DE3704887A1 - Ionisationsdetektor und verfahren zum verbessern von dessen signalempfindlichkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ionisationsdetektoren und be­ trifft insbesondere Detektoren, wie sie in der Röntgentomo­ graphie verwendet werden.

Die Röntgentomographie beinhaltet das mehrfache Röntgenfoto­ grafieren eines Objekts von den Seiten her, um mittels Com­ puter eine Ansicht von oben her zu gewinnen. Wenn es jedoch erwünscht ist, die Auflösung der Tomographie zu verbessern, d.h. kleinere Teile des Objekts sichtbar zu machen, treten zahlreiche Probleme auf.

Beispielsweise resultiert ein Problem aus dem Typ des in der Röntgentomographie benutzten Detektors. Röntgenfilm wird nicht benutzt, weil die Kosten zu hoch wären (wegen der Vielzahl an benötigten Fotografien) und weil es schwierig sein würde, Daten von einem solchen Detektor (d.h. dem Film) in einen Computer zu übertragen. Statt dessen sind die De­ tektoren, die gegenwärtig benutzt werden, im allgemeinen kleine, diskrete Sensoren, die auf Röntgenstrahlung anspre­ chen. Zum Erzielen einer größeren Auflösung müssen kleinere, dichtgepackte Sensoren benutzt werden. Selbstverständlich treten Probleme bei der Herstellung von sehr kleinen Senso­ ren auf, die in sehr engen gegenseitigen Abständen angeord­ net sind.

Neben den Fertigungsproblemen, denen man sich bei der Her­ stellung von Tomographiesensoren hoher Auflösung gegenüber­ sieht, arbeiten viele bekannte Tomographievorrichtungen nur in kontrollierten Umgebungen. Die Anmelderin hat Verbesse­ rungen ersonnen, die die Notwendigkeit eliminieren, eine kontrollierte Umgebung aufrechtzuerhalten, und außerdem ge­ statten, solche Tomographievorrichtungen in einer aggressi­ ven Umgebung zu realisieren, beispielsweise in einem Ferti­ gungsbetrieb, und sie auf kontinuierlicher, ununterbroche­ ner Basis zu benutzen. Solche Verbesserungen sind bei den tomographischen Untersuchungen von Gasturbinentriebwerks­ teilen einschließlich Turbinenlaufschaufeln besonders rele­ vant.

Darüber hinaus werden bei einer Ausführungsform eines be­ kannten Ionisationsdetektors Zwischenwände 3 A benutzt, die zwischen benachbarten Detektoren 6 A angeordnet sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Zwischenwände verhindern, daß ein ionisiertes Teilchen 9 A einem Weg 12 A folgt und so auf einen anderen als den direkt unter ihm befindlichen Detek­ tor, nämlich den Detektor 6 B, fällt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten Röntgendetektor zur Verwendung bei der Tomographie zu schaf­ fen.

Weiter soll durch die Erfindung ein neuer und verbesserter Röntgendetektor für fortgesetzten, ununterbrochenen Gebrauch geschaffen werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Kammer durch ein Gehäuse gebildet. Ein Substrat dringt in die Kammer von außerhalb des Gehäuses ein und trägt mehrere langgestreckte Detektorelemente zum Auffangen von elektrischen Ladungen, die durch Ionisationsereignisse erzeugt werden, welche ober­ halb der Elemente stattfinden. Die Erfindung schafft mecha­ nische Verbesserungen des Gehäuses zum besseren Einschlies­ sen des ionisierenden Mediums, welches vorzugsweise Xenongas ist, sowie ein Verfahren zum Beseitigen der Ursachen von un­ gewollten Ladungen, die durch die Detektoren geliefert wer­ den.

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 Biegen, das bei bekannten Gehäusen auftritt,

Fig. 4 eine Querschnittansicht einer Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 schematisch Doppel-T-Träger und Seile, die Entwurfsmerkmale der Erfindung veranschau­ lichen, welche benutzt werden, um Biegen und Klaffen zu reduzieren,

Fig. 7 Klaffen, das bei bekannten Gehäusen auf­ tritt,

Fig. 8 und 9 eine Kraftzelle zum Aufweiten eines Schlit­ zes gemäß der Erfindung,

Fig. 10 eine Teilschnittansicht einer Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 11 eine Goldinsel zwischen zwei Detektorele­ menten,

Fig. 12 eine Seitenansicht einer Goldinsel,

Fig. 13 Goldgebiete, die durch schleifendes Scheu­ ern entfernt werden,

Fig. 14-19 einige Aspekte von Plasmen,

Fig. 20 und 21 elektrische Feldlinien, die an den Detek­ torelementen endigen,

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

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

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

Fig. 25 eine radiale Matrix von Detektorelementen,

Fig. 26 eine Schaltung, die zum Lesen der auf die Detektorelemente aufgebrachten Ladung be­ nutzt wird, und

Fig. 27 ein Standardmodell einer Stromquelle.

Ein vorhandener Röntgendetektor ist der in der US-PS 43 94 578 beschriebene, die die Bezeichnung "Hochdruck- Xenon-Röntgendetektormatrix hoher Auflösung" trägt und auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Die hier beigefügte Fig. 2 gleicht Fig. 2 der vorgenannten US-Patent­ schrift, und folgende Passage, welche diese Figur beschreibt, ist der genannten US-Patentschrift, S. 4 und 5, entnommen worden.

• "Ein Röntgendetektor gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Der Detektor 10 hat ein insgesamt zylindrisches Gehäuse 12 aus einem Metall oder einer Metallegierung, das eine Endplatte 14 aus Metall oder Metallierung hat, welche an ihm bei­ spielsweise mittels Schrauben 16 befestigt ist. Die Endplatte 14 ist an dem Gehäuse 12 durch eine 0-Ringdichtung 18 abgedichtet, welche aus zusam­ mendrückbarem Material, beispielsweise Gummi, be­ steht. Das Gehäuse 12 enthält eine insgesamt zy­ lindrische 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 durchdringbar ist, z.B. Aluminium. Das entgegengesetzte Ende der Kammer 20 ist durch die Endplatte 14 verschlossen. Durch die Endplatte 14 erstrecken sich Kollektorplatten 24, 26, welche durch konische Epoxyverschlüsse 28, 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 mittels Verschlüssen 44 bzw. 46 abgedichtet sind. Es ist klar, daß bei einem Detektor eine einzel­ ne Kollektorplatte und eine einzelne Spannungs­ platte oder jede praktische Anzahl derselben verwendbar ist."

Die Anmelderin hat festgestellt, daß, wenn die Kammer 20 mit Xenongas bis zu einem Druck von etwa 76 bar (1100 psi) beaufschlagt wird, die Endplatte 14 die Eigenschaft hat, sich zu verbiegen, wie es in übertriebener Form in Fig. 3 gezeigt ist. Die Biegung gleicht der einer kreisförmigen Membran mit einem Schlitz, wenn sie Druck auf einer Seite ausgesetzt wird. Das Verbiegen der Endplatte 14 führt zur Ausübung von Zugkräften auf die Epoxyverschlüsse 28 und 30 nach Fig. 2 in dem Gebiet 102 in Fig. 3 (die Dichtungen sind in Fig. 3 nicht gezeigt) und zur Ausübung von Druck­ kräften auf die Verschlüsse in dem Gebiet 104. Diese Kräfte können die Lebensdauer der Verschlüsse verkürzen.

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

Oberhalb und unterhalb der Kammer 120 sind Materialgebiete, welche sich innerhalb der gestrichelten Linien 126 befinden und als Verstärkungsstege, ähnlich wie der Steg eines Doppel- T-Trägers,wirken. Die Stegfunktion ist deutlicher in Fig. 6 gezeigt, in der das Material innerhalb der gestrichelten Linien symbolisch als Doppel-T-Träger 126 A dargestellt ist. Der Druck, der auf die Endplatte 114 durch das Xenongas aus­ geübt wird, ist bestrebt, die Doppel-T-Träger 126 A zu ver­ biegen (d.h. "zu biegen"), was durch den gestrichelten Trä­ ger 126 B dargestellt ist. Die Stege 126 C sind jedoch be­ strebt, sich diesem Biegen zu widersetzen. Daher widersetzt sich das Material in den Gebieten 126 in Fig. 4 dem Verbie­ gen ebenso wie die Doppel-T-Träger 126 A in Fig. 6.

Die rechteckige Ausbildung der Endplatte, die mit dem Ver­ stärkungsmaterial in den Gebieten 126 zusammenwirkt, hat zwar das Verbiegen reduziert, jedoch die Tendenz geschaffen, daß die Vorrichtung "klafft". Das ist in stark übertriebe­ ner Form in Fig. 7 gezeigt. Das Klaffen führt zu einer Ver­ größerung der Abmessung 127. Das Klaffen ist zum Teil das Ergebnis des Fehlens von Material mit hoher Zugfestigkeit innerhalb eines Schlitzes 128. Das Klaffen übt auf die Dich­ tungsmasse innerhalb des Schlitzes (weiter unten näher be­ schrieben) Zugkräfte aus.

Die Anmelderin reduziert das Klaffen durch Vorsehen von Ver­ stärkungsmaterial in Gebieten 130 in Fig. 5. Dieses Material ist Zugkräften ausgesetzt, wenn die Kammer unter inneren Druck gesetzt wird. Die Funktionsweise des Materials in dem Gebiet 130 ist schematisch in Fig. 6 gezeigt, in der Seile 130 A gezeigt sind, die die Doppel-T-Träger 126 A zusammenhal­ ten. Das heißt, die weiter oben beschriebenen Doppel-T-Trä­ ger 126 A blockieren das Verbiegen und die Seile 130 A blockie­ ren das Klaffen. Diese symbolischen Seile und Doppel-T-Trä­ ger nehmen die Form von massivem Material in den Gebieten 126 und 130 in Fig. 5 zur Konstruktionsvereinfachung an.

Zum weiteren Verringern der Zugkräfte, die auf den Verschluß 146 in dem Schlitz 128 einwirken, wird die Endplatte 114 vorbe­ lastet, indem sie in eine Kraftzelle 132 gemäß Fig. 8 ein­ gebracht wird. Löcher 134 werden in den oberen Teil 136 und in den unteren Teil 138 der Endplatte 114 gebohrt und mit Gewinde versehen. Schrauben 139 (10 an der Zahl) werden in die Löcher 134 geschraubt und an Trägern 140 bzw. 142 ver­ ankert. Diese Schrauben haben einen Durchmesser von 4,83 mm (0,190 Zoll) und eine Gewindesteigung von 0,79 mm (0,031 Zoll). Das Anziehen der Schrauben 136 bis zu einem Drehmo­ ment von 16,3 Nm (12 foot pounds) bewirkt jeweils das Auf­ weiten des Schlitzes 128, wie es in übertriebener Form in Fig. 9 gezeigt ist. Wenn der Schlitz in diesem aufgeweite­ ten Zustand ist, werden Spannungs- und Kollektorplatten 144 und 145 gemäß Fig. 4 (weiter unten ausführlicher beschrie­ ben) analog den Platten 24 und 32 gemäß Fig. 2 durch den Schlitz 128 eingeführt, und ein Epoxykitt wird in den Zwi­ schenraum um die Kollektorplatten 145 eingebracht, um den oben erwähnten Verschluß 146 herzustellen. Nachdem der Kitt ausgehärtet ist, wird der Druck der Schrauben 136 abgebaut, wodurch der Epoxyverschluß 146 zusammengedrückt und vorbela­ stet wird. Die anschließende Druckbeaufschlagung der Kammer 120 dient zum Entlasten des Epoxyverschlusses und zum Zu­ rückbringen desselben in einen unbelasteten Zustand.

Bei diesem Vorbelasten des Epoxy wird die Tatsache ausgenutzt, daß Epoxy hinsichtlich Druckbeanspruchung stärker ist als hinsichtlich Zugbeanspruchung. Wenn die Kammer 120 in Fig. 4 unter Druck gesetzt wird, wird die Druckbelastung des Epoxy reduziert (durch Klaffen), und das unter Druck stehende Xenon übt auf es eine Scherbelastung aus. Das steht im Ge­ gensatz zu der Situation in Fig. 2, in der das Epoxy nicht vorbelastet ist, in welchem Fall das Klaffen der Vorrichtung das Epoxy auf Zug beansprucht und das unter Druck stehende Xenon das Epoxy auf Scherung beansprucht. Bei dieser letzt­ genannten Kombination aus Zug- und Scherbelastungen des Epoxy werden nicht die Eigenfestigkeiten des Epoxy vorteil­ haft ausgenutzt, wie es bei dem vorbelasteten Epoxy gemäß Fig. 4 der Fall ist.

In Fig. 5 ist eine Kammer 120 sowohl durch das rechteckige Gehäuse 112 als auch durch die rechteckige Endplatte 114 gebildet. Eine Dichtung 118 aus rostfreiem Stahl, die einen kreisförmigen Querschnitt hat, ist durch eine Platte 118 A gehaltert, welche ein Loch 119 hat, das eine ähnliche Form wie die Dichtung 118 aufweist. Ein Stift 119 A faßt in das Loch 119 in der Platte ein, um dieses Loch auf die Hohlräume 120 A und 120 B auszurichten. Die Platte 118 A paßt zwischen zwei Lippen 160, die an der Endplatte 114 gebildet sind, wie es der Querschnitt in Fig. 4 zeigt. Die Lippen 160 richten außerdem die Hohlräume 120 A und 120 B aufeinander aus.

Das Gehäuse 112 gemäß Fig. 4 ist aus einem Material herge­ stellt, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, beispiels­ weise Aluminium. Ein Fenster 165, das eine innere Oberflä­ che 168 hat, die insgesamt zylindrisch ist, ist so ausge­ bildet, daß die Abmessung 170 ungefähr 3,30 mm (1/8 Zoll) beträgt, was ein Fenster mit einer Dicke von 3,30 mm (1/8 Zoll) ergibt, durch die die Röntgenstrahlen hindurch­ gehen. Weiter ist gemäß der Darstellung in Fig. 4 das Fen­ ster nicht gleichmäßig dick, vielmehr ist die Abmessung 172 größer als die Abmessung 171. Die Anmelderin hat festge­ stellt, daß dieser Unterschied in der Fensterdicke die Röntgenerfassung nicht nennenswert nachteilig beeinflußt. Daher können die erwünschten Merkmale der zylindrischen inneren Oberfläche 168 hinsichtlich des Widerstandes gegen die Kräfte des Druckgases trotz der Veränderungen in der Dicke über der Fensteroberfläche, welche die zylindrische Oberfläche 168 schafft, ausgenutzt werden.

Anders ausgedrückt, das Fenster 165 ist eine plan-konkave Aluminiumlinse, da die Oberfläche 168 konkav und die Ober­ fläche 174 plan ist.

Ein Kollimator 180 ist gemäß Fig. 10 vorgesehen, der zwei Schienen 181 und 182 aufweist, die aus Wolfram (einem röntgenabsorbierenden Material) hergestellt sind und einen Schlitz 183 zwischen parallelen Seiten 185 und 186 gemäß Fig. 4 begrenzen. Der Schlitz 183 in Fig. 10 ist 0,29 mm (0,0115 Zoll) hoch (Abmessung 190) und 87,76 mm (3,455 Zoll) breit (Abmessung 191). Demgemäß werden die Röntgenstrahlen, die in die Kammer 120 eindringen, kollimiert und dadurch im wesentlichen parallel gemacht, wie es durch Linien 192 in Fig. 4 gezeigt ist, so daß sie sich als eine dünne "Schicht" oder "Platte" in die Kammer bewegen.

Wenn die Detektorplatte in dem Schlitz 128 angeordnet ist, wird sie so positioniert, daß die (weiter unten beschriebe­ ne) Matrix von Elementen auf der Platte 145 in Fig. 4 paral­ lel zu der "Platte" oder "Schicht" von kollimierten Röntgen­ strahlen ist. Ein Grund dafür ist, daß die Strecke von einem Ionisationsereignis bis zur Elementenmatrix auf der Platte dieselbe sein muß, ungeachtet dessen, ob das Ionisationser­ eignis nahe dem Fenster 165 in Fig. 4 in dem Gebiet 201 oder weiter weg davon in dem Gebiet 204 auftritt.

Weiter wird zur Zeit des Positionierens die Platte 145 so angeordnet, 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 Zoll) benutzt. Der Ab­ stand soll klein sein, um die Bewegung von Ionen durch den Raum, der zwischen dem Brett und dem Fenster gebildet ist, zu reduzieren. Es muß jedoch wenigstens ein gewisser Ab­ stand vorhanden sein, um eine elektrische Lichtbogenbildung zwischen der Platte und dem Fenster zu verhindern, da eine Potentialdifferenz von mehreren hundert Volt zwischen den beiden vorhanden ist.

Das Positionieren der Platten wie beschrieben vor dem Anbau der Endplatte 114 an das Gehäuse 112 ergibt den zusätzli­ chen Vorteil des Festlegens der Platte in einer vorbestimm­ ten Position in bezug auf den Kollimator 180 und das Fen­ ster 165. Es ist wichtig, diese Position zu kennen, weil die Signalanalyse (hier nicht erläutert) von Ionisationser­ eignissen nachteilig beeinflußt würde, wenn die Platte 145 an einer anderen Stelle positioniert wäre, beispielsweise weiter von dem Fenster entfernt. In diesem Zusammenhang ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung, die hier be­ schrieben wird, weit zweckmäßiger als eine Alternative, beispielsweise das Zusammenbauen einer Endplatte und eines Gehäuses mit anschließendem Einführen der Platte 145. In diesem alternativen Fall ist das Positionieren der Platte 145 an einer bekannten Stelle sowohl schwieriger als auch zeitraubender, weil der Plattenabschnitt, der sich inner­ halb der Kammer 120 befindet, dem Blick verborgen ist.

Nachdem der Aufbau der Druckkammer, die die Röntgendetektor­ platten der Erfindung aufnimmt, beschrieben worden ist, wird nun die Aufmerksamkeit auf die Platten selbst gerich­ tet.

Eine derartige Detektorplatte ist in Fig. 11 gezeigt, die eine Matrix von langgestreckten, parallelen, Gold-Chrom-Ele­ menten 210 zeigt, welche auf einem Substrat 212 angebracht sind, wobei jedes Element 0,10 mm (4 mils oder 4/1000 Zoll) breit ist (Abmessung 214). Die Elemente sind 0,03 mm (one mil oder 1/1000 Zoll) dick (Abmessung 216) und haben einen Ab­ stand von ihren Nachbarn von 0,04 mm (1,5 mil) (Abmessung 218). Die Detektorelemente werden folgendermaßen hergestellt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 12 wird eine erste Schicht 220 aus Chrom mit einer Dicke von 0,03 mm (1 mil) auf das Sub­ strat 212 auf bekannte Weise aufgebracht. Das Substrat 212 besteht vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Epoxy mit einem hohen Glasfasergehalt, vorzugsweise von 40 Vol.-%. Die Wichtigkeit dieses hohen Fasergehalts wird später erläu­ tert. Eine zweite Schicht 222, die aus Gold besteht und 0,03 mm (1 mil) dick ist, wird auf das Chrom auf bekannte Weise aufgebracht.

Das Chrom unterstützt das Haftvermögen der Goldschicht 222 an dem Substrat 212. Im Anschluß an das Auftragen von Chrom und Gold werden die Schichten in einem ersten Ätzschritt ge­ äzt, um eine Matrix von Detektorelementen herzustellen, wel­ che die oben angegebenen Abmessungen haben. Ein bekanntes Ätzverfahren beinhaltet das Auftragen eines Photoresist in dem Muster der gewünschten Elemente. Eine Säure wird auf die Platte aufgebracht, wobei die Säure die nicht durch das Photoresist geschützten Gebiete wegätzt.Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß im Anschluß an das Ätzen trotzdem Goldinseln 224 zwischen den Elementen 210 verbleiben, 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. Der Überzug aus Gold und Chrom dringt in die Kratzer ein und wird nicht voll­ ständig weggeäzt, wodurch Goldinseln nach dem Ätzen zurück­ bleiben. Die Anmelderin vermutet, daß die Goldinseln an dem ungewollten Strom (weiter unten erläutert) beteiligt sind, weshalb die Anmelderin das folgende Verfahren entwickelt hat, um die Konzentration an Goldinseln zu reduzieren.

