DE3446207A1 - Ionisationsdetektorgehaeuse, verfahren zu seiner herstellung und damit ausgeruesteter strahlungsdetektor - Google Patents

Description

9486.O-13DV-O85O8 General Electric Company

Ionisationsdetektorgehäuse, Verfahren zu seiner Herstellung und damit ausgerüsteter Strahlungsdetektor

Die Erfindung bezieht sich auf Ionisationsdetektoren und betrifft insbesondere Detektoren, die bei der Röntgentomographie benutzt werden.

Die Röntgentomographie beinhaltet das mehrfache Röntgenfotographieren eines Objekts von den Seiten aus, um durch einen Computer eine Ansicht von oben her zu gewinnen. Wenn es jedoch erwünscht ist, die Auflösung der Tomographie zu vergrößern, d.h. kleinere Teile des Objekts sichtbar zu machen, treten zahlreiche Probleme auf.

Ein Problem ergibt sich beispielsweise aufgrund des Detektortyps, der bei der Röntgentomographie benutzt wird. Ein Röntgenfilm wird nicht benutzt, weil die Kosten zu hoch wären (wegen der Vielzahl von Fotographien, die benötigt werden) und weil es außerdem schwierig ist, Daten von einem

solchen Detektor (d.h. dem Film) in einen Computer zu übertragen. Stattdessen sind die Detektoren, die tatsächlich benutzt werden, im allgemeinen kleine, diskrete Sensoren, die auf Röntgenstrahlung ansprechen. Zum Erzielen einer größeren Auflösung müssen kleinere Sensoren benutzt werden, die dichter gepackt sind. Es ist klar, daß sich bei der Herstellung von sehr kleinen Sensoren, die in sehr engem Abstand voneinander angeordnet sind, Probleme ergeben.

Neben den Fertigungsproblemen, die bei der Herstellung von hochauflösenden Tomographiesensoren auftreten, arbeiten viele bekannte Tomographievorrichtungen nur in kontrollierten Umgebungen. Die Anmelderin hat Verbesserungen gefunden, welche die Notwendigkeit eliminieren, eine kontrollierte Umgebung aufrechtzuerhalten und welche gestatten, solche Tomographievorrichtungen in einer schwierigen Umgebung, wie beispielsweise an einem Herstellungsort, zu implementieren und die Tomographievorrichtungen auf kontinuierlicher, ununterbrochener Basis zu benutzen. Diese Verbesserungen sind für die tomographische Untersuchung von Gasturbinentriebwerksteilen einschließlich Turbinenlaufschaufeln besonders relevant.

Darüber hinaus werden bei einer Form eines bekannten Ionisationsdetektors Schutzwände 3A benutzt, die zwischen benachbarten Detektoren 6A angeordnet sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Schutzwände dienen dazu, ein ionisiertes Teilchen 9A daran zu hindern, einem Weg 12A zu folgen und so auf einen anderen als den direkt unter ihm befindlichen Detektor zu fallen, nämlich den Detektor 6B.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten Röntgendetektor für die Tomographie zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung ein neuer und verbesserter Röntgendetektor geschaffen werden, der fortgesetzt und ununterbrochen benutzt werden kann.

Schließlich sollen durch die Erfindung ein Ionisationsdetektorgehäuse, ein Verfahren zu seiner Herstellung und ein Strahlungsdetektor geschaffen werden.

In.einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Kammer durch ein Gehäuse begrenzt. Ein Substrat dringt in die Kammer von außerhalb des Gehäuses her ein und trägt mehrere langgestreckte Detektorelemente zum Auffangen von elektrischen Ladungen, die durch Ionisationsereignisse erzeugt werden, welche oberhalb der Elemente auftreten. Die Erfindung schafft mechanische Verbesserungen des Gehäuses zum besseren Einschließen des Ionisierungsmediums, welches vorzugsweise Xenongas ist, sowie ein Verfahren zum Beseitigen der Ursachen unerwünschter Ladungen, die durch die Detektoren geliefert werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen bekannten Detektor,

Fig. 2 einen bekannten Ionisationsdetektor,

Fig. 3 das Verbiegen, das bei bekannten Gehäusen auftritt,

Fig. 4 eine Querschnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 in auseinandergezogener Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 schematisch I-Träger und Seile, die die Konstruktionsmerkmale der Erfindung veranschaulichen, welche zum Reduzieren des Verbiegens und Klaffens benutzt werden,

Fig. 7 das Klaffen, das bei bekannten Gehäusen auftritt,

die Fig. 8 eine Belastungszelle zum Aufweiten eines und 9 Schlitzes gemäß der Erfindung,

Fig. 10 eine weggebrochene Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 eine Goldinsel zwischen zwei Detektorelementen,

Fig. 12 eine Seitenansicht einer Goldinsel,

Fig. 13 Goldgebiete, die durch scheuerndes Schrubben beseitigt werden,

die Fig. 14 einige Aspekte von Plasmen, bis 19

die Fig. 20 elektrische Feldlinien, die an den De- und 21 tektorelementen endigen,

Fig. 22 einen Weg, den ein geladenes Teilchen nimmt,

Fig. 23 die Vergleichsbereiche einer Goldinsel und des freiliegenden Substrats,

Fig. 24 die Matrix von Detektorelementen, die den Schlitz in der Endplatte durchdringen,

Fig. 25 eine radiale Matrix von Detektorelementen,

Fig. 26 eine Schaltung, die benutzt wird, um die auf die Detektorelemente aufgebrachte Ladung zu lesen, und

Fig. 27 ein Standardmodell einer Stromquelle.

Ein vorhandener Röntgendetektor ist in der US-PS 4 394 578 beschrieben,·welche eine mit hohem Druck und hoher Auflösung arbeitende Xenon-Röntgendetektormatrix zum Gegenstand hat und auf welche bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Die hier gezeigte Fig. 2 gleicht der Fig. 2 aus der US-Patentschrift, und die folgende Passage, die diese Figur beschreibt, ist der US-Patentschrift, S. 4 und 5,entnommen .

"Ein Röntgendetektor, der erfindungsgemäß aufgebaut ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Der Detektor 10 hat ein insgesamt zylindrisches Gehäuse 12 aus einem Metall oder einer Metallegierung, an dem eine Endplatte 14 aus Metall oder einer Metallegierung befestigt ist, beispielsweise mittels Schrauben 16. Die Endplatte 14 ist an dem Gehäuse 12 durch eine O-Ringdichtung 18 abgedichtet, die aus einem zusammendrückbaren Material, wie beispielsweise Kautschuk, besteht. Das Gehäuse 12 enthält eine insgesamt zylindrische Kammer 20, die an einem Ende durch ein Fenster 22 verschlossen ist, welches aus einer dünnen Platte aus einem Material besteht, das von Röntgenstrahlen leicht durchdrungen wird, wie beispielsweise Aluminium. Das entgegengesetzte Ende der Kammer 20 ist durch die Endplatte 14 verschlossen. Durch die Endplatte 14 erstrecken sich Kollektorplatten 24, 26, die durch keilförmige Epoxidharzdichtungen 28 bzw. 30 abgedichtet sind. Außerdem sind in der Kammer Spannungsplatten 32, 34 angeordnet, die über elektrische Leiter 36 bzw. 38 mit elektrischen Kontakten 40 bzw. 42 verbunden sind, welche sich durch die Endplatte 14 erstrecken und an dieser durch Dichtungen 44 bzw. 46 abgedichtet sind. Es sei angemerkt, daß für einen Detektor eine einzige Kollektorplatte und eine einzige Spannungsplatte oder jede praktische Anzahl derselben benutzt werden kann."

