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Gehäuse für eine Szintillatorkristall-Anordnung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für eine Szintillatorkristall-Anordnung,
die für eine Szintillationskamera vorgesehen ist, mit einem topfförmigen Gehäuseteil,
in das die Szintillatorkristall-Anordnung eingesetzt ist, und mit einer transparenten
Glasscheibe, die das Gehäuseteil luftdicht nach außen abschließt.
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Szintillatorkristall-Anordnungen mit einem solchen Gehäuse sind kommerziell
als Strahlendetektoren für Gammakameras erhältlich. Bei einer Szintillatorkristall-Anordnung
dieser Art ist in der Regel ein scheibenförmiger Einkristall aus einem Szintillatormaterial
in eine Umhüllung oder ein Gehäuse luftdicht eingesiegelt. Als Szintillator wird
in der Regel ein Alkalihalogenid-Einkristall verwendet, der mit einem Aktivator
dotiert ist. Als Matrixsubstanz des Szintillators werden üblicherweise Natriumjodid
oder auch Cäsiumjodid verwendet, wobei das Natriumjodid mit Thallium dotiert sein
kann. Das Gehäuse besteht bei den kommerziellen Szintillatorkristall-Anordnungen
aus einem schalen- oder topfförmigen Gehäuseteil aus Aluminium, das mit einer transparenten
Pyrex-Glasscheibe in Richtung auf den Lichtleiter und die Fotomultiplier abgeschlossen
ist. Zwischen dem äußeren Rand der Pyrex-Glasscheibe und dem Rand des topfförmigen
Gehäuseteils befindet sich eine Epoxydharzabdichtung. Diese Verklebung schützt den
Innenraum des Gehäuses und damit den in der Regel hygroskopischen Szintillatorkristall
vor eindringender Feuchtigkeit. Gleichzeitig gibt diese Verklebung dem
Aluminium-Topf
auch einen gewissen Halt an der Pyrex-Glasscheibe.
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Es hat sich nun gezeigt, daß eine Verklebung mit Epoxydharz zwischen
der Pyrex-Glasscheibe und dem topfförmigen Gehäuseteil gelegentlich durchlässig
wird. Insbesondere nach einem längeren Zeitraum von ca. 2 Jahren oder mehr ab Herstellung
hat sich ergeben, daß Feuchtigkeit in den Innenraum des Gehäuses eindringen kann.
Dadurch wird die Qualität des Szintillationskristalls (dotiertes NaJ, CsJ, etc.)
herabgesetzt. Eine Verklebung mit Epoxydharz muß daher in einer Anzahl von Fällen
zumindest über längere Sicht hinweg als unbefriedigend angesehen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gehäuse der eingangs
genannten Art anzugeben, das relativ einfach aufgebaut ist und nach einem leicht
durchzuführenden Einkapselungsprozeß einen wirksamen Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit
gewährleistet, wobei ein hermetischer Abschluß nach außen auch über einen längeren
Zeitraum hinweg gewährleistet sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Glasscheibe
an ihrem Rartd mit einem Metall flansch versehen ist, an dem der Rand des topfförmigen
Gehäuseteils befestigt ist.
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Hierbei wird also auf die Anwendung von Epoxydharz als wesentliches
Abdichtungsmittel verzichtet. Der Metallflansch ist direkt mit dem Rand des topfförmigen
Gehäuseteils befestigt, wobei die Befestigung insbesondere durch Stumpfschweißung
oder durch Bördelung, gegebenenfalls unter Verwendung einer Dichtungseinlage, erfolgen
kann.
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Eine solche Befestigung ist auch über längere Sicht hinweg feuchtigkeitsundurchlässig.
Alterungserscheinungen, wie bei dem bekannten Gehäuse mit Epoxydharz-Verbindung,
sind nicht zu befürchten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher
dargestellt. Sie werden anhand von 13 Figuren im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Strahlendetektorkopf einer Gammakamera nach dem Stand der Technik in
einer Schnittdarstellung; Fig. 2 und 3 Metallflansche, die an einer Pyrex-Glasscheibe
durch Anglasen befestigt sind; Fig. 4 und 5 einen Metallflansch, der an den Rand
einer Pyrex-Glasscheibe luftdicht angebördelt ist; Fig. 6 und 7 eine Anbördelung
eines Metallflansches unter Verwendung von Dichtungsschnüren; Fig. 8 eine Schweißverbindung
zwischen angeglastem Metallflansch und topfförmigem Gehäuseteil; Fig. 9 eine Schweißverbindung
zwischen Metallflansch und topfförmigem Gehäuseteil unter Verwendung eines Befestigungsflansches;
Fig. 10 eine Schweißverbindung zwischen Metall flansch und topfförmigem Gehäuseteil
unter Verwendung eines anders geformten Befestigungsflansches; Fig. 11 eine Schweißverbindung
zwischen angebördeltem Metallflansch und topfförmigem Gehäuseteil; und Fig. 12 und
13 eine Befestigung zwischen angebördeltem Metallflansch und topfförmigem Gehäuseteil
über eine Bördelung.