Die Anmelderin wiederholt das Ätzverfahren ein zweites Mal nach dem Entfernen des Photoresist. Dann werden durch einen Waschschritt das restliche Photoresist und die restliche Säure beseitigt. Es hat sich gezeigt, daß das doppelte Ätzen die Konzentration an Goldinseln reduziert, um dadurch den Bedarf an Scheuern zu reduzieren, was nicht beschrieben wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das doppelte Ätzen ausgeführt werden kann, ohne daß schädigende Mengen an Gold von den Elementen abgetragen werden.

Anschließend an das doppelte Ätzen wird die Platte-Detektor- Matrix mit einer wässerigen Aufschlämmung von Aluminium­ oxidteilchen von 1 µm sanft gescheuert. Die sanfte Schleif­ wirkung dient zum Abtragen sowohl von Resten des Ätzverfah­ rens als auch von mikroskopisch kleinen Teilchen, nicht aber zum Zerstören der Detektorelemente 210. Das Scheuern trägt bei dem Entfernen von Teilchen und organischen Ober­ flächenverunreinigungen, wie beispielsweise den Goldinseln 224 in Fig. 13, auch einen Teil des Goldes der Detektorele­ mente ab, wie es durch das gestrichelte Gebiet 230 gezeigt ist. Die Anmelderin nimmt an, daß dieselbe Gesamtdicke an Material von den Detektorelementen 210 wie von den Goldin­ seln abgetragen wird. Zum Verhindern des zufälligen Weg­ scheuerns von Elementen werden diese häufig mit dem Mikro­ skop angeschaut, um festzustellen, ob die Konzentration an Goldinseln eine Schwelle erreicht hat, was weiter unten noch näher beschrieben ist. Wenn die Schwelle erreicht ist, wird das Scheuern gestoppt. Dieses häufige Anschauen reduziert die Möglichkeit des zufälligen Abtragens eines Elements. An­ schließend an das Scheuern wird die Platte-Detektor-Matrix mittels Ultraschall auf bekannte Weise mit einer Alconox- Wasserlösung gereinigt und trocknen gelassen. Alkonox ist von der VWR Scientific Company, PO Box 232, Boston, Massa­ chusetts 02101, erhältlich.

Die Wände der Kammer 120 in Fig. 4 werden ebenfalls gerei­ nigt, aber zuerst durch Aufbringen von siedender Freon-Flüs­ sigkeit auf die innere Oberfläche der Kammer, gefolgt von Ultraschallreinigen, wie oben beschrieben. Die Gründe für diese umfangreiche Reinigungsprozedur werden nun erläutert.

Die Anmelderin hat festgestellt, daß, wenn die auf die Ele­ mente durch ionisiertes Gas aufgebrachte Ladung mit höheren Geschwindigkeiten gemessen wird, unerwartete Schwierigkeiten auftreten. Sie hat festgestellt, daß im Anschluß an das Mes­ sen der Ladung eine unbekannte Quelle einen restlichen, un­ gewollten Strom über die Elemente lieferte, der etwa 30 s benötigte, um abzuklingen. Selbstverständlich sind während des Abklingintervalls die Elemente für die Erfassung nicht verfügbar, worunter die Erfassungsgeschwindigkeit leidet.

Fig. 26 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung, die benutzt wird, um die auf die Elemente 6 aufgebrachte Ladung zu mes­ sen oder abzulesen, die in der Figur gezeigt sind. 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 das Element 6 infolge der oberhalb des Elements stattfindenden Ionisation auf. Wenn ein Schalter 410 geschlossen wird (es ist ein symbolischer Schalter 410 gezeigt, in der Praxis wird aber ein Feldeffekttransistor benutzt), sammelt sich praktisch die gesamte Ladung auf dem 20-pF-Kondensator 415, welcher einem Verstärker 420 zugeordnet ist. Eine ver­ stärkte Spannung wird auf einer Leitung 425 geliefert, die eine Funktion der Ladung des Kondensators 415 ist. Die ver­ stärkte Spannung kann dann auf irgendeine Weise verarbeitet werden, beispielsweise durch Anzeigen auf einem Oszilloskop (nicht gezeigt).

Der oben erwähnte Reststrom nimmt die Form eines als Pfeil 430 dargestellten Stroms an, der weiterhin fließt, selbst nachdem die Spannung an jedem Kondensator 405 gemessen und der Kondensator entladen worden ist. Der Strom hält, wie er­ wähnt, 30 Sekunden lang an.

Dieser Reststrom zusammen mit anderen Erkenntnissen der An­ melderin bei der Ausarbeitung der Erfindung zeigt, daß sich die Detektormatrix 210 in Fig. 11 ganz wie eine Stromquelle hoher Impedanz verhält. Das ist ungewöhnlich, weil eine Stromquelle üblicherweise im Modell so dargestellt wird, wie es Fig. 27 zeigt. Von einer Stromquelle wird erwartet, daß sie eine niedrige Impedanz (gezeigt durch den Widerstand 435) hat und nicht die hohe Impedanz, die die Anmelderin festgestellt hat. Durch Reduzieren des ungewollten Stroms hat die Anmelderin die Tendenz der Detektormatrix, sich wie eine Stromquelle hoher Impedanz zu verhalten, reduziert.

Die Anmelderin hat die oben beschriebene Reinigungsprozedur im Hinblick auf das Reduzieren des ungewollten Stroms ge­ schaffen. Wie nun erläutert werden wird, sind jedoch die Gründe, warum die Reinigungsprozeduren tatsächlich den unge­ wollten Strom reduzieren, nicht klar.

Beim Untersuchen der möglichen Ursachen des ungewollten Stroms werden einige der Theorien, die die Ereignisse be­ schreiben, welche während der Ionisation in der Kammer 120 auftreten, nun erläutert. Der Leser wird sehen, daß die Theo­ rien nicht gänzlich folgerichtig sind. Da das ionisierte Xenon in der Kammer 120 einige der Eigenschaften des Plasmas hat, wird zuerst ein Plasma erläutert.