Die Anmelderin hat herausgefunden, daß, wenn die Kammer 20 mit Xenongas unter einen Druck von bis zu etwa 76 bar

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(1100 psi) gesetzt wird, die Endplatte 14 sich verbiegt, und zwar so, wie es in Fig. 3 übertrieben stark dargestellt ist. Das Verbiegen gleicht dem einer kreisförmigen Membran mit einem Schlitz, wenn diese auf einer Seite mit Druck beaufschlagt wird. Durch das Verbiegen der Endplatte 14 werden Zugkräfte auf die Epoxidharzdichtungen 28 und 30 nach Fig. 2 in dem Gebiet 102 in Fig. 3 (die Dichtungen sind in Pig. 3 nicht dargestellt) und Druckkräfte auf die Dichtungen in dem Gebiet 104 ausgeübt. Diese Kräfte können die Lebensdauer der Dichtungen verkürzen.

Die Anmelderin reduziert das Verbiegen durch Herstellen einer insgesamt rechteckigen (d.h. nichtzylindrischen) Kammer 120 innerhalb eines Gehäuses 112, das im Querschnitt in Fig. 4 und in auseinandergezogener Darstellung in Fig. 5 gezeigt ist. Die Kammer ist in den Richtungen der Pfeile 106A und 106B langgestreckt. Ebenso ist auch die Endplatte 114 langgestreckt, wodurch deren Ähnlichkeit mit einer kreisförmigen Membran verringert und die Tendenz der Endplatte 114, sich wie eine kreisförmige Membran zu verhalten, reduziert wird.

Oberhalb und unterhalb der Kammer 120 sind innerhalb der gestrichelten Linien 126 Materialgebiete enthalten, die als Verstärkungsstege dienen, und zwar jeweils ähnlich dem Steg eines Trägers. Die Stegfunktion ist deutlicher in Fig. 6 gezeigt, wo das Material innerhalb der gestrichelten Linien symbolisch als I-Träger 126A dargestellt ist. Der Druck, der auf die Endplatte 114 durch das Xenongas ausgeübt wird, ist bestrebt, die I-Träger 126A zu verbiegen (d.h. zu krümmen), wie es durch den gestrichelten Träger 126B dargestellt ist. Die Stege 126C widersetzen sich jedoch diesem Verbiegen. Somit widersetzt sich das Material in den Gebieten 126 in Fig. 4 dem Verbiegen ebenso wie die I-Träger 126A in Fig. 6.

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Der rechteckige Aufbau der Endplatte, der mit dem Verstärkungsmaterial in den Gebieten 126 zusammenwirkt, reduziert zwar das Verbiegen, gibt der Vorrichtung aber die Tendenz zu "klaffen". Das ist in stark übertriebener Form in Fig. 7 gezeigt. Das Klaffen führt zu einer Vergrößerung der Abmessung 127. Das Klaffen ist zum Teil ein Ergebnis des Fehlens von Material hoher Zugfestigkeit innerhalb eines Schlitzes 128. Durch das Klaffen wird das Dichtmittel innerhalb des Schlitzes (weiter unten ausführlicher beschrieben) Zugkräften ausgesetzt.

Die Anmelderin reduziert das Klaffen durch Bereitstellen eines Verstärkungsmaterials in Gebieten 130 in Fig. 5. Dieses Material ist Zugkräften ausgesetzt, wenn die Kammer unter Druck gesetzt ist. Die Wirkung des Materials in dem Gebiet 130 ist schematisch in Fig. 6 gezeigt, in welcher Seile 130A gezeigt sind, die die I-Träger 126A zusammenhalten. Das heißt, die weiter oben beschriebenen I-Träger 126A verhindern das Verbiegen, und die Seile 130A verhindern das Klaffen. Diese symbolischen Seile und I-Träger haben die Form von massivem Material in den Gebieten 126 und 130 nach Fig. 5, um den Aufbau zu vereinfachen.

Zum weiteren Reduzieren der Zugkräfte, die auf die Dichtung in dem Schlitz 128 einwirken, sieht die Anmelderin vor, die Endplatte 114 vorzubelasten, indem sie in eine Belastungszelle 132 gemäß Fig. 8 eingebracht wird. Löcher 134 werden in die obere Seite 136 und in die untere Seite 138 der Endplatte 114 gebohrt, und diese Löcher werden mit Innengewinde versehen. Zehn Schrauben 136 werden in die Löcher 134 eingeschraubt und an den Trägern 140 bzw. 142 festgezogen. Diese Schrauben haben einen Durchmesser von 4,8 mm (0.190 inches) und eine Gewindesteigung von 0,79 mm (0.031 inches). Das Anziehen der Schrauben 136 jeweils mit einem Drehmoment bis zu 16,3 Nm (12 foot pounds) führt zum Aufweiten des Schlitzes 128, wie es in übertriebener Form in Fig. 9 ge-

zeigt ist. Wenn der Schlitz auf diese Weise aufgeweitet ist, werden die Spannungs- und Kollektorplatten 144 und 145 in Fig. 4 (weiter unten ausführlicher beschrieben) analog den Platten 24 und 32 in Fig. 2 durch den Schlitz 128 eingeführt, und ein Epoxidharzkitt wird in den Zwischenraum eingebracht, der die Kollektorplatten 145 umgibt, um die oben erwähnte Abdichtung 146 herzustellen. Nachdem der Kitt ausgehärtet ist, wird der Druck der Schrauben 136 beseitigt, wodurch die Epoxidharzdichtung 146 zusammengedrückt und vorbelastet wird. Die anschließende Druckbeaufschlagung der Kammer 120 dient zum Entlasten der Epoxidharzdichtung und bringt diese in einen unbelastet Zustand zurück.

Dieses Vorbelasten des Epoxidharzes nutzt die Tatsache aus, daß das Epoxidharz stärker auf Druck als auf Zug belastbar ist. Wenn die Kammer 120 in Fig. 4 unter Druck gesetzt wird, wird die Druckbeanspruchung des Epoxidharzes reduziert (durch Klaffen), und das unter Druck stehende Xenon beansprucht es auf Scherung. Das steht im Gegensatz zu der Situation in Fig. 2, wo das Epoxidharz nicht vorbelastet ist, wobei in diesem Fall das Klaffen der Vorrichtung das Epoxidharz auf Zug beansprucht, wogegen das unter Druck stehende Xenon das Epoxidharz auf Scherung beansprucht. Diese letztgenannte Kombination aus Zug- und Scherbelastungen des Epoxidharzes nutzt nicht die Eigenfestigkeit des Epoxidharzes vorteilhaft aus, im Gegensatz zu dem Fall gemäß Fig. 4, wo das Epoxidharz vorbelastet ist.

In Fig. 5 wird eine Kammer 120 sowohl durch das insgesamt rechteckige Gehäuse 112 als auch durch die rechteckige Endplatte 114 begrenzt. Eine Dichtung 118 aus rostfreiem Stahl, die im Querschnitt kreisförmig ist, wird durch eine Platte 118A gehalten, die ein Loch 119 hat, welches die gleiche Form wie die Dichtung 118 hat. Ein Stift 119A faßt in ein Loch 117 in der Platte 118A ein, um das Loch 119 auf die

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Hohlräume 120A und 120B auszurichten. Die Platte 118A paßt zwischen zwei Lippen 160, die an der Endplatte 114 vorgesehen und in Fig. 4 im Querschnitt gezeigt sind. Die Lippen 160 richten außerdem die Hohlräume 120A und 120B aufeinander aus.

Das Gehäuse 112 in Fig. 4 ist aus einem Material hergestellt, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie beispielsweise Aluminium. Ein Fenster 165, das eine innere Oberfläche 168 hat, die insgesamt zylindrisch ist, ist so ausgebildet, daß die Abmessung 170 ungefähr 3,2 mm (oneeighth inch) beträgt, was ein 3,2 mm (ohne-eighth inch) dickes Fenster ergibt, durch das die Röntgenstrahlen hindurchgehen können. Weiter ist gemäß Fig. 4 das Fenster ungleichmäßig dick, wobei aber die Abmessung 172 größer ist als die Abmessung 171. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß diese Differenz in der Fensterdicke die Röntgenerfassung nicht nennenswert nachteilig beeinflußt. Daher können die erwünschten Eigenschaften der zylindrischen inneren Oberfläche 168 hinsichtlich des Widerstands gegen die Kräfte des unter Druck stehenden Gases trotz der Veränderungen in der Dicke an der Fensteroberfläche, die die zylindrische Oberfläche 168 ergibt, ausgenutzt werden.

Das Fenster 165 ist also eine plankonkave Aluminiumlinse, weil die Oberfläche 168 konkav und die Oberfläche 174 plan ist.

Gemäß Fig. 10 ist ein Kollimator 180 vorgesehen, der zwei Stäbe 181 und 182 aufweist, die aus Wolfram (einem röntgenstrahlenabsorbierenden Material) hergestellt sind und zwischen parallelen Flächen 185 und 186 (Fig. 4) einen Schlitz 183 begrenzen. Der Schlitz 183 in Fig. 10 ist 0,29 mm (0.0115 inches) hoch (Abmessung 190) und 87,75 mm (3.455 inches) broil (Abinfr.fjunq 1M1) . DPtnrjmnHfl wprrtnn din In rHc? Kammer 120 ointretc-ndon Köntijeriütr ah .It-η wo kol J tnilm t , dal'·

sie im wesentlichen parallel sind, wie es durch Linien 192 in Fig. 4 gezeigt ist, und sich als eine dünne Schicht in die Kammer bewegen.

Wenn die Detektorplatte in dem Schlitz 128 angeordnet wird, wird sie so angeordnet, daß die (weiter unten beschriebene) Matrix der Elemente auf der Platte 145 in Fig. 4 parallel zu der Schicht kollimierter Röntgenstrahlen ist. Ein Grund dafür ist, daß der Abstand von einem lonisationsereignis bis zu der Elementenmatrix auf der Platte derselbe sein muß, und zwar unabhängig davon, ob das lonisationsereignis nahe dem Fenster 165 in Fig. 4 in dem Gebiet 201 oder weiter davon entfernt in dem Gebiet 205 auftritt.

Weiter wird zur Zeit des Anordnens der Platte 145 diese so positioniert, daß, wenn die Endplatte 114 an dem Gehäuse 112 befestigt ist, der Abstand 204 zwischen dem Ende der Platte 145 und dem Fenster so klein wie möglich ist. Die Anmelderin hat einen Abstand von 0,38 mm (0.015 inches) benutzt. Der Abstand soll klein sein, um die Strecke zu verringern, auf der sich Ionen durch den Zwischenraum zwischen der Platte und dem Fenster bewegen. Es muß jedoch wenigstens etwas Abstand vorhanden sein, um eine elektrische Lichtbogenbildung zwischen der Platte und dem Fenster zu verhindern, weil eine Potentialdifferenz von mehreren hundert Volt zwischen beiden vorhanden ist.

Das vorstehend beschriebene Positionieren der Platten vor dem Anbau der Endplatte 114 an dem Gehäuse 112 bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß die Platte in einer vorbestimmten Position bezüglich des Kollimators 180 und des Fensters 165 gebracht wird. Es ist wichtig, diese Position zu kennen, weil die hier nicht beschriebene Signalanalyse der Ionisationsereignisse nachteilig beeinflußt würde, wenn die Platte 145 an einer anderen Stelle positioniert würde, beispielsweise weiter weg von dem Fenster. In diesem

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Zusammenhang ist die Verwendung der hier beschriebenen Erfindung weit zweckmäßiger als eine Alternative, bei der die Endplatte und das Gehäuse zusammengebaut werden und erst anschließend die Platte 145 eingeführt wird. In diesem alternativen Fall ist das Positionieren der Platte 145 an einer bekannten Stelle schwieriger und zeitaufwendiger, weil der Plattenabschnitt, der sich in der Kammer 120 befindet, dem Blick verborgen ist.

Nachdem der Aufbau der Druckkammer, in der die Röntgendetektorplatten nach der Erfindung untergebracht werden, beschrieben worden ist, werden nun die Platten selbst betrachtet .

Eine derartige Detektorplatte ist in Fig. 11 gezeigt, die eine Matrix von langgestreckten parallelen Gold-Chrom-Elementen 210 zeigt, welche auf einem Substrat 212 angebracht sind, wobei jedes Element 101 ,6 μπι (4 mils) breit ist (Abmessung 214) . Die Elemente sind 25,4 μπι (one mil) dick (Abmessung 216) und haben einen gegenseitigen Abstand von 38,1 μπι (1.5 mil) (Abmessung 218). Die Detektorelemente werden folgendermaßen hergestellt.

Gemäß Fig. 12 wird eine erste Schicht 220 aus Chrom mit einer Dicke von 25,4 μπι (1 mil) auf das Substrat 212 auf bekannte Weise aufgebracht. Das Substrat 212 besteht vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, das einen hohen Glasfasergehalt von vorzugsweise 40 Vol.-% hat. Die Bedeutung dieses hohen Glasfasergehalts ist weiter unten erläutert. Eine zweite Schicht 222, die aus Gold besteht und eine Dicke von 25,4 μπι (1 mil) hat, wird oben auf das Chrom auf bekannte Weise aufgebracht.

