DE69205652T2 - Röntgendetektor und Untersuchungssystem. - Google Patents

Röntgendetektor und Untersuchungssystem.

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DE69205652T2
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rays
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlendetektor und ein Röntgen-Untersuchungssystem zur Überprüfung von Gepäck usw. unter Verwendung des Röntgenstrahlendetektors.
  • Im allgemeinen wird, bevor das Gepäck zu einem kommerziellen Flugzeug gebracht wird, das Gepäck einer Überprüfung unterzogen. um ein sicheres Betreiben von Flugzeugen zu gewährleisten. Ein Röntgen-Überprüfungssystem, bei welchem Röntgenstrahlen durch das Gepäck gestrahlt werden, ist für das Ausführen einer solchen Gepäcküberprüfung allgemein bekannt. Durch dieses Röntgen-Überprüfungssystem können metallische Produkte, wie beispielsweise metallische Waffen, scharfkantige Werkzeuge usw. verhältnismäßig leicht erkannt werden.
  • Jedoch werden solche Gegenstände, welche hauptsächlich aus Elementen mit niedriger Atomzahl bestehen, wie beispielsweise Plastik-Explosivstoffe, Drogen usw. durch das vorstehend beschriebene Röntgen-Überprüfungssystem nicht leicht festgestellt, weil Röntgenstrahlen durch solche Substanzen verhältnismäßig leicht hindurchgehen. Angesichts dieses Mangels des Röntgensystems wurde die Entwicklung eines Überprüfungssystems unter Verwendung der Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen unternommen. Wie in der Technik allgemein bekannt, werden Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen von Substanzen reflektiert, welche Elemente einschließen, die geringere Atomzahlen haben. Deshalb wird es, wenn Gepäck usw. unter Verwendung von Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen untersucht wird, möglich, Plastik-Explosivstoffe, Drogen usw. zu erkennen.
  • Im allgemeinen hat ein Röntgen-Untersuchungssystem, das abgestrahlte Röntgenstrahlen oder Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen wie vorstehend beschrieben verwendet, einen Aufbau, bei welchem abgestrahlte oder Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen zu einem Röntgenstrahlendetektor geleitet werden. Erfaßte Röntgenstrahlen werden unter Verwendung eines fluoreszenten Materials in sichtbare Strahlen umgewandelt, und die Intensität dieser sichtbaren Strahlen wird durch einen Fotoelektronenvervielfacher festgestellt. Dann wird ein Gepäckstück durch Abbildung entsprechend der Intensität untersucht.
  • Der vorstehend beschriebene Röntgenstrahlendetektor verwendet einen Vervielfacher, der einen Spitzenwert seiner spektralen Empfindlichkeits-Kennlinie bei ungefähr 400 nm hat. Deshalb wird ein solches fluoreszierendes Material wie LaOBr:Tb, LaOBr:Tm usw. verwendet, um Röntgenstrahlen in sichtbare Strahlen umzuwandeln, da ja solche Materialien einen Spitzenwert der Leucht- Wellenlänge bei etwa 400 nm haben. Die Kennlinie der Leucht- Wellenlänge von fluoreszierendem Material aus LaOBr:Tm wird in Fig. 1 gezeigt.
  • Der Röntgenstrahlendetektor, der ein fluoreszierendes Material, wie beispielsweise LaOBr:Tb, LaOBr:Tm usw. verwendet, hat insofern einen Nachteil, als die Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen nicht mit ausreichender Empfindlichkeit festgestellt werden können. Deshalb wird bei einem konventionellen Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen-Untersuchungssystem die Intensität der aufzubringenden Röntgenstrahlen auf einen Pegel erhöht, bei welchem man eine ausreichende Untersuchungsgenauigkeit erreichen kann und man ein deutlicheres Untersuchungsbild erhält. Jedoch führt bei einem Röntgenstrahlen-Untersuchungssystem, das an einem der Öffentlichkeit zugänglichen Ort installiert ist, wie beispielsweise bei einem Flughafen-Gepäck-Untersuchungssystem, die Erhöhung der Intensität der Röntgenstrahlen zu großen Abmessungen des Systems und zu einer erhöhten Gefahr, daß Menschen den Röntgenstrahlen ausgesetzt werden.
  • EP-A-0 299 409 offenbart Röntgen-Verstärkerschirme mit einem Träger und einer darauf gebildeten fluoreszenten Schicht, welche auf durch Terbium aktivierten Seltenerden-Oxysulfid-Phosporen basiert.
  • EP-A-0 029 963 offenbart Strahlungsbildspeicherplatten auf der Grundlage von Phosphoren eines Typs, welcher Seltenerden-elementenaktivierte komplexe Halide einschließt.
  • Die vorliegende Erfindung ist vorgenommen worden, um vorstehend beschriebene Probleme zu überwinden und hat als Aufgabe, für einen Röntgenstrahlendetektor zu sorgen, welcher für eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit bei Röntgenstrahlen mit verhältnismäßig geringer Intensität sorgt. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Röntgenuntersuchungssystem zu sorgen, welches eine geringe Größe hat, welches die Gefahr minimiert, daß Menschen Röntgenstrahlen ausgesetzt werden und welches ein deutliches Untersuchungsbild liefert.
  • Um die Aufgaben zu erreichen und in Übereinstimmung mit dem Zweck der Erfindung, wie sie hierin verkörpert und allgemein beschrieben wird, wird für einen Röntgenstrahlendetektor für das Feststellen von Röntgenstrahlen gesorgt. Der Detektor umfaßt ein Gehäuse, ein Fluoreszenz erzeugendes Mittel und ein fotoelektrisches Wandlermittel. Das Fluoreszenz erzeugende Mittel und das fotoelektrische Wandlermittel sind in dem Gehäuse montiert. Das fotoelektrische Wandlermittel mißt den Fluoreszenzausgang aus dem die Fluoreszenz erzeugenden Mittel, der als reaktion auf Röntgenstrahlen erzeugt wird. Das Fluoreszenz erzeugende Mittel besteht aus mindestens einem fluoreszenten Material, das durch folgende Formel (i) definiert wird
  • A&sub2;O&sub2;S:D (i)
  • wobei A mindestens ein Element ist, das aus Gd, La und Y gewählt wird,
  • D mindestens ein Element ist, das aus Tb und Pr gewählt wird oder
  • D mindestens ein Element ist, das aus Tb und Pr gewählt wird und mindestens ein Element ist, das aus Ce und Yb gewählt wird und/oder mindestens einem fluoreszierenden Material, das durch folgende Formel (ii) definiert wird
  • BaFX:E (ii)
  • wobei X mindestens ein Element ist, das aus Cl und Br gewählt wird,
  • E ein Element Eu ist
  • oder E ein Element Eu und mindestens ein Element ist, das aus Ce und Yb gewählt wird.
  • Desgleichen wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für ein Röntgenuntersuchungssystem gesorgt, welches den vorstehend beschriebenen Röntgenstrahlendetektor einschließt.
  • Damit die Erfindung veranschaulicht, leichter verstanden und leicht zur Ausführung gebracht werden kann, werden jetzt, lediglich in der Form nicht-einschränkender Beispiele Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
  • Fig. 1 eine Leuchtwellenlängen-Kennlinie eines konventionellen fluoreszenten Materials (LaOBr:Tm) darstellt;
  • Fig. 2 die Leuchtwellenlängen-Kennlinie von Gd&sub2;O&sub2;S:Tb und Gd&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce darstellt;
  • Fig. 3 die Leuchtwellenlängen-Kennlinie von Gd&sub2;O&sub2;S:Pr darstellt;
  • Fig. 4 die Leuchtwellenlängen-Kennlinie von BaFCl:Eu darstellt;
  • Fig. 5 die Leuchtwellenlängen-Kennlinie von BaFBr:Eu darstellt;
  • Fig. 6 schematisch den Aufbau eines Röntgenuntersuchungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • Fig. 7 ein Schnitt durch einen Verstärkungsschirm ist, der bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
  • Fig. 8 ein Schnitt durch einen Röntgenstrahlendetektor entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 9 eine Beziehung zwischen der Menge an fluoreszierendem Material, mit dem Verstärkungsschirme beschichtet sind und dem relativen Lichtausgang darstellt;
  • Fig. 10 eine Beziehung zwischen der Gesamtbeschichtungsmenge an fluoreszierenden Materialien auf der Einfallsseite des Verstärkungsschirms und der relektierenden Seite des Verstärkungsschirms bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • Fig. 11 den relativen optischen Ausgang bevorzugter fluoreszierender Materialien ist.
  • Das Fluoreszenz erzeugende Mittel des Röntgenstrahlendetektors und das Röntgenuntersuchungssystem der vorliegenden Erfindung verwenden mindestens eine Art an fluoreszierendem Material, das durch Formel (i) ausgedrückt wird:
  • A&sub2;O&sub2;S:D (i)
  • wobei A mindestens ein Element ist, das aus Gd, La, Y gewählt wird,
  • D mindestens ein Element ist, das aus Tb und Pr gewählt wird oder D mindestens ein Element ist, das aus Tb und Pr gewählt wird und mindestens ein Element ist, das aus Ce und Yb gewählt wird;
  • und/oder mindestens eine Art an fluoreszierendem Material, das durch Formel (ii) ausgedrückt wird:
  • BaFX:E (ii)
  • wobei X mindestens ein Element ist, das aus Cl und Br gewählt wird und E Eu oder Eu und mindestens ein Element aus Ce und Yb ist.
