etwa 500 nm verschoben wird.

Die Wirksamkeit des p-Bis[2-(4-methyl-5-phenyl-oxazolyl)]benzols beträgt etwa 95% und die des Perylens etwa 94%. Diese hohen Umwandlungswirksamkeiten führen daher zu einer Verminderung der Gesamtwirksamkeit um höchstens einen Faktor 0,8, der durch die erhöhte Empfindlichkeit des Photodiodendetektors mehr als ausgeglichen wird. Alle in diesem Beispiel genannten Farbstoffe sind aromatischer Natur und daher mit den oben beschriebenen Monomeren Vinyltoluol und 2-Vinylnaphthalin verträglich und darin löslich. Es können jedoch auch andere geeignete Farbstoffe benutzt werden, und sie können wie die in dem Beispiel genannten in den Szintillatorkörper eingearbeitet oder in den Szintillatorkörper umgebende Mantel eingebracht werden. Diese anderen Farbstoffe schließen Rhodamin-B mit einer Umwandlungswirksamkeit von etwa 95% und auch 9,10-Bis(phenyl-äthinyl)anthracen, ebenfalls mit einer Umwandlungswirksamkeit von etwa 95% ein. Die Hauptkriterien für die Auswahl dieser Farbstoffe sind neben der jeweiligen WeHenlängenverschiebung ihre Wirksamkeit und Absorptionsfähigkeit für emittierte Strahlung.

Es wurde beispielsweise ein Szintillatorkörper hergestellt durch Vermischen von 10 g 2-Vinylnaphthalin mit 3 g VinyltoluoL Zu diesen beiden Monomeren gab man 63 mg p-Bis[2-(4-methyl-5-phenyl-oxazolyl)]benzoI und 31 mg Perylen. Diese Mischung füllte man in ein Gefäß, das 8 g BaFCl zu Eu-Pulver enthielt und polymerisieite das Ganze unter Vakuum und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60 und etwa 125° C. Zur Erhöhung der Dichte des Leuchtstoffes wurde die Mischung vor der Polymerisation zentrifugiert.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Szintillatorkörper zur Verwendung in der computerisierten Tomographie mit einem BaFCl zu Eu-Leuchtstoff, der elektromagnetische Strahlung von supraoptischen Frequenzen absorbiert und elektromagnetische Strahlung von optischen Wellenlängen emittiert und mit einem Polymer als Matrixmaterial, in dem der Leuchtstoff suspendiert ist, wobei dieses Matrixmaterial sowohl für die vom Leuchtstoff emittierte Strahlung optischer Wellenlängen als auch für die elektromagnetische Strahlung supraoptischer Frequenzen durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial ein Copolymer von 2-Vinylnaphthalin und Vinyltoluol ist, dessen Brechungsindex bei etwa der Wellenlänge der optischen Emission des Leuchtstoffes gleich dem Brechungsindex des Leuchtstoffes bei dieser Wellenlänge ist

2. Szintillatorkörper nach Anspruch 1, der zusätzlich einen Stoff enthält, der die vom Leuchtstoff emittierte Strahlung einer ersten optischen Wellenlänge absorbiert und Strahlung einer zweiten optischen Wellenlänge emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Steif 9,10-bis-(Phenyläthinyl)-anthracen ist.

3. Szintillatorkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zweiten Stoff enthält, der Strahlung der zweiten optischen Wellenlänge absorbiert und strahlung einer dritten optischen Wellenlänge emittiert.

4. Szintillatorkörpe;· nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ^r ioff zur Umwandlung der Wellenlänge p-bis[2-(4-Methyl-5-phenyloxazoiyi)]benzoi und der zweite Stoff zur Umwandlung der Wellenlänge Perylen oder 9,10-bis-(Phenyläthinyl)-anthracen ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Szintillatorkörpers nach Anspruch 1 bei dem der BaFCl zu Eu-Leuchtstoff mit dem Polymer vermischt und unter Erhitzen auf Temperaturen, bei denen keine Zersetzung der Bestandteile erfolgt, eine Leuchtstoff-Polymer-Matrix gebildet wird, gekennzeichnet durch folgende Stufen: