DE69202437T2

DE69202437T2 - Umhüllung eines Röntgenbildverstärkers.

Info

Publication number: DE69202437T2
Application number: DE69202437T
Authority: DE
Inventors: Serge Cozzi; Maurice Verat
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2012-10-17
Also published as: DE69202437D1; US5304792A; FR2683387A1; JPH0628989A; EP0540392A1; JP3639866B2; EP0540392B1

Description

Die Erfindung betrifft Umhüllungen von Röntgenbild- Verstärkerröhren und die in diesen Umhüllungen verwendeten Mittel, um insbesondere einen Schutz gegen Röntgenstrahlen zu erreichen.
Die Röntgenbild-Verstärkerröhren sind Vakuumröhren mit einem Eingangsbildschirm am vorderen Ende der Röhre, einem elektronischen Optiksystem und einem Beobachtungsschirm für das sichtbare Bild am hinteren Ende der Röhre.
Figur 1 zeigt schematisch eine solche Röntgenbild- Verstärkungsröhre. Sie enthält ein Vakuumgefäß 2 aus Glas, dessen eines Ende im vorderen Teil der Röhre durch ein den Röntgenstrahlen ausgesetztes Eingangsfenster verschlossen ist.
Das zweite Ende des Gefäßes 2 bildet den hinteren Teil der Röhre und ist mit einem lichtdurchlässigen Ausgangsfenster 4 verschlossen.
Die Röntgenstrahlen werden durch einen Scintillatorschirm 5 in Lichtstrahlen umgewandelt. Die Lichtstrahlen regen eine Fotokathode 6 an, die ihrerseits Elektronen aussendet. Diese Elektronen werden in Richtung auf das Ausgangsfenster 4 mit Hilfe verschiedener Elektroden 7 beschleunigt, die sich entlang einer Längsachse 9 der Röhre befinden und das elektronische Optiksystem bilden.
In dem gezeigten Beispiel trägt das Ausgangsfenster 4 einen kathodischen Lumineszenzschirm 10, der beispielsweise aus Leuchtstoffen besteht. Das Auftreffen der Elektronen auf den kathodischen Lumineszenzschirm 10 ergibt ein Bild, wie es ursprünglich auf der Fotokathode 6 vorlag.
Die Verstärkerröhre befindet sich in einer Schutzumhüllung 15, die insbesondere folgende Aufgaben hat:
1) Schutz der elektronischen Optik 7 der Röhre gegen äußere Störmagnetfelder;
2) Schutz des Personals gegen Röntgenstrahlung, und zwar sowohl die direkte, nicht von dem Scintillator 5 absorbierte Röntgenstrahlen als auch die von der Röhre selbst erzeugte diffuse Röntgenstrahlung.
3) Mechanischer Schutz des Vakuumgefäßes 2 gegenüber äußeren Einflüssen.
4) Zwischenglied zur Befestigung in einer Röntgenanlage (nicht dargestellt), in der die Röhre zusammen mit dem Zubehör dieser Anlage montiert sein soll. Die Umhüllung soll beispielsweise Gewindelöcher für die Befestigung sowie Bezugsflächen oder Bezugsebenen besitzen.
Hierzu enthält die Wand einer bekannten Umhüllung 15 einer Röntgenbild-Verstärkerröhre im allgemeinen mehrere übereinanderliegende Schichten 16, 17, 18.
Die äußerste Schicht 16 bildet eine Hülle 16, die das mechanische Gerüst der Umhüllung 15 bildet. Diese Hülle kann beispielsweise aus einer Metallegierung gegossen oder prägegeformt oder auch aus Metallblechen zusammengeschweißt sein.
Die äußerste Schicht 16 gewährleistet den mechanischen Schutz des Vakuumgefäßes und insbesondere von dessen rückwärtigem Teil 13, der in der Nähe des Ausgangsfensters 4 der Röhre liegt. Außerdem bildet sie das Befestigungszwischenglied. Das auf dem kathodischen Lumineszenzschirm 10 erzeugte Bild ist durch eine Öffnung 14 im hinteren Teil 13 der Umhüllung sichtbar.
Eine innere Schicht 17 zwischen der äußeren Schicht 16 und dem Gefäß 2 der Röhre bildet eine Abschirmung, die den Schutz des elektronischen Optiksystems gegenüber äußeren Magnetfeldern gewährleistet.
Diese innere Abschirmung 17 besteht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, wie z.B. Weicheisen oder einer Legierung auf der Basis von Eisen, wie z.B. einer Eisen-Nickel-Legierung "Permalloy" oder auch aus Mumetall usw.
Es sei bemerkt, daß die innere Schicht 17 zur Abschirmung gegenüber äußeren Magnetfeldern aus Blechen dieser Materialien mit großer magnetischer Permeabilität gebildet wird.