Das Chrom unterstützt das Haftvermögen der Goldschicht 222 auf dem Substrat 212. Anschließend an das Aufbringen von Gold und Chrom werden die Schichten geätzt, und zwar in einem

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ersten Ätzschritt, um eine Matrix von Detektorelementen zu bilden, die die oben angegebenen Abmessungen haben. Ein Ätzverfahren ist bekannt und beinhaltet das Aufbringen eines Fotolacks in dem Muster der gewünschten Elemente. Eine Säure wird auf die Platte aufgebracht,und die Gebiete, die nicht durch den Fotolack geschützt sind, werden durch die Säure weggeätzt. Die Anmelderin hat jedoch herausgefunden, daß nach dem Ätzen Goldinseln 224 trotzdem zwischen den Elementen 210 zurückbleiben, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Die Goldinseln 224 sind teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, daß das Substrat 212 in Fig. 12 winzige Kratzer 226 aufweist. Die Auflage aus Gold und Chrom dringt in die Kratzer ein und wird nicht vollständig weggeätzt, wodurch nach dem Ätzen Goldinseln zurückbleiben. Die Anmelderin vermutet, daß die Goldinseln an dem ungewollten Strom (weiter unten erläutert) beteiligt sind, weshalb die Anmelderin das folgende Verfahren zum Reduzieren der Konzentration von Goldinseln geschaffen hat.

Die Anmelderin wiederholt den Ätzprozeß ein zweites Mal nach dem Entfernen des Fotolacks. Dann werden durch einen Waschschritt der verbliebene Fotolack und die verbliebene Säure beseitigt. Das zweifache Ätzen reduziert die Konzentration der Goldiriseln und dadurch die Notwendigkeit des Schrubbens, das nicht beschrieben wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das zweifache Ätzen ausgeführt werden kann, ohne daß schädliche Mengen an Gold von den Elementen entfernt werden.

Im Anschluß an das zweifache Ätzen wird die Platte mit der Detektormatritz mit einer wässerigen Ausschlämmung von 1-Um-Aluminiumoxidteilchen sanft geschrubbt. Die sanfte Schleifwirkung dient zum Entfernen sowohl von Resten des Ätzprozesses als auch von mikroskopischen Überbleibseln, nicht aber zum Zerstören der Detektorelemente 210. Das Schrubben zum Entfernen von Überbleibseln und organischen

Oberflächenverunreinigungen, wie beispielsweise Goldinseln 224 in Fig. 13, beseitigt außerdem etwas Gold von den Detektorelementen, was durch das gestrichelte Gebiet 230 dargestellt ist. Die Anmelderin nimmt an, daß dieselbe Gesamtdicke des Materialssowohl von den Detektorelementen 210 als auch von den Goldinseln entfernt wird. Um zu verhindern, daß ungewollt Elemente weggeschrubbt werden, werden die Elemente unter dem Mikroskop häufig beobachtet, um festzustellen, ob die Konzentration der Goldinseln einen weiter unten erläuterten Schwellenwert erreicht hat. Wenn der Schwellenwert erreicht ist, wird das Schrubben gestoppt. Diese häufigen Beobachtungen reduzieren die Möglichkeit des ungewollten Beseitigens eines Elements. Im Anschluß an das Schrubben wird die Platte mit der Detektormatrix mittels Ultraschall auf bekannte Weise mit einer Alconox-Wasserlösung gereinigt und dann getrocknet. Alconox ist von der VWR Scientific Company, P O Box 232, Boston, Massachusetts 02101, erhältlich.

Die Wände der Kammer 120 in Fig. 4 werden ebenfalls gereinigt, aber zuerst durch Kochen von Freonflüssigkeit auf der inneren Oberfläche der Kammer, woran sich das oben beschriebene Ultraschallreinigen anschließt. Die Gründe für diese umfangreiche Reinigungsprozedur werden nun erläutert.

Die Anmelderin hat herausgefunden, daß bei der Anwendung höherer Geschwindigkeiten beim Lesen der auf die Elemente durch ionisiertes Gas aufgebrachten Ladung unerwartete Schwierigkeiten auftreten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß im Anschluß an das Lesen der Ladung eine unbekannte Quelle einen restlichen, ungewollten Strom über die Elemente liefert, der bis zum Abklingen ungefähr 30 s benötigt. Selbstverständlich stehen während des Abklingintervalls die Elemente nicht zur Erfassung zur Verfügung, und die Geschwin-' digkeit des Erfassungsprozesses leidet darunter.

Fig. 26 zeigt ein Schaltbild der Vorrichtung, die zum Lesen der auf die Elemente 6, welche in der Figur gezeigt sind, aufgebrachten Ladung benutzt wird. Ein 10-Kohm-Widerstand 401 ist zwischen ein Element 6 und einen 750-pF-Kondensator 405 geschaltet. Ladung baut sich auf dem Kondensator 405 aufgrund des Aufbringens von Ladung auf dem Element 6 wegen der oberhalb des Elements stattfindenden Ionisation auf. Wenn der Schalter 410 geschlossen wird (symbolisch ist ein Schalter 410 gezeigt, in der wirklichen Praxis wird aber ein Feldeffekttransistor benutzt), sammelt sich praktisch die gesamte Ladung auf dem 20-pF-Kondensator 415, der mit dem Verstärker 420 verbunden ist. Eine verstärkte Spannung wird auf einer Leitung 425 geliefert und ist eine Funktion der Ladung auf dem Kondensator 415. Die verstärkte Spannung kann dann auf irgendeine Weise verarbeitet werden, beispielsweise durch eine Anzeige auf einem Oszilloskop (nicht dargestellt).

Der oben erwähnte Reststrom nimmt die Form eines Stroms an, der als Pfeil 430 dargestellt ist und selbst dann fließt, wenn die Spannung auf jedem Kondensator 405 gelesen und der Kondensator entladen worden ist. Der Strom hält wie erwähnt 30 s lang an.

Dieser Reststrom zusammen mit anderen Erkenntnissen, die die Anmelderin bei der Ausarbeitung der hier beschriebenen Erfindung gewonnen hat, zeigt, daß die Detektormatrix 210 in Fig. 11 sich praktisch wie eine Stromquelle hoher Impedanz verhält. Das ist ungewöhnlich, weil eine Stromquelle üblicherweise den in Fig. 27 gezeigten Aufbau hat. Von einer Stromquelle wird erwartet, daß sie eine niedrige Impedanz hat (dargestellt durch einen Widerstand 435) und nicht die durch die Anmelderin gefundene hohe Impedanz. Beim Verringern des ungewollten Stroms hat die Anmelderin die Tendenz der Detektormatrix, sich wie eine Stromquelle hoher Impedanz zu verhalten, reduziert.

Die Anmelderin hat das oben beschriebene Reinigungsverfahren in dem Bestreben geschaffen, den ungewollten Strom zu reduzieren. Die Gründe, warum die Rexnigungsprozeduren tatsächlich den ungewollten Strom reduzieren, sind nicht ganz klar, was nun beschrieben wird.

Zur Untersuchung der möglichen Ursachen des ungewollten Stroms werden einige der Theorien, die die Ereignisse beschreiben, welche während der Ionisation in der Kammer 120 auftreten, nun erläutert. Der Leser wird feststellen, daß die Theorien nicht gänzlich einwandfrei sind. Da das ionisierte Xenon innerhalb der Kammer 120 einige der Eigenschaften eines Plasmas hat, wird zuerst ein Plasma erläutert.

Ein verallgemeinertes Plasma 234 ist in Fig. 14 gezeigt. Das Plasma enthält Elektronen 235 und positive Ionen 237, die sich durch Kollisionen mit Röntgenphotonen voneinander getrennt haben. Die Anmelderin glaubt, daß innerhalb des Plasmas Raumladungsneutralität existiert, was bedeutet, daß in einem makroskopischen Gebiet 239 insgesamt keine Ladung vorhanden ist. Das ist so, weil die positiven Ladungen die negativen Ladungen in dem Gebiet ausgleichen. Der Begriff "makroskopisch" bezieht sich auf ein Gebiet, das groß genug ist, um viele ionisierte Atome zu enthalten. Das steht im Gegensatz zu einem nur ein Elektron enthaltenden Gebiet, das selbstverständlich insgesamt eine Ladung enthalten würde, nämlich die des Elektrons.

Wenn ein Leiter 240, der an einem Isolierstab 242 befestigt ist (analog einer Goldinsel 224, die durch das Substrat 212 gehalten ist), in das Plasma 234 eingeführt wird, wird sich nach Auffassung der Anmelderin insgesamt keine Ladung auf dem Leiter oder auf dem Stab ergeben, und zwar wegen der Raumladungsneutralität. Anders betrachtet, gleiche Anzahlen von Elektronen und Ionen werden auf den Leiter und den Isolator aufgebracht, so daß auf keinen insgesamt eine Ladung aufgebracht wird. Da die Goldinseln und das freiliegende

Substrat in Fig. 11 dem Leiter 240 und dem Isolator 242 in Fig. 14 gleichen, ist daher zu erwarten, daß sie aus lonisationsereignissen, die nahe den Detektorelementen auftreten, keine Ladung empfangen.

Teile des in der Kammer 120 enthaltenen Plasmas sind jedoch einem elektrischen Feld ausgesetzt. Aus diesem Grund betrachtet die Anmelderin nun ein Plasma, das sich in einem elektrischen Feld befindet, wie z.B. das Plasma 244 in Fig. 15. Das elektrische Feld ist durch Pfeile 246 dargestellt und wird durch die Ladungen 248 und 250 auf leitenden Platten 252 und 254 erzeugt.

Das elektrische Feld ist bestrebt, die Elektronen 235 von den Ionen 237 zu trennen, wobei sich die positiven Ionen in der Richtung des Pfeils 246 bewegen werden, während sich die negativen Elektronen in der entgegengesetzten Richtung bewegen werden. Es stellt sich die Frage, ob unter diesen Umständen die Raumladungsneutralität vorhanden ist. Die Anmelderin glaubt, daß die Antwort unter stationären Bedingungen ja lautet.

Im stationären Zustand wird ein kontinuierlicher Strom von Ionen 237 und Elektronen 235 aufrechterhalten, wie es durch Pfeile 260 und 261 in Fig. 16 gezeigt ist. In einem makroskopischen Gebiet 264 gibt es insgesamt keine Ladung. Diese Schlußfolgerung verträgt sich mit dem Vorhandensein der Raum ladungsneutralität in einem Stab Halbleitermaterial, das einen Strom führt, wenn keine Hall-Effekte auftreten. In einem solchen Stab fließen die Elektronen in einer Richtung, und Löcher fließen in der entgegengesetzten Richtung, es sind aber gleiche Anzahlen von Elektronen und Löchern in jedem makroskopischen Gebiet vorhanden. Demgemäß ist nicht zu erwarten, daß insgesamt eine Ladung auf den Leiter 240 oder auf den isolierenden Halter 242 im stationären Zustand aufgebracht wird.

Die nichtstationären Fälle liegen vermutlich anders. Gemäß Fig. 17 kann genau beim Einsetzen der Ionisation eine La- · dungstrennung vorhanden sein, was durch die getrennten Ladungen 266 und 268 gezeigt ist. Das heißt, vor dem Ausbilden des kontinuierlichen Stroms von Elektronen und Ionen im stationären Zustand kann es vorkommen, daß keine Raumladungsneutralität vorhanden ist. Ebenso kann im Anschluß an die Beendigung der Ionisation, wenn die Ladungen zu den Platten 252 und 254 wandern, wie es in der Folge von Ereignissen gemäß den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, eine Raumladungstrennung in Gebieten 272 und 274 vorhanden sein.

In beiden Fällen, die in den Fig. 17 und 19 gezeigt sind, kann, wenn ein Leiter 240 mit einem Isolator 242 verbunden und wie dargestellt positioniert ist, entweder der Leiter oder der Isolator etwas Ladung empfangen. Die Anmelderin weiß jedoch nicht, ob der Leiter eine größere Ladungsaffinität hat als der Isolator. Weiter glaubt die Anmelderin, daß die Zeitdauer der in den Fig. 17 und 19 gezeigten Situationen so kurz sein kann (in der Größenordnung von Mikrosekunden), daß diese Situationen bei der hier vorgenommenen Analyse außer Betracht gelassen werden können.

An diesem Punkt hat die Anmelderin keine Erklärung gefunden, die unzweideutig zeigt, daß sich Ladung entweder auf den Goldinseln oder auf dem benachbarten freiliegenden Substrat ergibt. Eine Analyse der Situation wird nun unter einem anderen Gesichtspunkt vorgenommen. Diese neue Analyse betrachtet die Rolle, die die besondere Konfiguration des elektrischen Feldbildes spielt.

Ein elektrisches Feld wird zwischen der Platte 144 und den Elementen 210 aufgebaut. Die genaue Verteilung des Feldes ist schwierig ermittelbar. Wahrscheinlich liegt sie aber zwischen den beiden Extremen, die in den Figuren 20 und 21 gezeigt sind. Ein besonderes Merkmal dieser Verteilungen ist,

daß keine Feldlinien gezeigt sind, die auf dean Substrat 212 cxter auf der Goldinsel 224 endigen. Weiter gehen keine elektrischen Feldlinien durch die Goldinseln 224 hindurch, da die Goldinsel 224 ein Leiter ist. Weiter gibt es kein elektrisches Feld in dem Gebiet 290.

Das Fehlen eines elektrischen Feldes in dem Gebiet 290 bedeutet, daß die Analyse des verallgemeinerten Plasmas, das in Verbindung mit Fig. 14 erläutert worden ist, in diesem Gebiet angewandt werden kann. Diese Analyse führt zu dem Schluß, daß insgesamt keine Ladung auf die Goldinseln oder auf das in dem Gebiet 290 vorhandene Substrat aufgebracht werden sollte. Die Feldverteilung nach den Fig. 20 und 21 außerhalb des Gebietes 290 zeigt außerdem, daß keine Ladung auf die Goldinseln 224 oder auf das Substrat 212 aufgebracht werden sollte, was nun erläutert wird.

Elektronen aus lonisationsereignissen werden durch die Feldlinien angetrieben und sind bestrebt, den Feldlinien zu folgen. Daher würde es scheinen, daß die Elektronen, die den Feldlinien nahe den Goldinseln folgen, wie beispielsweise der Linie 292 in Fig. 22, auf ihrem Weg zu dem Element 210 die Goldinsel 224 "streifen"und sich dadurch auf dem Element 210 und nicht auf der Goldinsel 224 absetzen.

An diesem Punkt bietet sich wiederum keine unzweideutige Erklärung für das Ansammeln von Ladung auf den Goldinseln oder dem benachbarten Substrat an. Trotzdem nimmt die Anmelderin nun willkürlich an, daß sich die Elektronen auf den Goldinseln und dem benachbarten Substrat sammeln. Die Anmelderin wird nun analysieren, ob eine solche Ansammlung zu dem ungewollten Strom beitragen kann.

Die Goldinsel 224 und das benachbarte freiliegende Substrat 212A werden einem Schwall von Elektronen ausgesetzt sein, der aus der Ionisation resultiert. Dieser Schwall sollte im Raum gleichförmig sein. Daher fallen Elektronen gleicher-

maßen auf die Goldinsel 224 und auf das freiliegende Substrat 212A. Die Anmelderin sieht keinen klaren Grund, warum die Elektronen, die auf die Goldinseln 224 oder auf das freiliegende Substrat 212A gefallen sind, dann in Form des ungewollten Stroms zu einem Element wandern sollten. Weiter sollte die Beseitigung der Goldinseln die Situation nicht ändern, weil dann die Elektronen sich auf dem neuerdings freiliegenden Substrat sammeln werden, das sich unterhalb der Goldinseln befindet. Wiederum sieht die Anmelderin keine klaren Umstände für die Beteiligung der Goldinseln an dem ungewollten Strom.

Obgleich gemäß obiger Erläuterung unklar ist, wie die Goldinseln an dem ungewollten Strom beteiligt sind, stellt die Anmelderin die Hypothese auf, daß Mittel, wie beispielsweise die Goldinseln, gasförmige Verunreinigungen, restliche Verunreinigungen aus dem Photoätzprozeß oder in Spuren vorhandene öle auf den Wänden der Kammer 120 in Fig. 4,einzeln oder gemeinsam den ungewollten Strom erzeugt haben könnten. Jedes dieser Mittel wird kurz erläutert.

Gasförmige Verunreinigungen können in die Kammer 120 durch die Verwendung von organischen Materialien, wie beispielsweise den aus Kautschuk bestehenden O-Ring 18 nach Fig. 2 oder die verschiedenen Epoxidharze, die als Dichtungen oder Substratmaterialxen benutzt werden, eingebracht werden. Organische Stoffe absorbieren atmosphärische Gase und setzen diese, wenn sie in die Xenonatmosphäre der Kammer 120 nach Fig. 4 eingebracht werden, die absorbierten Gase wieder frei. Die freigesetzten Gase können zu dem ungewollten Strom beitragen. Die Anmelderin reduziert die Menge an organischen Stoffen, die mit dem Xenon in Berührung kommen, durch Ersetzen des aus Kautschuk bestehenden O-Ringen 18 in Fig. durch den aus rostfreiem Stahl bestehenden O-Ring 118 nach Fig. 5 und durch Verwendung des glasfaserverstärkten Substrats 212. Die Glasfaser, ein anorganisches Material, er-

setzt das organische Material und reduziert daher die Menge an organischem Material, das mit dem Xenon in Berührung kommt.

Die von dem Photoätzen zurückbleibenden Verunreinigungen und Spuren öle können zu dem ungewollten Strom beigetragen haben. Die Anmelderin beseitigt die Photoätzverunreinigungen durch die oben beschriebene Schrubbprozedur. Die Anmelderin beseitigt Spurenöle durch Auflösen derselben in siedendem Freon und durch anschließendes Ultraschallreinigen der Wände der Kammer 120, wie es oben beschrieben worden ist.

Die Anmelderin beseitigt die Goldinseln durch die oben beschriebene Schrubbprozedur. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß, wenn die Goldinselkonzentration reduziert oder auf oder unter einen gewissen Schwellenwert gebracht wird und wenn sich die oben beschriebenen Reinigungsprozeduren anschließen, der ungewollte Strom im wesentlichen eliminiert wird. Der Schwellenwert wird folgendermaßen definiert.

Eine Messung des Oberflächeninhalts der Goldinseln erfolgt durch ein Mikroskop, durch das die Matrix von Elementen 210 in Fig. 23 von oben her betrachtet wird. Der Elementenabstand beträgt 38,1 μΐη (1.5 mil) (Abmessung 298). Das Verhältnis von Goldinselflächeninhalt (kreuzschraffierter Bereich 224) zu freiliegendem Substratflächeninhalt (schraffierter Bereich 301) darf 0,0025 nicht überschreiten, d.h. das Verhältnis von Inselflächeninhalt zu freiliegendem Substratflächeninhalt = 0,25%.

Zugeordnete Komponenten zur Halterung der Detektorbaugruppe werden nun erläutert. Gemäß Fig. 10 ist die Gehäusebaugruppe auf einer Plattform 305 gehaltert. Das Substrat 212, das die Detektormatrix (nicht im einzelnen gezeigt) trägt, erstreckt sich in die Kammer 120. Die Spannungsplatte 308 ist unterhalb des Substrats und parallel zu den Elementen angeordnet.

Das Substrat 212 ist weiter in Fig. 24 gezeigt. Das Gebiet 309 der Platte ist dasjenige, das in die Kammer 120 eingeführt ist. Die Elemente 210 sind gezeigt und erstrecken sich längs des Gebietes 312, das sich innerhalb des Schlitzes 128 in Fig. 4 befindet. Die Elemente gehen weiter, sind abgeschrägt, wie es in dem Gebiet 314 gezeigt ist, und gehen weiter zu den Rändern des Substrats 212. In Fig. 10 sind die Verbinder, vorzugsweise hochdichte Druckschaltungsplattenverbinder 316, mit den Plattenrändern in dem Gebiet 318 in Fig. 24 verbunden, um den Kontakt mit den Elementen 210 herzustellen. Die Verbinder sind an Bandkabeln 321 befestigt, die wie dargestellt gefaltet und ihrerseits mit einer Signalverarbeitungsschaltungsanordnung (nicht dargestellt) verbunden sind. Die Bandkabel sind so ausgelegt, daß die Längen sämtlicher Kabel 321 von den Randverbindern 316 in Fig. 10 zu den Enden an dem Signalprozessor (nicht dargestellt) alle gleich sind.

Die Bandkabel sind durch starre Träger 323 gehalten, um Schwingungen zu reduzieren, die durch äußere Quellen verursacht werden, welche in einem Fertigungsbetrieb vorhanden sind. Es hat sich gezeigt, daß Schwingungen ungewollte Signalablesungen erzeugen, und die Anmelderin stellt die Theorie auf, daß die Schwingungen die Signale niedrigen Pegels, welche die Bandkabel führen, nachteilig beeinflussen.

In dem Gebiet 312 in Fig. 24 geht die Matrix der Elemente 210 durch die Endplatte hindurch und ist an der Endplatte durch die Epoxidharzdichtung 146 befestigt. Das heißt, es gibt eine mechanische Befestigung zwischen der Matrix von Elementen und den Wänden des Schlitzes 128. Die körperliche Länge dieser Befestigung (Abmessung 326) ist vorzugsweise so klein wie möglich, und zwar je nach den Festigkeitserfordernissen, die die Notwendigkeit verlangt, das unter Druck stehende Gas in der Kammer 120 in Fig. 4 einzuschließen.

f)l ti \,}\iiifo '·'/(> In» /inn wen i (jr. \.f:r\u zwei Gründen vorzugsweise klein. Erstens wird bevorzugt, daß die Strecke, auf welcher die Epoxidharzdichtung die Matrix von Elementen berührt, so klein wie möglich ist. Ein Grund dafür ist, daß die Elemente sehr klein sind, kleiner als ein menschliches Haar, und daher heikel sind. Die mechanische Befestigung zwischen den Elementen und der Endplatte 114 über die Epoxidharzdichtung hat zur Folge, daß die Elemente den mechanischen Spannungen der Endplatte ausgesetzt sind. Beispielsweise wirken das Klaffen und Verbiegen, die oben beschrieben sind, zusammen mit der thermischen Expansion und Kontraktion auf die Elemente ein.

