DE68919296T2

DE68919296T2 - Zweiteiliger, keramischer Soller-Schlitzkollimator für die Röntgenkollimation.

Info

Publication number: DE68919296T2
Application number: DE68919296T
Authority: DE
Inventors: John Joseph Zola
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2009-07-13
Also published as: EP0354605B1; EP0354605A3; EP0354605A2; DE68919296D1; JPH0267999A; US4856043A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Kollimators zur Verwendung bei der Röntgenanalyse sowie einen mit diesem Verfahren erzeugten Kollimator zur Verwendung bei der Röntgenanalyse. In röntgenanalytischen Instrumenten für die Kennzeichnung von Werkstoffen, wie in Röntgendiffraktionsgeräten oder Röntgenspektrometern, kann es wünschenswert sein, daß die einfallenden und/oder anregenden Strahlen zum Minimisieren axialer Divergenz zu parallelen Strahlen kollimiert werden. In Pulver-Diffraktometern werden durch Verringerung der axialen Divergenz der Strahlen die Auflösung und die Genauigkeit der Winkelmessungen verbessert und Verschmierungsaberrationen beseitigt.
In Röntgenspektrometern ist Feinkollimation der einfallenden Strahlen zur Verbesserung der Meßempfindlichkeit erforderlich. In anderen Röntgeninstrumenten, wie z.B. Röntgendiagnostikgeräten, wie bei der Verwendung in der computerunterstützten Tomographie, kann Feinkollimation zum Beseitigen von Bildverwischung dienen.
In USP 3 988 589 wird eine Strahlungskollimieanordnung beschrieben, die Blöcke aus einer Zusammensetzung enthält, die Strahlung absorbieren kann und aus einem Werkstoffstück gebildet ist, wobei jeder Block eine Anzahl paralleler, aus einem massiven Anteil dieses Blocks herausragender Blätter enthält, die also durch Rillen voneinander getrennt sind, und die Blöcke miteinander verklebt sind.
In dieser Patentschrift erhalten die Blöcke ihre Form durch Vergießen. Die an einer Seite aus dem massiven Anteil eines Blocks herausragenden parallelen Blätter rasten in untiefe Ausnehmungen an der anderen Seite eines anderen Blocks ein. Auf diese Weise entsteht eine Zapfenverbindung zum Verhindern von Strahlungslecken durch den Kollimator in der nichtkollimierten Richtung.
Bei Röntgenstrahlung wird Kollimierung durch die Verwendung von Soller-Schlitzkollimatoren bevorzugt. Die Benutzung dieser Kollimatoren ist mit Daten gut belegt und beschrieben zum Beispiel in M.P. Klug und L.E. Alexander, X-Ray Diffraction Procedures, New York, John Wiley & Sons, 1954, S. 242, 242, 251...253 und 275...277; Brandt et al U.S.Patent 4 361 902, Wolfel U.S.Patent 4 364 122;25 Jenkins V.S.Patent 4 322 618 und Kusumoto et al U.S.Patent 4 284 887.
Ein oft benutzter Soller-Schlitzkollimator, enthält einen Stapel dünner Blätter, die parallel angeordnet, durch schmale Räume voneinader getrennt und in der Gehäusegruppe zusammengeklemmt sind. Die Blätter werden aus Folien von Werkstoffen gebildet, die die benutzten Röntgenstrahlen absorbieren. Dieser Kollimatortyp ist sehr teuer, da sein Zusammenbau viel Handarbeit erfordert. Weiter beschränkt sich die Dünne der Blätter und die Schmalheit der Räume zwischen den Blättern und daher die Feinheit der Kollimierung in diesen Kollimatoren darauf, daß Folienblätter beim Einklemmen in die Gehäusegruppe zum Verziehen neigen, insbesondere wenn sie dünner werden. Also zum Verbessern der Feinheit der Kollimierung ist es erwünscht, daß derartige Kollimatoren möglichst kurz sind.