Eine zweite innere Schicht 18, die sich zwischen dem Gefäß 2 der Röhre und der ersten inneren Schicht 17 befindet, bildet eine Abschirmung, deren Aufgabe es ist, die Röntgenstrahlen zu absorbieren. Aufgabe dieses Schirms 18 ist es, die Röntgenstrahlung, die aus der Umhüllung 15 austritt, abzuschwächen.
Die Materialien dieser zweiten inneren Schicht 18 liegen ebenfalls meist als Bleche vor, so daß die Herstellung dieser zweiten inneren Schicht 18, aber auch die der ersten inneren Schicht 17, Kesselbautechniken erfordert: partielles Tiefziehen, Flachprägen, Walzen, Schweißen. Diese Techniken erfordern lange und teure Bearbeitungsvorgänge und führen außerdem zu großen geometrischen Abweichungen.
Für die Herstellung der zweiten inneren Schicht 18 verwendet man üblicherweise Materialien mit großer Atomzahl, und insbesondere Blei, das preiswert ist und Röntgenstrahlung stark absorbiert.
Blei ist jedoch ein schwierig zu verwendendes Material aufgrund seiner großen Verformbarkeit oder Duktibilität. Außerdem unterliegt die Arbeit mit Blei Einschränkungen und das diese Arbeiten durch führende Personal muß regelmäßig medizinisch überwacht werden.
Ein anderer problematischer Punkt bei der Herstellung von Umhüllungen von Röntgenbild-Verstärkerröhren liegt in der Schwierigkeit, die verschiedenen Schichten 16, 17, 18 miteinander zu verbinden.
Oft werden sie miteinander verklebt, was ein mit industriellen Forderungen schlecht zu vereinbarender Vorgang ist, der insbesondere zu hohen Toleranzen hinsichtlich der Dicke von Wänden führt.
Die Absorption von Röntgenstrahlen soll die aus der Umhüllung austretende Röntgenstrahlung bis auf einen mit den Vorschriften zu vereinbarenden Wert dämpfen. Da die Stärke dieser ankommenden Röntgenstrahlung nicht an allen Punkten der Umhüllung 15 gleich groß ist, braucht die Absorption der Strahlung nicht unbedingt an allen Punkten gleich groß zu sein. Es genügt vielmehr, der Wand der Umhüllung an diesen verschiedenen Punkten den für die gewünschte Dämpfung richtigen Absorptionskoeffizienten zu verleihen.
Wie Figur 2 zeigt, kann man in einer Umhüllung einer Röntgenbild-Verstärkerröhre mehrere Hauptzonen a, b, c, d, e unterscheiden, die von der Vorderseite 21 der Umhüllung auf der Seite des Eingangsfensters 3 bis zur Rückseite 13 der Umhüllung auf der Seite des Ausgangsfensters 4 aufeinanderfolgen. Jede dieser Zonen kann eine andere Röntgenstrahlungsdämpfung als in einer benachbarten Zone erfordern. Beispielsweise erfordert die Zone b, in der die Röhre ihren größten Durchmesser besitzt, global eine geringere Dämpfung der Röntgenstrahlung als die Zone c, in der dieser Durchmesser abnimmt.
In jeder dieser Zonen a bis e wird die Dicke der die Röntgenstrahlung absorbierenden Schicht 18 so berechnet, daß der höchste in jeder Zone existierende Pegel der einfallenden Röntgenstrahlen auf den vorgeschriebenen Wert verringert wird.
Innerhalb einer Zone können aber auch erhebliche Unterschiede des Röntgenpegels existieren, und die Dicke der Schicht 18 wird für die Dämpfung der Röntgenstrahlung mit der größten Stärke ausgewählt.
Daraus folgt, daß die Menge an Material für den Schirm 18 an vielen Punkten dieses Schirms unnötig groß ist, was das Gewicht und die Kosten erhöht.
So ist es beispielsweise üblich, den verschiedenen Zonen a bis e des Schirms 18, wenn dieser aus Bleiblechen besteht, Dicken von etwa 1,7 mm bzw. 1,2 mm bzw. 2,3 mm, bzw. 1,2 mm bzw. 2,7 mm zu geben, während beispielsweise für den größten Teil der Zone b eine Dicke von nur 0,6 mm ausreichen würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umhüllung für eine Röntgenbild-Verstärkerröhre anzugeben, deren Konzeption die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden erlaubt.
Die erfindungsgemäße Umhüllung gewährleistet die verschiedenen geforderten Schutzwirkungen und ist doch leichter als beim Stand der Technik sowie einfacher herzustellen und damit preiswerter.
Erfindungsgemäß ist eine Umhüllung für eine Röntgenbild-Verstärkerröhre mit einer Hülle, einem die Röntgenstrahlung absorbierenden Schirm und einer Abschirmung gegenüber äußeren Magnetfeldern dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Harz besteht, das ein Pulver eines die Röntgenstrahlung absorbierenden Materials enthält, damit dieser Schirm zumindest teilweise von der Hülle gebildet wird.
Unter dem Ausdruck "die Röntgenstrahlung absorbierenden Material" wird hier ein Material definiert (rein oder legiert oder Verbundmaterial), dessen Atomnummer hinreichend hoch ist (beispielsweise mindestens gleich 70), um eine deutliche Absorption der dieses Material durchquerenden Röntgenstrahlung zu gewährleisten, wie z.B. Blei oder Bleioxid. Solche Materialien werden üblicherweise für den Schutz gegenüber Röntgenstrahlen, insbesondere in der Radiologie, eingesetzt.
Außer Blei und Bleioxid kommt beispielsweise noch in Frage Tantal, Wismuth, Wolfram usw., und zwar rein oder legiert oder im oxidierten Zustand.
Einer der Vorzüge einer solchen Anordnung ist nicht nur, daß sie die Schicht aus Blechen von Blei oder einem anderen Material hoher Atomzahl überflüssig macht, sondern auch, daß die Hülle ein besonders interessantes Mittel bildet, um die Abschirmung zu tragen und aufzuhängen.
Die Erfindung und weitere durch sie erzielte Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 wurde bereits beschrieben und zeigt eine bekannte Umhüllung einer Röntgenbild-Verstärkerröhre.
Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Umhüllung einer Röntgenbild-Verstärkerröhre gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 3 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform dieser Umhüllung.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Umhüllung, die eine Bildverstärkerröhre enthält. Diese Bildverstärkerröhre kann beispielsweise eine Röhre ähnlich der in Figur 1 gezeigten sein. In Figur 2 ist nur ihr Gefäß 2 dargestellt. Die Umhüllung 20 hat eine allgemeine Form, die der in Figur 1 gleicht, d.h. daß sie eine große Öffnung 21 als Eingangsöffnung auf der Seite des Eingangsfensters 3 der Röhre und eine Ausgangsöffnung 22 auf der Seite des Ausgangsfensters 4 besitzt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält die Umhüllung 20 eine eine Hülle bildende Wand 25 aus einem Verbundmaterial, das diese Wand sowohl die Funktion des mechanischen Gerüsts als auch die des Röntgenstrahlen absorbierenden Schirms zu erfüllen erlaubt. Beispielsweise kann dieses Verbundmaterial aus einem thermoplastischen Gußmaterial bestehen, das mit einem pulverförmigen Material einer hohen Atomzahl versehen ist, um die Röntgenstrahlung deutlich zu absorbieren, wie es bereits einleitend erläutert wurde.
Das thermoplastische Material oder Basismaterial kann beispielsweise sein: ABS (Acrylonitrilbutadienstyrol), wie beispielsweise das von der deutschen Herstellerin von Kunststoffmaterialien DSM hergestellte Produkt "RONFALIN", oder auch hochdichtes Polypropylen. Diese beiden Produkte wurden erfolgreich getestet, aber es gibt noch andere verwendbare Materialien.
Hinsichtlich des Materials für den Pulverzusatz, d.h. das pulverförmige Material, das die Röntgenstrahlung absorbiert, ergeben sich interessante Resultate bei Verwendung von Bleioxid PbO, insbesondere Bleiglätte, während die anderen Bleioxide weniger günstig sind, da ihr Bleigehalt geringer ist. Natürlich können auch andere Materialien oder andere Oxide von Schwermetallen zur Absorption der Röntgenstrahlung wie oben erwähnt eingesetzt werden, sofern diese Materialien pulverförmig vorliegen, um mit dem Basismaterial vermischt zu werden.