Der zweite Grund für das Verringern der Länge 326 ist, daß die Konzentration der Goldinseln in dem Gebiet 312 unter den weiter oben definierten Schwellenwert reduziert werden muß. Der Grund dafür ist, daß angenommen wird, daß sich die Elektronen in dem Gebiet 312 sammeln. Das Reduzieren der Länge 326 reduziert außerdem die Länge der Matrix von Elementen, die die Schwellenwertforderungen hinsichtlich der Goldinselkonzentration erfüllen muß. Diese Reduktion vergrößert den Fertigungsausstoß an Detektorplatten, die pro Produktionslauf als brauchbare Platten erzeugt werden.

Daher wird rostfreier Stahl, der eine höhere Festigkeit als Aluminium hat, bei der Herstellung der Endplatte 114 bevorzugt, weil das gestattet, die Länge 326 zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit der Endplatte aufrechtzuerhalten.

Die Anmelderin hat herausgefunden, daß die Verwendung von Nickelelementen 210 eine größere mechanische Festigkeit der Elemente ergibt, weil die Elektronenwanderungsprobleme, die mit Gold verbunden sind, reduziert werden. Die Elektronenwanderung wird in Detektoren kleiner Abmessung wichtig. Die Anmelderin bemerkt, daß trotz des größeren spezifischen Widerstands von Nickel gegenüber Gold (Nickel hat grob gesagt den dreifachen spezifischen Widerstand von Gold) die

Verwendung von Nickel die sehr kleinen Ströme, die beim Ablesen der auf die Elemente 210 aufgebrachten Ladungen vorkommen, nicht nennenswert verschlechtert.

Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet die Anwendung von Fertigungstechniken ähnlich denjenigen bei der bekannten Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist jedoch die Differenz in der Funktion zwischen ihr und den bekannten gedruckten Schaltung splatten. Allgemein werden bekannte Platten benutzt, um große Spannungen zu handhaben (im Vergleich zu denjenigen bei der Erfindung), und zwar in der Größenordnung von 2,5 + 0,015 V, und außerdem benutzt, um große Ströme in der Größenordnung von Milliampere zu handhaben. Die Erfindung befaßt sich dagegen mit der Handhabung von extrem kleinen Spannungen in der Größenordnung von 100 mV und befaßt sich in gewissem Sinne nicht mit der übertragung von Strömen, sondern mit der Erfassung von Ladungen, die sich auf den Elementen angesammelt haben. Es ist zwar genau richtig, daß bei der Erfindung Ladung in Form eines Stroms über den Widerstand 401 in Fig. 25 übertragen wird, die Ströme sind jedoch klein und liegen im Nano- und Pikoamperebereich, so daß andere Prinzipien der Schaltungsplattenauslegung und der Schaltungsplattenfertigung entwickelt werden mußten. Die funktionalen Unterschiede zwischen dem Stromverhalten in gedruckten Schaltungsplatten nach dem Stand der Technik und in der Detektormatrix nach der Erfindung erwiesen sich als so beträchtlich, daß die bekannten Fertigungsstandards und Reinheitstoleranzen nicht ausreichend waren. Infolgedessen war die Anmelderin gezwungen, unabhängige Untersuchungen durchzuführen, um die Unzulänglichkeiten zu analysieren und die oben beschriebenen Korrekturlösungen zu entwickeln.

Die Anmelderin stellt fest, daß die winzigen Abmessungen der Detektorelemente bei der Erfindung leicht unter Verwendung der Fertigungstechnik für integrierte Schaltungen erzielt

werden könnten. Die vorhandene Ausrüstung, die zur Herstel-I im*! von Ifittiqf I«tI.mi i'.f.'h,! I f. unqon auf SiI iziurnscheiben benutzt wird, ist jedoch hinsichtlich der Scheibengröße, die verarbeitet werden kann, begrenzt. Scheiben mit einem Durchmesser von mehr als etwa 102 mm (four inches) können nicht verarbeitet werden. Da das Detektorplattensubstrat 212 diese Grenze überschreitet, weil es etwa 102 x152 mm (4x6 inches) mißt, konnten diese Fertigungstechniken nicht angewandt werden.

Die Anmelderin weist weiter auf ein wichtiges Merkmal der Erfindung hin. Es zeigte sich, daß ein Typ von Schaltungsplatte, der zuerst getestet wurde, ein Verhältnis von Goldinselflächeninhalt zu freiliegendem Substratflächeninhalt von 0,01 (1%) hatte. Diese Platte erzeugte den oben beschriebenen unerwünschten Strom. Eine gleiche Schaltungsplatte wurde hergestellt, die eine Goldinselkonzentration unterhalb des Schwellenwertes hatte, und wurde dann auf oben beschriebene Weise geschrubbt und mittels Ultraschall gereinigt. Der ungewollte Strom war bei der letztgenannten Platte im wesentlichen eliminiert. Die Anmelderin sieht es als überraschend an, daß eine Reduzierung des Flächeninhalts der Goldinseln um einen Faktor von 4 (d.h. eine Änderung von einem Flächeninhalt sverhältnis von 0,01 auf 0,0025) die Zeitkonstante (d.h. die Abklingzeit) des ungewollten Stroms um einen Faktor von 1800 verringerte. Die Verringerung der Zeitkonstante des ungewollten Stroms ist im Vergleich zu der Verringerung der Golsinselkonzentration unverhältnismäßig groß.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Eliminierung von für Röntgenstrahlen undurchlässigen Barrieren in dem Dielektrikum oberhalb der Elemente 210. Bekannte Vorrichtungen der oben erwähnten Art haben die Barrieren 3A in Fig. 1, die manchmal aus Wolfram hergestellt werden, und zwar basierend auf der Theorie, daß die Barrieren das Ion (oder Elektron) , das aus einem Ionisationsereignis resultiert, zwingen, auf ein Element direkt unter ihm und nicht neben ihm aufzu-

treffen. Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß sogar unter dem oben beschriebenen schmalen Abstand von 25,4 μΐη (one. mil) diese Barrieren nicht notwendig sind. Die Anmelderin verwendet daher ein homogenes Dielektrikum zwischen den Detektoren 210 und der Spannungsplatte 308. Das Dielektrikum ist homogen in dem Sinne, daß es ein Xenon-Gas ist, das so frei wie möglich von Verunreinigungen ist und nicht durch oberhalb der Zwischenräume zwischen den Detektoren angeordnete Barrieren unterbrochen ist.