Ein verallgemeinertes Plasma 234 ist in Fig. 14 gezeigt. Das Plasma besteht aus Elektronen 235 und positiven Ionen 237, die durch Kollisionen mit Röntgenphotonen voneinander ge­ trennt worden sind. Die Anmelderin glaubt, daß innerhalb des Plasmas Raumladungsneutralität vorhanden ist, was be­ deutet, daß in einem makroskopischen Gebiet 239 insgesamt keine Ladung vorhanden ist. Der Grund dafür ist, daß die positiven Ladungen die negativen Ladungen in dem Gebiet aus­ gleichen. Der Begriff "makroskopisch" bezieht sich auf ein Gebiet, das groß genug ist, um viele ionisierte Atome zu enthalten. Das steht im Gegensatz zu einem Gebiet, welches nur ein Elektron enthält und selbstverständlich insgesamt eine Ladung enthalten würde, nämlich die des Elektrons.

Wenn ein Leiter 240, der an einem Ioslierstab 242 befestigt ist (analog einer Goldinsel 224, die durch das Substrat 212 gehaltert ist), in das Plasma 234 eingeführt wird, nimmt die Anmelderin an, daß sich insgesamt keine Ladung entweder auf dem Leiter oder auf dem Stab absetzt, und zwar wegen der Raumladungsneutralität. Anders betrachtet, gleiche Zahlen von Elektronen und Ionen werden auf den Leiter und den Iso­ lator aufgebracht, so daß keine Gesamtladung auf sie aufge­ bracht wird. Soweit die Goldinseln und das freiliegende Sub­ strat in Fig. 11 dem Leiter 240 und dem Isolator 242 in Fig. 14 gleichen, ist somit zu erwarten, daß sie keine La­ dung aus Ionisationsereignissen empfangen, die nahe den De­ tektorelementen stattfinden.

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

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

Im stationären Zustand wird ein kontinuierlicher Strom von Ionen 237 und von Elektronen 235 wie in Fig. 16 gezeigt auf­ rechterhalten, was durch Pfeile 260 und 261 dargestellt ist. Insgesamt gibt es keine Ladung in einem makroskopischen Ge­ biet 264. Diese Schlußfolgerung steht in Einklang mit dem Vorhandensein von Raumladungsneutralität in einem Stab aus Halbleitermaterial, der einen Strom führt, wenn keine Hall- Effekte vorhanden sind. In einem solchen Stab strömen Elek­ tronen in einer Richtung und Löcher in der entgegengesetz­ ten Richtung, aber jeweils gleiche Anzahlen von ihnen sind in jedem makroskopischen Gebiet vorhanden. Demgemäß ist insgesamt keine Ladung auf dem Leiter 240 oder auf dem Isolierstab 242 im stationären Zustand zu erwarten.

Die nichtstationären Situationen sind vermutlich anders. Gemäß der Darstellung in Fig. 17 kann genau beim Einsetzen der Ionisation eine Ladungstrennung vorhanden sein, was durch getrennte Ladungen 266 und 268 gezeigt ist. Das heißt, vor dem Ausbilden des kontinuierlichen Flusses von Elektro­ nen und Ionen im stationären Zustand kann Raumladungsnicht­ neutralität auftreten. Ebenso kann im Anschluß an die Be­ endigung der Ionisation, wenn die Ladungen zu den Platten 252 und 254 wandern, wie es in der Folge von Ereignissen in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, Raumladungstrennung wie in Gebieten 272 und 274 vorhanden sein.

In jedem der in Fig. 17 oder in Fig. 19 gezeigten Fälle kann, wenn ein Leiter 240, der mit einem Isolator 242 verbunden ist, wie gezeigt positioniert wird, entweder der Leiter oder der Isolator etwas Ladung erhalten. Die Anmelderin weiß jedoch nicht, ob der Leiter eine größere Ladungsaffinität als der Isolator hat. Weiter glaubt die Anmelderin, daß die Zeitdauer der Situationen, die in den Fig. 17 und 19 ge­ zeigt sind, so kurz sein kann (in der Größenordnung von Mikrosekunden), daß diese Situationen bei der vorliegenden Analyse außer Betracht bleiben können.

An diesem Punkt hat die Anmelderin noch keine Erläuterung gegeben, die unzweideutig zeigt, daß sich Ladung entweder auf den Goldinseln oder auf dem benachbarten freiliegenden Substrat absetzen wird. Eine Analyse der Situation wird nun unter einem anderen Gesichtspunkt vorgenommen. Bei dieser neuen Analyse wird die Rolle betrachtet, die die besondere Konfiguration des elektrischen Feldmusters spielt.

Ein elektrisches Feld wird zwischen der Platte 144 und dem Element 210 aufgebaut. Die genaue Verteilung des Feldes ist schwierig zu ermitteln, sie liegt aber vermutlich zwischen den beiden Extremen, die in den Fig. 20 und 21 gezeigt sind. Ein bedeutsames Merkmal dieser Verteilungen ist, daß keine Feldlinien gezeigt sind, die auf dem Substrat 212 oder auf der Goldinsel 224 endigen. Weiter gehen keine elektrischen Feldlinien durch die Goldinseln 224 hindurch, da die Gold­ insel 224 ein Leiter ist. Außerdem gibt es kein elektrisches Feld in dem Gebiet 290.

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

Elektronen aus Ionisationsereignissen werden durch die Feld­ linien angetrieben und sind bestrebt, den Feldlinien zu fol­ gen. Die Elektronen, die den Feldlinien nahe den Goldinseln folgen, wie beispielsweise der Linie 292 in Fig. 22, werden daher auf ihrem Weg zu dem Element 210 an der Goldinsel 224 "entlangstreifen", wodurch sie auf das Element 210 und nicht auf die Goldinsel 224 aufgebracht werden.

An diesem Punkt ist wieder keine unzweideutige Erläuterung für das Ansammeln von Ladung auf den Goldinseln auf dem be­ nachbarten Substrat geboten worden. Trotzdem nimmt die An­ melderin nun willkürlich an, daß sich Elektronen auf den Goldinseln und dem benachbarten Substrat ansammeln. Die An­ melderin wird nun untersuchen, ob eine solche Ansammlung zu dem ungewollten Strom beitragen kann.

Die Goldinsel 224 und das benachbarte freiliegende Substrat 212 A werden einem Schwall von Elektronen ausgesetzt, welche aus der Ionisation resultieren. Dieser Schwall sollte im Raum gleichmäßig sein. Die Elektronen fallen daher gleich­ mäßig auf die Goldinsel 224 und auf das freiliegende Sub­ strat 212 A. Die Anmelderin sieht keinen deutlichen Grund, warum die Elektronen, die auf die Goldinsel 224 oder auf das freiliegende Substrat 212 A gefallen sind, dann in Form des ungewollten Stroms zu einem Element wandern sollten. Weiter sollte das Entfernen der Goldinsel die Situation nicht ändern, weil sich dann die Elektronen auf dem neuer­ dings freiliegenden Substrat ansammeln werden, das sich unter der Goldinsel befindet. Wiederum sieht die Anmelderin keine deutlichen Umstände, die eine Beteiligung der Gold­ inseln an dem ungewollten Strom zeigen.