Das oben erwähnte Bleioxid (Bleiglätte) wurde mit einer Korngröße unter 45 um eingesetzt, um mit einem Anteil von 35 Vol.% mit dem von der Firma DSM erzeugten Produkt "RONFALIN" gemischt zu werden. Der Anteil von 35% kann etwa als Höchstwert betrachtet werden, bei dessen Überschreiten Probleme in der Spritzgußtechnik auftreten.
Es sei erwähnt, daß die Herstellung von mit Bleioxid vermischten Kunststoffgegenständen bereits bei Gegenständen kleiner Abmessungen für sehr kleine Kinder erprobt wurde. In diesem Fall ist aber der Pulveranteil wesentlich kleiner und übersteigt nicht 5%. Im Fall eines versehentlichen Verschluckens ermöglicht das Blei eine einfache Ortung mittels Röntgenbilds.
Die Druckschrift JP-A-63 293500 beschreibt einen die Röntgenstrahlung absorbierenden Schirm aus einem Kunststoffmaterial, das mit einem Bleioxidpulver vermischt ist.
Das mit dem Schwermetall gemischte Material für die Wand 25 der Umhüllung 20 kann man an sich bekannte Spritzgußtechniken einsetzen. Für die Herstellung einer Umhüllung 20 bietet die Spritzgußtechnik den Vorteil, daß sie relativ einfach Bauteile mit komplexen geometrischen Formen zu erzielen erlaubt. Außerdem ergibt sich im Fall von großen Stückzahlen ein niedriger Preis der durch Spritzgußtechnik hergestellten Teile sowie eine gute Reproduzierbarkeit dieser Teile; zudem ergeben sich geringere Maßtoleranzen als im Fall von Umhüllungen, die nach den bekannten Techniken hergestellt worden sind.
Diese Vorteile fallen zusätzlich zu der deutlichen Vereinfachung der Struktur der Umhüllung 20 ins Gewicht, die darin besteht, daß die Wand 25 sowohl das mechanische Gerüst als auch den Schirm zur Röntgenstrahlungs-Absorption bildet.
Ein anderer erheblicher Vorteil aufgrund der Herstellung der Wand 25 mittels Spritzguß besteht darin, daß die Dicke E1, E2, E3 an allen Punkten dieser Wand gerade so gewählt werden kann, daß die an jedem dieser Punkte existierende Röntgenstrahlung absorbiert wird, was zu einer Verringerung des Raumbedarfs und des Gewichts sowie einer Einsparung an Material führt.
In dem nicht beschränkenden Beispiel gemäß Figur 2 sieht man, daß die verschiedenen Zonen a bis e nicht alle eine konstante Dicke besitzen und dem unbedingt erforderlichen Maß angepaßt werden. Beispielsweise besitzt die Zone b eine größere Dicke E1 in der Größenordnung von 5 mm an der Vorderseite 21 und eine geringere Dicke E2 von etwa 2,5 mm an der Rückseite 13.
Es sei bemerkt, daß für eine Röntgenstrahlungsdämpfung, die der von Blei äquivalent ist, eine viermal größere Länge als mit Blei erforderlich wäre. Beispielsweise müßte in der Zone b Blei einer Dicke von 1,2 mm eingesetzt werden, um dieselbe Dämpfung zu erzielen, die mit dem thermoplastischen, mit Pulver vermischten Kunststoff bei einer Dicke E1, d.h. 5 mm, erreicht wird.
Die Umhüllung 20 enthält eine Schicht 24 aus einem Material mit großer magnetischer Permeabilität als Abschirmung 24 gegenüber äußeren Magnetfeldern. Diese Schicht umgibt zumindest teilweise das Gefäß 2 der Röhre. In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel liegt die Abschirmung 24 an der Wand 25 innerhalb der Umhüllung 20 an. Die Abschirmung 24 kann aus Blechen eines Materials großer magnetischer Permeabilität hergestellt werden, die beispielsweise mit der Wand 25 verklebt werden. Dies kann aber auch viel einfacher geschehen, indem diese Bleche in die Form eingelegt werden, um die Schicht 24 zu bilden, ehe das die Wand 25 bildende Material injiziert wird. Die Bleche können den Boden der Gießform vor dem Gießvorgang bedecken, und werden mit der Wand 25 durch Anhaften des Gießmaterials auf der die Abschirmung bildenden Schicht 24 beim Abkühlen des Gießmaterials befestigt. Es ist auch gemäß einer an sich bekannten Technik möglich, Verankerungselemente (nicht dargestellt) zur Verankerung in der Abschirmungsschicht 24 vorzusehen.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Umhüllung 20 kann die sogenannte Einsatztechnik verwenden. Diese Technik besteht darin, in die Form vor dem Einspritzen des Gießmaterials Gegenstände einzulegen, so daß diese Gegenstände zumindest teilweise in dieses Gießmaterial eintauchen und so mechanisch mit dem festgewordenen Gießmaterial verbunden werden. Man kann so auch beispielsweise Muttern 30, 31 als Einsätze, die in der Wand 25 eingebettet sind, und/oder nicht dargestellte Schraubbolzen bilden, um verschiedene Befestigungsarten zu realisieren.