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In Figur 1 ist ausschnittsweise der an sich bekannte Strahlendetektor
10 einer Gammakamera dargestellt, die im medizinischen Bereich eingesetzt wird und
zum Nachweis von Gammaquanten 11 dient. Der Detektorkopf 10 umfaßt eine vorgegebene
Zahl von Fotomultiplier-Röhren 12, die in hexagonaler Anordnung auf den kreisförmigen
Erhebungen 14 eines Lichtleiters 16 anliegen. Der Lichtleiter 16 kann beispielsweise
aus Plexiglas bestehen. Vor diesem Lichtleiter 16 ist eine Glasscheibe 18 angeordnet,
die insbesondere aus Pyrex-Glas besteht. Die Glasscheibe 18 hat eine gleichmäßige
Stärke. Sie ist Bestandteil einer Szintillatorkristall-Anordnung, die allgemein
mit 20 bezeichnet ist.
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Die Szintillatorkristall-Anordnung 20 umfaßt einen scheibenförmigen
Szintillator-Einkristall 22, der die Energie der einfallenden Gammaquanten 11 in
Licht umwandelt. Hierbei handelt es sich um ein Alkalihalogenid, das mit einem Aktivator
dotiert ist. Bevorzugt kann der Szintillatorkristall 22 als Matrixsubstanz Natriumjodid
(NaJ) umfassen, das mit Thallium aktiviert ist (NaJ ETl). Ein solches Szintillatormaterial
ist stark hygroskopisch. Die Matrixschicht kann aber auch aus Cäsiumjodid (CsJ)
bestehen, dem ein geeigneter Aktivator wie Nat:ium beigegeben ist. Der Einkristall
22 ist über eine dünne Schicht 25 eines elastischen Lichtkoppelmediums, z. B. über
ein Silikongummi, an die Pyrex-Glasscheibe 18 angekoppelt.
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Die Szintillatorkristall-Anordnung 20 ist in ein Gehäuse eingesetzt,
das aus der Pyrex-Glasscheibe 18 und einem topfförmigen Gehäuseteil 28 besteht.
Das Gehäuseteil 28 besteht insbesondere aus Aluminium. Zwischen dem Szintillatorkristall
22 und dem Boden des Gehäuseteils 28 ist ein Raum 32 vorgesehen, der entweder leer
oder insbesondere mit einem lichtreflektierenden Material gefüllt sein kann.
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Der Szintillatorkristall 22 ist in dem Gehäuse 18, 28 eingeschlossen
und soll vor Feuchtigkeit geschützt werden. Dazu ist eine Verklebung 34, insbesondere
eine Epoxydharz-Abdichtung, zwischen dem Rand des topfförmigen Gehäuseteils 28 und
dem zylindrischen Rand der Pyrex-' Glasscheibe 18 vorgesehen. In diese Abdichtung
34 ist eine Rundschnur 36 eingebracht, die beim Herstellen der Abdichtung 34 das
Tieferfließen des Harzes verhindert.
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Wie bereits eingangs erwähnt, hat sich die Verklebung oder Abdichtung
34 mit Epoxydharz zwischen der Pyrex-Glasscheibe 18 einerseits und dem Aluminium-Gehäuseteil
28 andererseits in einigen Fällen als unbefriedigend erwiesen. Infolge von Alterungserscheinungen
des Epoxydharzes oder aus anderen Gründen kann Feuchtigkeit über die Abdichtstelle
34 in den Innenraum eindringen, wodurch die Funktionstüchtigkeit des S'zintillatorkristalls
22 beeinträchtigt wird. Die folgenden Figuren 2 bis 13 zeigen demgegenüber Ausführungsformen
für eine hermetische Abdichtung des Gehäuses 18, 28 für den Szintillatorkristall
22.