Obgleich gemäß obiger Diskussion nicht klar ist, wie die Goldinseln an dem ungewollten Strom beteiligt sind, nimmt die Anmelderin hypothetisch an, daß Mittel wie die Goldin­ seln, gasförmige Verunreinigungen, restliche Verunreinigun­ gen aus dem Photoätzprozeß oder Spurenöle, welche auf den Wänden der Kammer 120 in Fig. 4 vorhanden sind, einzeln oder gemeinsam den ungewollten Strom produziert haben könn­ ten. Jedes dieser Mittel wird kurz erläutert.

Gasförmige Verunreinigungen können in die Kammer 120 durch organisches Material gelangen, beispielsweise durch den O-Gummiring 18 in Fig. 2 oder die verschiedenen Epoxies, die als Verschluß- oder Substratmaterialien benutzt werden. Organische Materialien absorbieren atmosphärische Gase und geben diese absorbierten Gase wieder ab, wenn sie in die Xenonatmosphäre der Kammer 120 in Fig. 4 eingebracht werden. Die freigesetzten Gase können zu dem ungewollten Strom bei­ tragen. Die Anmelderin reduziert die Menge an organischen Materialien, welche mit dem Xenon in Berührung kommen, da­ durch, daß sie den O-Gummiring 18 in Fig. 2 durch einen O-Ring 18 aus rostfreiem Stahl gemäß Fig. 5 ersetzt und ein glasfaserverstärktes Substrat 212 benutzt. Die Glasfaser, ein anorganisches Material, ersetzt organisches Material und reduziert somit die Menge an organischem Material, die mit dem Xenon in Berührung kommt.

Restliche Photoätzverunreinigungen und Spurenöle können zu dem ungewollten Strom beigetragen haben. Die Anmelderin beseitigt Photoätzverunreinigungen bei der oben beschrie­ benen Scheuerprozedur. Die Anmelderin beseitigt Spurenöle durch Auflösen derselben in siedendem Freon, woran anschlies­ send die Wände der Kammer 120 einer Ultraschallreinigung ge­ mäß obiger Beschreibung unterzogen werden.

Die Anmelderin beseitigt die Goldinseln durch die oben be­ schriebene Scheuerprozedur. Die Anmelderin hat herausgefun­ den, daß, wenn die Goldinselkonzentration auf (oder unter) einen gewissen Schwellenwert verringert wird und wenn die oben beschriebenen Reinigungsprozeduren angewandt werden, der ungewollte Strom im wesentlichen eliminiert wird. Der Schwellenwert wird folgendermaßen definiert.

Eine Messung des Flächeninhalts der Goldinseln erfolgt durch ein Mikroskop, mit dem die Matrix von Elementen 210 gemäß der Darstellung in Fig. 23 von oben herbetrachtet wird. Der Abstand der Elemente beträgt 0,04 mm (1,5 mil) (Abmessung 298). Das Verhältnis von Goldinselflächeninhalt (eng schraf­ fierter Bereich 224) zu freiliegendem Substratflächeninhalt (weit schraffierter Bereich 301) darf 0,0025 nicht über­ schreiten, d.h., das Verhältnis von Inselflächeninhalt zu freiliegendem Substratflächeninhalt darf nicht größer als 0,25% sein.

Zugeordnete Komponenten zum Befestigen der Detektorvorrich­ tung werden nun erläutert. Gemäß der Darstellung in Fig. 10 ist das Gehäuse auf einer Plattform 305 befestigt. Das Sub­ strat 212, welches die Detektormatrix (nicht im einzelnen gezeigt) trägt, erstreckt sich in die Kammer 120. Eine Span­ nungsplatte 308 ist unter dem Substrat 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 einge­ führt ist. Die Elemente 210, die gezeigt sind, erstrecken sich längs des Gebietes 312, das sich in dem Schlitz 128 in Fig. 4 befindet. Die Elemente gehen weiter, sind in Gebie­ ten wie dem Gebiet 314 abgewinkelt, und gehen weiter zu den Rändern des Substrats 212 wie dargestellt. In Fig. 10 sind Verbinder, vorzugsweise hochdichte Leiterplattenverbinder 316, mit den Plattenrändern in dem Gebiet 318 in Fig. 24 zum Herstellen des Kontakts mit den Elementen 210 verbunden. Die Verbinder sind an Bandkabeln 321 befestigt, die wie darge­ stellt gefaltet und ihrerseits mit einer Signalverarbei­ tungsschaltungsanordnung (nicht dargestellt) verbunden sind. Die Bandkabel sind so ausgelegt, daß die Längen von sämt­ lichen Kabeln 321 von den Randverbindern 316 in Fig. 10 bis zu den Enden an dem Signalprozessor (nicht dargestellt) alle identisch sind.

Die Bandkabel sind durch starre Träger 323 festgehalten, um Schwingungen zu reduzieren, die durch äußere Quellen verur­ sacht werden, welche in einer Fabrik vorhanden sind. Es ist festgestellt worden, daß Schwingungen ungewollte Signalable­ sungen erzeugen, und die Anmelderin nimmt an, daß die Schwin­ gungen Kleinpegelsignale, welche die Bandkabel führen, nach­ teilig beeinflussen.

In dem Gebiet 312 in Fig. 24 geht die Matrix von Elementen 210 durch die Endplatte hindurch und ist an der Endplatte durch den Epoxyverschluß 146 befestigt. Das heißt, es gibt eine mechanische Befestigung zwischen der Matrix von Elemen­ ten und den Wänden des Schlitzes 128. Die körperliche Länge dieser Befestigung (Abmessung 326) ist vorzugsweise so klein wie möglich, je nach den Festigkeitserfordernissen, die sich durch die Notwendigkeit ergeben, das unter Druck stehende Xenon in der Kammer 120 in Fig. 4 einzuschließen. Die Länge 326 ist aus wenigstens zwei Gründen vorzugsweise klein. Zum einen wird bevorzugt, daß die Länge, auf der der Epoxyver­ schluß die Matrix von Elementen berührt, so klein wie mög­ lich 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 den Epoxyverschluß bewirkt, daß die Elemente mechanischen Spannungen der Endplatte ausgesetzt sind. Beispielsweise wirken Klaffen und Biegen, die oben beschrieben sind, zusammen mit thermischer Expansion und Kontraktion auf die Elemente ein.