In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel sind Muttern 30 als Einsätze in einem Vorderteil 27 der Umhüllung 20 (auf der Seite der Eingangsöffnung 21) angeordnet, um die Befestigung der Röhre 1 in der nicht dargestellten und ihr zugeordneten Anlage zu erlauben. Andererseits sind weitere Muttern 31 als Einsätze in einem Bereich des Bodens 28 angeordnet, in dem sich die Ausgangsöffnung 22 befindet, um die Befestigung von nicht dargestellten Zubehörteilen zu erlauben.
Es sei bemerkt, daß die Abschirmung 24 neben ihrer Abschirmfunktion auch eine Rolle bei der mechanischen Versteifung der Wand 25 spielt, und im Fall von sehr schweren zu befestigenden Lasten erübrigt es sich, die Wand 25 örtlich dicker zu machen, als zur Absorption der Röntgenstrahlung unbedingt erforderlich ist.
Die Wand 25 aus thermoplastischem Kunststoffmaterial bildet trotz der Pulverbeigabe einen elektrischen Isolator, der örtlich elektrische Ladungen akkumulieren kann, und dies umso mehr, als oft das Ausgangsfenster 4 der Röhre Metallteile enthält, die auf dem hohen Speisespannungspotential der Röhre liegen. Da die Abschirmung 24 eine elektrisch leitende Oberfläche besitzt, kann sie in diesem Fall auf einem Bezugspotential, zum Beispiel Masse, liegen, so daß sie eine elektrische Schirmwirkung zwischen dem Ausgangsfenster 4 und der Hülle 25 der Umhüllung 20 bildet.
Hierzu genügt es beispielsweise, einen nicht dargestellten, an die Abschirmung 24 angeschlossenen elektrisch leitenden Draht vorzusehen oder auch beispielsweise eine Mutter 31 als Einsatz zu verlängern, um sie mit der Abschirmung 24 in Kontakt zu bringen.
Die Veränderungen der Dicke E1, E2 der Wand 25 erfolgen ausgehend von der Abschirmung 24, die sich innerhalb der Umhüllung 20 in dem in Figur 2 gezeigten Beispiel befindet.
Die Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform, die sich von der in Figur 2 dadurch unterscheidet, daß die Abschirmung 24 mit der Wand 25 außerhalb der Umhüllung 20 fest verbunden ist, wobei die Veränderungen der Dicke E1 und E2 nach innerhalb der Umhüllung 20 erfolgen.
Einer der Vorzüge dieser Anordnung besteht darin, daß ein vollständiger Schutz des Personals und der Geräte gegenüber den elektrischen Spannungen und Strömen erreicht wird, wenn die Abschirmung auf das Bezugspotential wie z.B. Masse gelegt wird.
Die Abschirmung 24 kann aus demselben Material wie im Fall des Beispiels der Figur 2 bestehen, ausgehend von (nicht dargestellten) Blechen eines metallischen Materials großer magnetischer Permeabilität. Diese Bleche können in diesem Fall auch als Einsatz in die Gießform eingesetzt werden, so daß sie sich außerhalb der Wand 25 befinden, d.h. außerhalb der Umhüllung 20. Die Muttern 03 und 31 können als Einsätze wie im Beispiel der Figur 2 angeordnet werden, indem sie beispielsweise durch die Abschirmung 24 hindurch verlaufen.
Sowohl in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 als auch in dem der Figur 3 ist der vordere Teil 21 als an die Wand 25 angefügt dargestellt. Es ist nämlich notwendig, den einen Deckel bildenden vorderen Teil 21 vom Körper, d.h. dem Rest der Umhüllung 20 trennen zu können, um die Röntgenbild-Verstärkerröhre in die Umhüllung hineinzustecken.
Der Zusammenbau des vorderen Teils 21 mit dem Körper der Umhüllung erfolgt über eine Klebedichtung 35, aber natürlich können auch andere Mittel hierzu verwendet werden, wie z.B. Schrauben, Schnappverschlüsse usw.