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Bevorzugt wird die Versiegelung mit Epoxydharz durch eine Abdichtung
mittels einer Schweißnaht ersetzt. Dazu ist die Pyrex-Glasscheibe 18 an ihrem zylindrischen
Mantel mit einem Metallflansch 40 mit ringförmiger Anlage fläche 42 versehen. Dieser
Metallflansch 40 ist am zylindrischen Rand des topfförmigen Gehäuseteils 28 befestigt.
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In den Figuren 2 und 3 ist dargestellt, daß der Metallflansch 40 mit
der Pyrex-Glasscheibe 18 durch eine Glas-Metall-Verschmelzung verbunden ist. Dieses
tAnglasen" wird in an sich bekannter Weise vorgenommen. Dabei ist die Materialwahl
so getroffen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallflansches 40 an
den der Pyrex-Glasscheibe 18 angepaßt ist. In Figur 2 ist ge-
zeigt,
daß der Metallflansch 40 im Querschnitt ein L-förmiges Profil haben kann, wobei
die zylindrische Innenseite des Metall flansches 40 auf dem zylindrischen Mantel
der Pyrex-Glasscheibe 18 aufsitzt. In Figur 3 ist dargestellt, daß der Metallflansch
40 ein Metallring sein kann, der in die zylindrische Mantelfläche der Pyrex-Glasscheibe
18 konzentrisch eingelassen ist.
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Anstelle durch Anglasen wie in Figuren 2 und 3 kann der Metallflansch
40 auch durch eine luftdichte Bördelung an der Pyrex-Glasscheibe 18 befestigt werden.
Das ist für einen Metallflansch 40, der insbesondere aus Aluminium bestehen kann,
in den Figuren 4 und 5 sowie in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Nach den Figuren 4
und 5 wird der Metallflansch 40 durch einen einstückigen Profilkörper gebildet,
der zwei unterschiedlich lange Biegeseiten 46 und 48 besitzt. Nach dem Umbördelungs-Prozeß
liegen die Enden dieser Biegeseiten 46, 48 auf der Pyrex-Glasscheibe 18 auf (vgl..
Figur 5). In den Figuren 6 und 7 wird der Metallflansch 40 durch zwei Profilkörper
50, 52 gebildet, die miteinander, z. B. durch Schweißen, verbunden sind. Der eine
Profilkörper 50 hat U-Profil, und der andere Profilkörper 52 hat L-Profil. Beide
Profilkörper 50, 52 können insbesondere aus Aluminium bestehen.
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Zwischen dem Profilkörper 50 und der Pyrex-Glasscheibe 18 sind noch
elastische Dichtungsschnüre 54, 56 eingelegt.
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Die beiden Umlenkseiten 46, 48 des Profilkörpers 50 sind hier gleich
lang eingezeichnet. Der Prozeß der Bördelung wird beim Vergleich von Figur 6 mit
Figur 7 deutlich.
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Dabei werden die Dichtungsschnüre 46, 48 etwas eingequetscht.
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Die Verbindung des Metall flansches 40 mit dem topfförmigen Aluminium-Gehäuseteil
28 kann insbesondere durch Laserschweißen oder durch Lichtbogenschweißen bewerkstelligt
werden.
Bei einem angeglasten Metallflansch 40 (vgl.
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Figur 2 und 3) ist eine direkte Verbindung der Glaseinschmelzlegierung
mit dem Gehäuseteil 28 in der Regel nicht möglich, sofern dieses aus Aluminium besteht.
In diesem Fall kann, wie in Figur 8 vorausgesetzt, das Gehäuse teil 28 aus einem
anderen Metall als Aluminium gefertigt sein. Dabei kann dieses Metall identisch
sein mit dem Material des Metall flansches 40.
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In Figur 8 ist somit eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein nicht
aus Aluminium bestehender, angeglaster Metall flansch 40 mit dem umgebogenen Rand
eines nicht aus Aluminium bestehenden Gehäuseteils 28 durch Stumpfschweißen verbunden
ist. Die Schweißverbindung ist durch zwei Pfeile 60 kenntlich gemacht. Um das Stumpfschweißen
an der Anlagefläche 42 des Metall flansches 40 zu ermöglichen, ist der äußere Rand
des Gehäuseteils 28 nach außen umgebogen, so daß sich eine entsprechende Ringfläche
62 ergibt. Die beiden Ringflächen 42, 62 liegen plan aufeinander und können daher
verhältnismäßig einfach miteinander verschweißt werden. Es ergibt sich eine gute
Schweißverbindung ohne Luftspalt, so daß keine Feuchtigkeit eindringen kann.