Ein zweiter Grund für das Reduzieren der Länge 326 ist, daß die Konzentration an Goldinseln in dem Gebiet 312 unter den oben angegebenen Schwellenwert reduziert werden muß. Der Grund dafür ist, daß angenommen wird, daß das Ansammeln der Elektronen in dem Gebiet 312 erfolgt. Das Reduzieren der Länge 326 reduziert auch die Länge der Matrix von Elementen, die die Schwellenwerterfordernisse hinsichtlich der Goldin­ selkonzentration erfüllen muß. Diese Reduktion vergrößert die Fertigungsausbeute an Detektorplatten im Hinblick auf die brauchbaren Detektorplatten, die pro Produktionslauf erzeugt werden.

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

Die Anmelderin hat festgestellt, daß die Verwendung von Nic­ kelelementen 210 den Elementen größere mechanische Festig­ keit gibt, da Ionenwanderungsprobleme, die bei Gold auftre­ ten verringert sind. Die Ionenwanderung wird in Detektoren mit kleiner Abmessung bedeutsam. Die Anmelderin hat festge­ stellt, daß trotz des größeren spezifischen Widerstands von Nickel gegenüber Gold (Nickel hat ungefähr den dreifachen spezifischen Widerstand wie Gold), die Verwendung von Nickel die sehr kleinen Ströme, die bei dem Messen der auf die Elemente 210 aufgebrachten Ladungen auftreten, nicht nennens­ wert verschlechtert.

Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet die Verwendung von Fer­ tigungstechniken ähnlich denjenigen, die bei der bekannten Herstellung von Leiterplatten angewandt werden. Ein wich­ tiges Merkmal der Erfindung ist jedoch die Differenz in der Funktion zwischen ihr und bekannten Leiterplatten. Im all­ gemeinen werden bekannte Leiterplatten zur Handhabung großer Spannungen (im Vergleich zu denjenigen bei der Erfindung) in der Größenordnung von 2,5+0,015 Volt und außerdem zum Handhaben von Strömen in der Größenordnung von Milliampere benutzt. Bei der Erfindung werden andererseits extrem kleine Spannungen in der Größenordnung von 100 mV gehandhabt, und in gewissem Sinn befaßt sich die Erfindung nicht mit der Übertragung von Strömen, sondern mit dem Erfassen von ange­ sammelter Ladung auf den Elementen. Es ist zwar strengge­ nommen richtig, daß bei der Erfindung Ladung in Form eines Stroms in dem Widerstand 401 in Fig. 25 übertragen wird, die Ströme sind jedoch so klein, denn sie liegen in dem Nano- und Pikoamperebereich, daß andere Prinzipien für den Leiterplattenentwurf und die Leiterplattenfertigung ent­ wickelt werden mußten. Die funktionalen Unterschiede zwi­ schen dem Stromverhalten in bekannten Leiterplatten und der Detektormatrix nach der Erfindung erwiesen sich als so be­ deutsam, daß die bekannten Fertigungsstandards und Rein­ heitstoleranzen nicht ausreichend waren. Infolge dessen mußte die Anmelderin unabhängige Untersuchungen ausführen, um die Unzulänglichkeiten zu analysieren und die oben be­ schriebenen Korrekturlösungen zu entwickeln.

Die winzigen Abmessungen der Detektorelemente bei der Erfin­ dung könnten, unter Anwendung der Technik der Herstellung von integrierten Schaltungen leicht erzielt werden. Die vor­ handene Ausrüstung, die zum Herstellen von integrierten Schaltungen auf Siliziumscheiben benutzt wird, ist jedoch hinsichtlich der Größe der Scheibe, die bearbeitet werden kann, beschränkt. Scheiben von mehr als etwa 102 mm (4 Zoll) im Durchmesser können nicht bearbeitet werden. Da das De­ tektorplattensubstrat 212 diese Grenze überschreitet, denn sie mißt etwa 102×152 mm (4×6 Zoll),konnten diese Fer­ tigungstechniken nicht benutzt werden.

Die Anmelderin möchte ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung herausstellen. Es zeigt für sich, daß ein Typ von Leiterplatte, der anfänglich getestet wurde, ein Verhältnis von Goldinselflächeninhalt zu Substratflächeninhalt von 0,01 (1%) hatte. Diese Leiterplatte erzeugte den oben be­ schriebenen ungewollten Strom. Eine ähnliche Leiterplatte wurde mit einer Goldinselkonzentration unter dem Schwellen­ wert hergestellt und dann auf oben beschriebene Weise ge­ scheuert und mittels Ultraschall gereinigt. Der ungewollte Strom war bei der letztgenannten Leiterplatte im wesentli­ chen beseitigt. Die Anmelderin sieht es als überraschend an, daß eine Verringerung des Flächeninhalts der Goldinseln um einen Faktor von 4 (d.h., ein Übergang von einem Flächenver­ hältnis von 0,01 auf 0,0025) die Zeitkonstante des ungewoll­ ten Stroms (d.h. dessen Abklingzeit) um einen Faktor von 1800 verringerte. Diese Verringerung der Zeitkonstante des ungewollten Stroms ist im Vergleich zu der Verringerung der Goldinselkonzentration unverhältnismäßig groß.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Beseitigung von röntgenundurchlässigen Barrieren in dem Dielektrikum über den Elementen 210. Bekannte Vorrichtungen, wie sie oben er­ wähnt worden sind, haben die in Fig. 1 gezeigten Barrieren 3 A, die manchmal aus Wolfram hergestellt sind und auf der Theorie basieren, daß die Barrieren das Ion (oder Elektron), welches aus einem Ionisationsereignis resultiert, zwingen, auf ein Element direkt unter und nicht neben dem Ereignis aufzutreffen. Die Anmelderin hat jedoch herausgefunden, daß selbst bei dem oben beschriebenen schmalen Abstand von 0,03 mm (1/1000 Zoll) diese Barrieren nicht notwendig sind. Die Anmelderin benutzt daher ein homogenes Dielektrikum zwischen den Detektoren 210 und der Spannungsplatte 308. Das Dielektrikum ist in dem Sinne homogen, daß es ein Xenon­ gas ist, welches von Verunreinigung so frei wie möglich ist und nicht von Barrieren unterbrochen wird, die oberhalb der Zwischenräume zwischen den Detektoren angeordnet sind.