Claims

1. Umhüllung einer Röntgenbild-Verstärkerröhre mit einer das mechanische Gerüst bildenden Hülle (25), einem die Röntgenstrahlen absorbierenden Schirm und einer Abschirmung (24) gegenüber äußeren Magnetfeldern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der mit einem Pulver eines die Röntgenstrahlung absorbierenden Materials vermischt ist, damit der die Röntgenstrahlung absorbierende Schirm zumindest teilweise von der Hülle (25) gebildet wird.

2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (24) sich innerhalb der Hülle (25) und in Kontakt mit dieser befindet.

3. Umhüllung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (25) variable Dicken (E1, E2) besitzt.

4. Umhüllung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (31) aufweist, um die Abschirmung (24) elektrisch mit der Außenseite der Hülle (25) zu verbinden.

5. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (24) außerhalb der Hülle (25) und in Kontakt mit dieser angeordnet ist.

6. Umhüllung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (25) variable Dicken (E1, E2) besitzt.

7. Umhüllung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Kunststoffmaterial in eine Spritzgußform injiziert werden kann.

8. Umhüllung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial mit Bleiglätte vermischt ist.

9. Umhüllung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (24) mit der Hülle (25) so fest verbunden ist, daß sie zur mechanischen Versteifung der Hülle beiträgt.