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In Figur 9 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ebenfalls
davon ausgegangen wird, daß eine direkte Schweißverbindung zwischen dem Material
des Metallflansches 40 und dem Gehäuseteil 28 nicht möglich ist.
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In diesem Fall ist ein Befestigungsflansch 64 mit L-förmigem Profil
als eine Art Zwischenschicht vorgesehen.
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Der Befestigungsflansch 64 besitzt eine auch hier geforderte ringförmige
Kontaktfläche 62a, die an der Anlagefläche 45 in einer radialen Ebene anliegt. Nach
Figur 9 ist also an der Pyrex-Glasscheibe 18 ein Metallflansch 40 mit L-förmigem
Profil angeglast, der nicht aus
Aluminium besteht. Das dagegen
aus Aluminium bestehende Gehäuseteil 28 ist an seinem äußeren Rande mit dem Befestigungsflansch
64 verbunden. Die Verbindung kann durch Walzplattierung oder durch Diffusionsschweißen
vorgenommen sein. Dies ist durch Pfeile 66 kenntlich gemacht. Die beiden ringförmigen
Kontaktflächen 42, 62 sind durch eine Laserschweißung (vgl. Pfeile 68) und/ oder
durch eine Lichtbogen- oder Laserstumpfschweißung (vgl. Pfeile 70) miteinander verbunden.
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In Figur 10 ist eine Alternative zu Figur 9 dargestellt.
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Hier ist der endseitig umgebogene Rand des Aluminium-Gehäuseteils
28 mit einem überstehenden ringförmigen Befestigungsflansch 64 belegt, der nicht
aus Aluminium besteht, mit diesem aber verschweißbar ist. Die Befestigung kann also
durch Schweißen vorgenommen sein, insbesondere durch Diffusionsschweißen. Dies ist
durch die Pfeile 72 veranschaulicht. Statt durch Diffusionsschweißen kann die Befestigung
auch durch Walzplattieren vorgenommen sein.
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Die ringförmige Kontakt fläche 62 des Befestigungsflansches 64 ist
mit der gleich großen, ringförmigen Anlagefläche 42 des Metall flansches 40 entweder
durch Laserschweißung (vgl. Pfeil 68) oder durch Lichtbogen-oder Laserstumpfschweißung
(vgl. Pfeil 70) verbunden. Der Metallflansch 40 besteht auch hier wieder aus einem
anderen Metall als Aluminium.
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In Figur 11 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der - wie in
Figur 8 - der Metall flansch 40 und das Gehäuseteil 28 aus demselben oder aus gleichartigem
Material, zumindest aber aus miteinander verschweißbaren Materialien bestehen. Die
Bauteile 40, 28 können also bevorzugt aus Aluminium hergestellt sein. Der Metallflansch
40 ist hier entsprechend Figur 5 durch Bördelung an der Glasscheibe
18
befestigt. Der Rand des Gehäuseteils 28 ist umgebogen, so daß sich wieder eine ebene
Kontaktfläche 62 ergibt, die zur ringförmigen Anlagefläche 43 des Metall flansches
40 paßt. Die beiden Flächen 42, 62 sind nahtlos miteinander verschweißt, wie durch
die Pfeile 60 angedeutet ist. Das Stumpfverschweißen sorgt für eine hermetische
Einkapselung.
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In den Figuren 12 und 13 ist dargestellt, daß die Verbindung zwischen
dem Metallflansch 40 (z. B. kein Aluminium) einerseits und dem topfförmigen Gehäuseteil
28 (z. B. aus Aluminium) andererseits auch durch Bördelung vorgenommen werden kann.
Nach Figur 12 ist dazu der Rand des Gehäuseteils 28 nach außen umgebogen, so daß
er radial über den Flansch 40 übersteht. Auch hier sind ebene Kontaktflächen gegeben.
Nach Figur 13 ist der Rand dann über das äußere Ende des ringförmigen Metallflansches
40 zurückgebogen oder umgebördelt. In der Bördelung zwischen den Teilen 28, 40 kann
eine (nicht gezeigte) Dichtungseinlage vorgesehen sein, 14 Patentansprüche 13 Figuren