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

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente nicht parallel wie in Fig. 24, sondern sind längs Radien in bezug auf einen Mittelpunkt 330 ausgerichtet, wie es in Fig. 25 gezeigt ist. Diese radiale Ausrichtung be­ rücksichtigt die Tatsache, daß Röntgenquellen, wie bei­ spielsweise die Röntgenquelle Philips Xray unit MCN 421, die von Ridge, Inc., Atlanta, Ga., erhältlich ist, als eine Punktquelle betrachtet werden kann, wenn sie mehr als etwa 3 m (10 Fuß) von der Detektormatrix entfernt ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 25 erzeugt eine solche Punkt­ quelle ein fächerartiges Röntgenbündel, welches die Elemen­ te wie dargestellt kreuzt. Demgemäß sind die Röntgenstrahlen zu den radial angeordneten Elementen 210 insgesamt parallel. Das dient zum Vergrößern der Auflösung, weil ein gegebener Röntgenstrahl 440 ein und nur ein Element 210 überquert. In einem solchen Fall erzeugt ideal nur ein Element 210 ein Signal aufgrund von Ionisationsereignissen, die durch den Röntgenstrahl 440 erzeugt werden, im Gegensatz zu zwei oder mehr als zwei Elementen wie in dem Fall der parallelen Elemente 6 A-6 C in Fig. 1 in dem Fall, in welchem keine Barrieren 3 A vorhanden sind.

Die Anmelderin hat festgestellt, daß, wenn die Detektorvor­ richtung in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit benutzt wird, es eine merkliche Abnahme der Signalempfindlichkeit oder -antwort gibt. Im Zuge des Verbesserns der Signalant­ wort hat die Anmelderin herausgefunden, daß das Besprühen der Schaltungsseite der Detektorplatte mit einem elektrisch neutralen, feuchtigskeitsbeständigen Material die Leistung verbessert. Ein Material, das sich für diesen Zweck als ge­ eignet erwiesen hat, ist Humiseal, das von der Columbia Chase Corporation hergestellt wird. Die Theorie, mit der sich diese Erscheinung erklären läßt, besagt, daß Verun­ reinigungen, wie beispielsweise Wasserdampf und Luftverun­ reinigungen aus der Atmosphäre sich zwischen den Stromkrei­ sen ab den Detektorelementen befinden und den Widerstand zwischen benachbarten Leiterbahnen und Masse reduzieren. Es wird angenommen, daß die Verunreinigungen den Rückwirkungs­ widerstand der Detektorschaltung reduzieren und dadurch zu einem Verlust an erfaßbarem Signal führen.

In der Praxis muß die Detektorplatte zuerst sorgfältig ge­ reinigt werden. Das Reinigen erfolgt vorzugsweise, indem saubere, feuchtigkeitsfreie Luft mit ausreichender Geschwin­ digkeit über die Plattenoberfläche geblasen wird, um auf der Platte festgehaltene Teilchen und Verunreinigungen zu lösen. Die beste Art des Reinigens und Aufbringens von feuchtigkeitsbeständigem Material ist, zuerst die Detektor­ vorrichtung in eine vertikale Position zu bringen, in der das Gehäuse 112 auf einer ebenen Fläche ruht. Die Endplatte 114 wird dann unter Verwendung von Klemmbacken auf einer ebenen Fläche festgeklemmt. Die Plattform 305 wird dann ent­ fernt. Passende Verbinder werden in die Verbinder eingeführt, die sich auf der Detektorplatte befinden. Die Platte wird dann, wie oben beschrieben, gereinigt und anschließend, unter Verwendung einer Heißluftkanone, sanft erwärmt, um sicherzustellen, daß keine Feuchtigkeit auf der Schaltungs­ oberfläche verbleibt. Die Detektorplattenschaltungsseite wird dann mit dem wasserbeständigen Material besprüht. Die entgegengesetzte Seite der Detektorplatte und sämtliche Ver­ bindungskabel werden ebenfalls mit der Dichtungsmasse be­ sprüht. Dieses Verfahren macht die Detektorschaltungen für Änderungen hinsichtlich Feuchtigkeit und Luftverunreinigun­ gen unempfindlich.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verbessern der Signalempfindlichkeit eines Ionisationsdetektors, der eine Linearmatrixdetektorplatte aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Reinigen der Linearmatrixoberfläche der Platte, um Ver­ unreinigungen zu beseitigen;
• b) Auftragen eines elektrisch neutralen,feuchtigkeitsbestän­ digen Materials auf die Platte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) weiter beinhaltet:

• c) Sprühen eines elektrisch neutralen,wasserbeständigen Ma­ terials auf die Platte.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) des Reinigens folgende Unterschritte um­ faßt:

• d) Positionieren in einer im wesentlichen vertikalen Ebene;
• e) Blasen von vorgereinigter, feuchtigkeitsfreier Luft über die Oberfläche der Platte, um Verunreinigungen zu lösen; und
• f) Erwärmen der Oberfläche der Platte, um Wasserdampf zu entfernen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) des Positionierens weiter beinhaltet, elek­ trische Signalkabel an die Platte anzuschließen und folgen­ den Schritt auszuführen:

• g) Besprühen der elektrischen Signalkabel und der Verbinder mit dem elektrisch neutralen, feuchtigkeitsbeständigen Material.

5. Ionisationsdetektor mit

• a) einer Kammer (120), die Xenongas mit einem Druck, der 55,2 bar (800 pounds per square inch) übersteigt, ent­ hält;
• b) einer Kollimationseinrichtung (180) zum Kollimieren von ankommender Strahlung;
• c) einer Fenstereinrichtung (165) zum Einlassen der kolli­ mierten Strahlung in die Kammer (120) und zum Verhindern des Entweichens von Xenon aus der Kammer (120);
• d) einer Matrix aus im wesentlichen parallelen, langgestreck­ ten Detektorelementen (210), die durch das Substrat (212) gehaltert sind und sich in den Hohlraum erstrecken und eine Querschnittskonfiguration innerhalb des Hohl­ raums haben, die mit der Querschnittskonfiguration außer­ halb des Hohlraums im wesentlichen identisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix durch ein Verfahren herge­ stellt worden ist, das folgende Schritte beinhaltet:
  • 1. Anordnen einer Matrix aus parallelen Komponenten auf dem Substrat (212) in einer Konfiguration, die mit der Konfiguration von d) im wesentlichen identisch ist, wobei jede Komponente eine Nickel enthaltende Schicht (220) benachbart zu dem Substrat (212) und eine Gold enthaltende Schicht (222) auf der Nickel enthaltenden Schicht aufweist;
  • 3. Entfernen der Gold enthaltenden Schicht (222), so daß eine Detektormatrix geschaffen wird, die aus der Nickel enthaltenden Schicht (220) besteht;
  • 3. Entfernen von metallischen Resten (224), die sich in den Zwischenräumen zwischen den Detektorelementen (210) befinden, so daß die Querschnittsfläche der me­ tallischen Reste (224) bei Betrachtung von oben weni­ ger als 0,50% des Flächeninhalts des Zwischenraums zwischen den Detektorelementen (210) beträgt;
• e) Treffen von Maßnahmen zum Verhindern der Verunreinigung der Detektorelemente (210), welche das Substrat (212) trägt; und
• f) Ausführen eines Oberflächenüberziehens mit einem elek­ trisch neutralen feuchtigkeitsbeständigen Material.