Weiter erstrecken sich die sammelnden Teile der Elemente 210 durch den Schlitz 128 und längs des Substrats in dem Gebiet 312 in Fig. 24 außerhalb der Kammer, aber mit unveränderter Querschnittsgeometrie: die Elemente sind gemäß Fig. 24 an allen Stellen auf dem Substrat, innerhalb der Kammer (in dem Gebiet 313), innerhalb des Schlitzes (in dem Gebiet 313A) und außerhalb der Kammer (in dem Gebiet 314) im Querschnitt rechteckig.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente nicht parallel wie in Fig. 24, sondern sind längs Radien auf einen Mittelpunkt 330 wie in Fig. 25 ausgerichtet. Diese radiale Ausrichtung berücksichtigt die Tatsache, daß Röntgenstrahlungsquellen, wie beispielsweise eine Röntgenstrahlungsquelle, die unter der Bezeichnung Philips Xray unit MCN 421 von der Ridge, Inc., Atlanta, Ga., erhältlich ist, als eine Punktquelle betrachtet werden können, wenn sie in einer Entfernung von mehr als etwa 3m (10 feet) von der Detektormatrix angeordnet sind.

Gemäß der Darstellung in Fig. 25 erzeugt eine solche Punktquelle ein fächerartiges Röntgenstrahlungsbündel, das die Elemente wie dargestellt kreuzt. Demgemäß sind die Röntgenstrahlen zu den radial angeordneten Elementen 210 insgesamt parallel. Das dient zum Vergrößern der Auflösung, weil ein bestimmter Strahl 440 sich über ein und nur über ein Element 210 bewegt. In einem solchen Fall erzeugt ideal nur ein

Element 210 ein Signal auf Ionisationsereignisse hin, die durch den Strahl 440 erzeugt werden, im Gegensatz zu zwei oder mehr als zwei Elementen, wie in dem Fall der parallelen Elemente 6A-C in Fig. 1 in dem Fall, in welchem die Barrieren 3A nicht vorhanden sind.

ZA

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Claims (10)

Ansprüche :

1. Gehäuse für einen Ionisationsdetektor, der ankommende Strahlung erfaßt, gekennzeichnet durch:

a) eine langgestreckte Kammer (120) mit

i) einem Teil, der durch eine langgestreckte Konkavität (120A) begrenzt ist, die in einer langgestreckten Endplatte (114) enthalten ist, wobei die Konkavität mit einem langgestreckten Schlitz (128) in Verbindung steht, der sich durch die Endplatte erstreckt;

ii) einem zweiten Teil, der durch eine zweite langgestreckte Konkavität (120B) begrenzt ist, die in einem langgestreckten Gehäuse (112) enthalten ist;

iii) einer Dichtung (118) aus anorganischem Material zum dichten Verbinden der beiden Konkavitäten zu einer einzelnen Kammer;

iv) einem Dichtungshalter (118A) zum Verhindern des Verformens der Dichtung durch in der Kammer (120) enthaltenes Druckgas.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatte (114) aus rostfreiem Stahl besteht, daß das

Gehäuse (112) aus Aluminium besteht und daß der Dichtungshalter (118A) aus Stahl besteht.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite langgestreckte Konkavität (120B) einen Fensterbereich (165) zum Einlassen der Strahlung in die Kammer (120) enthält.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch

b) ein Substrat (212), das sich durch den langgestreckten Schlitz (128) erstreckt und mehrere leitende Detektorelemente (210) trägt;

c) eine Dichtvorrichtung (146) zum Abdichten des Substrats (212) an dem Schlitz (128), um das Gas in der Kammer (120) einzuschließen.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtvorrichtung (146) unter Druckbelastung steht, wenn das Gas in der Kammer (120) nicht unter Druck steht, und daß die Belastung reduziert wird, wenn die Kammer unter Druck gesetzt wird.

6. Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses für einmIonisationsdetektor, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Herstellen einer ersten langgestreckten Konkavität in einer langgestreckten Stahlendplatte;

b) Herstellen eines langgestreckten Schlitzes, der mit der langgestreckten Konkavität in Verbindung steht und sich durch die Endplatte erstreckt;

c) Herstellen einer zweiten langgestreckten Konkavität in einem Gehäuse;

d) Aufweiten des Schlitzes gemäß b);

e) Einführen einer Matrix von Detektorelementen durch den Schlitz gemäß b);

f) Einbringen eines Dichtmittels in den Schlitz;

g) Gestatten, daß das Dichtmittel einen gewählten Grad an

Härte erreicht;

h) anschließend an g) Reduzieren der Aufweitung gemäß d), um dem Schlitz zu gestatten, das Dichtmittel zusammenzudrücken; und

i) Zusammenpassen der ersten Konkavität mit der zweiten Konkavität an einer Grenzfläche, um eine einzige Kammer herzustellen, Anordnen einer metallischen Dichtung an der Grenzfläche und Zusammendrücken der Dichtung, um eine Abdichtung an der Grenzfläche herzustellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

j) Anordnen eines Dichtungshalters an der Grenzfläche;

k) Einspannen des Dichtungshalters, um ihn an einer Bewegung zu hindern; und

1) Einspannen der Dichtung, um sie an einer Verformung zu hindern, durch Verwendung des eingespannten Dichtungshalters gemäß k).

8. Strahlungsdetektor, gekennzeichnet durch:

a) ein Gehäuse (112), das eine Kammer (120) umgibt und einen Fensterbereich (165) sowie einen Schlitz (128) aufweist;

b) eine Kollimationseinrichtung (180), die nahe dem Fensterbereich angeordnet ist, zum Kollimieren der Strahlung zu einer Strahlungsschicht, die in die Kammer (120) eindringt;

c) ein Substrat (212), das in die Kammer (120) durch den Schlitz (128) eindringt und mehrere langgestreckte Detektorelemente (210) trägt;

d) eine elektrisch leitende Platte (144) innerhalb der Kammer (120) und im wesentlichen parallel zu der Matrix von leitenden Elementen (210);

e) ein gasförmiges Dielektrikum, das in der Kammer (120) und zwischen der Platte (144) und dem Substrat (212) angeordnet ist und

i) durch die Strahlung ionisierbar ist und

ii) gleichmäßig verteilt und homogen ist;

f) eine erste Verstärkungseinrichtung (126), die sich längs der Kammer (120) erstreckt, zum Reduzieren des Krümmens der Endplatte (114); und

g) eine zweite Verstärkungseinrichtung (130), die sich zwischen der ersten Verstärkungseinrichtung (126) erstreckt, um die Abmessungen des Schlitzes (128) im wesentlichen konstant zu halten, wenn die Kammer (120) unter Druck gesetzt ist.

9. Strahlungsdetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente (210) innerhalb der Kammer (120), innerhalb des Schlitzes (128) und außerhalb der Kammer und des Schlitzes dieselbe Querschnittsform und dieselbe Querschnittskonfiguration haben.

10. Strahlungsdetektor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Dichtmittel (146), welches das Substrat (212) an dem Schlitz (128) abdichtet, wobei das Dichtmittel

h) innerhalb des Schlitzes (128) vorbelastet ist und unter Druck steht, wenn die Kammer (120) nicht unter Druck gesetzt ist;

i) unter im wesentlichen derselben Druckbelastung wie bei

h) steht, wenn die Kammer (120) unter Druck gesetzt ist; und

j) unter einer Scherbelastung zusätzlich zu der Druckbelastung gemäß i) steht, wenn die Kammer unter Druck gesetzt ist.