Das Verfahren zum Erzeugen der aus der bereits beschriebenen US- Patentschrift bekannten Kollimatoren erfordert nicht so viel Handarbeit. Jedoch richtet sich dieses Dokument nicht selbst auf das Problem der Verziehung der Blätter des Kollimators vom Soller-Schlitztyp.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Soller-Schlitz-Röntgenkollimator mit besserem Aufbau zu schaffen, in dem das Blattverziehen vermieden ist und der einen hoheren Kollimiergrad erreichen kann.
Diese Aufgaben werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst, das folgende Schritte umfaßt:
* das Positionieren von zwei Keramikblöcken von einer röntgenstrahlungabsorbierenden Zusammensetzung und je eine ebene Fläche (mit der Bezeichnung Sägefläche) derart enthält, daß die betreffenden Sägeflächen der Blöcke sich in einer einzigen ebenen Fläche befinden,
* das Bilden einer Anzahl schmaler Rillen senkrecht zu den Sägeflächen, wobei jede Rille von benachbarten Rillen durch ein dünnes Blatt getrennt ist, jeder Block mit Wandanteilen parallel zu den Rillen versehen und breiter als die dünnen Blätter ist,
* das Positionieren der entstandenen gerillten Blöcke in Gegenüberstellung, so daß die Sägeflächen der Wandanteile und der entsprechenden dünnen Blätter der Blöcke miteinander in Kontakt und in einem wesentlichen parallelen Zusammenhang miteinander stehen,
* das Verkleben der Blöcke auf den entsprechenden Sägeflächen der Wandanteile.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Anzahl schmaler Rillen durch genaues Würfelsägen gebildet, wie dies an sich aus der Halbleiterbearbeitung bekannt ist. Der Betrieb der Präzisionswürfelsägen wird unter anderen in Zimring US-Patentschrift 4 557 599 beschrteben, deren Inhalt als Bestandteil dieser Anmeldung anzusehen ist.
Allgemein beträgt die Breite der Rillen etwa 50 bis 100 um und vorzugsweise 180 bis 300 um. Die Dicke der Blätter beträgt von etwa 50 bis 200 um, vorzugsweise von etwa 100 bis 200 um, und sogar werden Kollimatoren mit Blättern mit einer Dicke von nur 25 um hergestellt. Als besonders nützliche Keramikblöcke für die erfindungsgemäßen Kollimatoren werden die mit röntgenabsorbierenden Werkstoffe bevorzugt, wie solche keramische Stoffe mit Schermetall-Oxiden oder Salzen, wie z.B. Oxiden von Pb, Zr und Yi oder Mischungen daraus. Der Keramikblock wird mit einem geeigneten Klebstoff zusammengeklebt. Bevorzugte Klebstoffe sind Klebstoffe, die an Licht oder durch einen Katalysator vorzugsweise auf Raumtemperatur aushärten. Beispiele benutzter Klebstoffe sind Epoxydbasis-Klebstoffe und Zyanoakrylatester-Klebstoffe.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Anbringen von Rillen in den mit dem erfindungsgemaßen Verfahren benutzten Keramikblöcken,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines angepaßten Paars von Keramikblöcken mit Rillen nach dem Verfahren in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Soller- Schlitzkollimators, der aus den gerillten Keramikblöcken nach Fig. 2 aufgebaut ist, und
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Probeaufstellung zum Bestimmen des Einfangwinkels eines erfindungsgemäßen Soller-Schlitzkollimators.

BEISPIEL

Rechteckige Keramikblöcke 1 und 2, die je Röntgenstrahlung absorbieren und im wesentlichen von gleicher Zusammensetzung sind (beispielsweise Bleititanat in einer derartigen Menge, daß der Bleiinhalt mehr als 60 Gew. % beträgt), mit beispielsweise je einer Länge von 12,5 mm, einer Breite von 40 mm und einer Dicke von 6,5 mm, wurden auf einem Sägetisch 3 einer Präzisionswürfelsäge derart aufgelegt, daß die Oberflächen 4 und 5 jedes Keramikblocks auf einer einzigen Achse und am Anschlag 6 des Sägetisches 3 positioniert werden. Der Sägetisch 3 mit den Keramikblöcken wird darauf in einer Richtung parallel zur Achse nach einem drehenden Sägeblatt 7 verschoben, dessen Achse senkrecht zur Laufrichtung des Sägetisches verläuft. Der Sägetisch 3 wird im Zusammenhang mit dem drehenden Sägeblatt 7 positioniert und verschoben, so daß das Sägeblatt 7 die Rillen 8 und 9 in die mit Sägeflächen bezeichneten Flächen der Keramikblöcke 1 bzw. 2 schneiden kann, wobei die Rillen 8 und 9 auf einer einzigen Achse und parallel zu den Flächen 4 und 5 positioniert werden und jede Rille 8 und 9 eine Breite von etwa 0,250 mm, eine Länge von etwa 12,5 mm und eine Tiefe von etwa 3 mm hat.
Der Sägetisch wird dabei in einer Richtung parallel zur Achse des Sägeblatts und nach Flächen der Keramikblöcke parallel zu den Flächen 4 und 5 auf eine nicht dargestellte Weise über einen Abstand von etwa 0,325 mm von den Rillen 8 und 9 verschoben, wonach die beschriebenen Sägevorgänge und Verschiebungen des Sägetisches 3 wiederholt werden, um eine Reihe von Zusatzrillen 8 und 9 parallel zu und gleich den zunächst geformten Rillen 8 und 9 in den Keramikblöcken 1 und 2 zu bilden, wobei die entstandene Rille von der anderen mit um 0,83 mm dicken und um 12,5 mm langen Blättern 10 und 11 getrennt ist, die aus den Bodenwandanteilen 12 und 13 der Keramikblöcke 1 bzw. 2 nach Fig. 2 herausragen.
Eine nicht dargestellt Klebstoffbeschichtung eines Polyzyanoakrylat- Klebmittels, wie z.B. "Permabond 910", wird darauf auf die Flächen 18, 19, 20 und 21 der Seitenwandanteile 14, 15, 16 und 17 aufgetragen, wobei jedes Paar der Flächen 18 und 20, und 19 und 21 voneinander mit den Blättern 10 und 11 und den Rillen 8 und 9 getrennt sind.
Der Keramikblock 1 wird in Kontakt mit dem Keramikblock 2 derart positioniert, daß die mit Klebstoff beschichtete Fläche 19 mit der mit Klebmittel beschichteten Oberfläche 18 in Kontakt ist, und die mit Klebstoff bedeckte Fläche 21 mit der mit Klebmittel beschichteten Oberfläche 20 in Kontakt ist, und die Blätter 10 des Keramikblocks 1 mit den entsprechenden Blättern 11 des Keramikblocks 2 derart in Kontakt stehen, daß die Achsen der Blätter 10 im Keramikblock 1 parallel zu den Achsen der entsprechenden Kontaktierblätter 11 des Keramikblocks 2 verlaufen. Die Klebstoffschicht kann darauf aushärten, wodurch die Blöcke 1 und 2 aneinander kleben und so einen Soller-Schlitzkollimator 22 mit Soller-Schlitzen 23 nach Fig. 3 bilden.
Der Einfangwinkel dieses Kollimators wurde danach anhand des nachstehenden Verfahrens und mit der Probeaufstellung bestimmt, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Mit diesem Verfahren und anhand der Fig. 4 landet ein Röntgenstrahl 40 durch eine Öffnung 42 in einem Bleischirm 44 mit derselben Abmessung wie einem offenen Gebiet eines zu prüfenden Soller-Schlitzes 22 auf den im Röntgenstrahlungsweg angeordneten Soller-Schlitz auf einem drehbaren Tisch, der um eine Achse 50 senkrecht zu einer Achse des Strahlungswegs drehbar ist. Ein Röntgenstrahlungsdetektor 46 und ein Mittelwertsmesser 42 werden an der Seite des Soller-Scmitzkollimators im Abstand von der Röntgenquelle angebracht. Der Drehtisch mit dem Soller-Schlitzkollimator darauf wird gedreht, bis der Mittelwertsmesser keine Zählanzeige gibt. Der Drehtisch wird darauf in der entgegengesetzten Richtung gedreht und die Zählung wird beispielsweise jede 10 Minuten des Bogens aufgezeichnet.
Die erhaltenen Daten unter Verwendung des Soller-Schlitzkollimators aus dem Beispiel sind in nachstehender Tabelle 1 verzeichnet. TABELLE 1 Prüfdaten für Soller-Schlitz Pl#2 Position des Drehtisches (Grad) Mittelwertsmesser (Zählung pro Sekunde)
Es sei bemerkt, daß bei der Messung der Tabellenwerte des Einfangswinkels für diesen Soller-Schlitzkollimator bestimmt wurde, daß 2º10' oder 2,16º eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit dem theoretischen oder berechneten Eingangswinkel β war, worin β gleich 2θ und tan θ gleich den Breiten der Öffnung zwischen den Blättern ist, geteilt durch die Länge L der Blätter, die in diesem Beispiel 247 geteilt 30 durch 12,5 θ gleich 1,1º β und daher gleich 2,2º ist.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines Kollimators zur Verwendung bei der Röntgenanalyse, das folgende Schritte umfaßt:

* das Positionieren von zwei Keramikblöcken (1, 2) von einer röntgenstrahlungabsorbierenden Zusammensetzung und je mit einer ebenen Fläche (mit der Bezeichnung Sägefläche) derart, daß die betreffenden Sägeflächen der Blöcke (1, 2) sich in einer einzigen ebenen Fläche befinden,

* das Bilden einer Anzahl schmaler Rillen (8, 9) senkrecht zu den Sägeflächen, wobei jede Rille von benachbarten Rillen durch ein dünnes Blatt (10, 11) getrennt ist, jeder Block (1, 2) mit Wandanteilen (14, 15, 16, 17) parallel zu den Rillen (8, 9) versehen und breiter als die dünnen Blätter (10, 11) ist,

* das Positionieren der entstandenen gerillten Blöcke in Gegenüberstellung, so daß die Sägeflächen (18,19, 20, 21) der Wandanteile (14, 15, 16, l7) und der entsprechenden dünnen Blätter (10, 11) der Blöcke miteinander in Kontakt und in einem wesentlichen parallelen Zusammenhang miteinander stehen,

* das Verkleben der Blöcke auf den entsprechenden Sägeflächen (18,19; 20, 21) der Wandanteile (14, 16; 15, 17).

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Anzahl schmaler Rillen (8, 9) durch Sägen gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Anzahl schmaler Rillen (8, 9) durch Präzisionswürfelsägen gebildet wird, das an sich vom Halbleiterbearbeiten bekannt ist.

4. Kollimator zur Verwendung bei der Röntgenanalyse, der mit dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 erzeugt ist, wobei:

* der Kollimator Blöcke (1, 2) einer röntgenstrahlungabsorbierenden Zusammensetzung enthält, die aus einem einzigen Werkstoffstück angefertigt sind,

* jeder der Blöcke eine Anzahl paralleler Blätter (10, 11) enthält, die aus einem massiven Anteil (12, 13) dieses Blocks herausragen und also durch Rillen voneinander getrennt sind,

* die Blöcke (1, 2) miteinander verklebt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

* die Blöcke aus Keramikmaterial bestehen,

* die Blöcke mit Wandanteilen (14, 15, 16, 17) parallel zu den Rillen (8, 9) und breiter als die dünnen Blätter (10, 11) versehen sind,

* der Klebstoff für zwei zu verkiebende Blöcke (1, 2) sich auf den entsprechenden Flächen (18,19, 20, 21) der Wandanteile (14, 15; 16, 17) befindet,

* jedes der Blätter eines Blocks mit einem entsprechenden Blatt des anderen Blocks in Kontakt und parallel zugewandten Zusammenhang steht.

5. Kollimator nach Anspruch 4, worin die Breite der Rillen (8, 9) zwischen 50 und 1000 um liegt.

6. Kollimator nach Anspruch 5, worin die Breite der Rillen (8, 9) zwischen 180 und 300 um liegt.

7. Kollimator nach Anspruch 4, worin die Breite der Blätter (10, 11) zwischen 25 und 200 um liegt.

8. Kollimator nach Anspruch 7, worin die Breite der Blätter (10, 11) zwischen 100 und 200 um liegt.

9. Kollimator nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, worin das Verhältnis r zwischen der Tiefe (d) der Rillen (8, 9) und der Breite (w) der Blätter (10, 11), wobei r = d:w ist, zwischen 15 und 120 liegt.