  • Spezieller gesagt, das fluoreszierende Material, das für eine Verwendung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird, besteht aus mindestens einem Material aus den folgenden: Gd&sub2;O&sub2;S:Tb; Gd&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce; Gd&sub2;O&sub2;S:Tb, Yb; Gd&sub2;O&sub2;S:Pr; BaFCl:Eu; BaFBr:Eu; La&sub2;O&sub2;S:Tb; La&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce; La&sub2;O&sub2;S:Tb, Yb; La&sub2;O&sub2;S:Pr; Y&sub2;O&sub2;S:Tb; Y&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce; Y&sub2;O&sub2;S:Tb, Yb und Y&sub2;O&sub2;S:Pr.
  • Die Elemente Ce und Yb können als Aktivator verwendet werden, welche die Wirkung der Verkürzung der Nachleuchtzeit haben. In der hierin verwendeten Form ist die Nachleuchtzeit die Zeit, welche erforderlich ist, damit die Intensität des leuchtenden Lichts auf 1/10 ihres Anfangswertes abnimmt. Durch Tb aktiviertes fluoreszentes Material hat eine längere Nachleuchtzeit, als durch Pr aktiviertes fluoreszentes Material. Deshalb sind die Aktivatoren Ce und Yb effektiver, als die durch Tb aktivierten fluoreszenten Materialien, um die Nachleuchtzeit zu verkürzen. Die Menge der Aktivatoren Ce und Yb liegt vorzugsweise innerhalb des Verhältnisses von 0,001 Gewichtsprozenten bis zu 10 Gewichtsprozenten für die Gesamtmenge an Aktivatoren.
  • Repräsentative Leuchtwellenlängen-Kennlinien für die fluoreszierenden Materialien Gd&sub2;O&sub2;S:Tb und Gd&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce werden in Fig. 2 gezeigt. Die Leuchtwellenlängen-Kennlinien von Gd&sub2;O&sub2;S:Pr, BaFCl:Eu und BaFBr:Eu werden in Fig. 3, 4 beziehungsweise 5 gezeigt. Die vorstehend beschriebenen fluoreszierenden Materialien haben eine sehr hohe Leuchteffektivität, obwohl der Spitzenwert der Leuchtwellenlänge von 400 nm entfernt liegt. Folglich kann, selbst dann, wenn ein Fotovervielfacher verwendet wird, der einen Empfindlichkeits-Spitzenwert von etwa 400 nm hat, die Feststell-Empfindlichkeit für Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen oder direkte Röntgenstrahlen wesentlich begünstigt werden kann. Weiterhin kann, wie in Fig. 2 bis 5 gezeigt, wenn das Nachleuchten der vorstehend beschriebenen fluoreszierenden Materialien auf einem so niedrigen Wert, wie weniger als 1,0 ms liegt, die Feststellgeschwindigkeit erhöht werden, wenn Röntgenstrahlen aufeinanderfolgend festgestellt werden.
  • Durch die Herstellung eines Röntgenuntersuchungssystems unter Verwendung eines solchen Röntgenstrahlendetektors kann die Qualität des Untersuchungsbildes wesentlich verbessert werden, kann die Untersuchungsgenauigkeit verbessert werden und kann die Verarbeitungskapazität ebenfalls verbessert werden.
    • Ausführungsform 1
  • Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Ausführungsform des Röntgenuntersuchungssystems der vorliegenden Erfindung, angewendet bei einem Flugplatz-Gepäckuntersuchungssystem, zeigt. Eine Röntgenstrahlröhre 1 wird als Röntgenstrahlen-Abstrahlungsmittel verwendet. Ein von der Röntgenstrahlröhre 1 abgestrahlter Röntgenstrahl A wird durch den linearen Kollimator 2 zu einer Schlitzform mit einer spezifizierten Breite kollimiert, um einen kollimierten Röntgenstrahl B zu bilden. Der kollimierte Röntgenstrahl B wird weiter in einen Bleistiftstrahl C, welcher wiederholt eine lineare Bewegung durchführt, durch einen Rotations-Kollimator 3 umgewandelt, welcher mehrere Schlitze hat, die in radialen Richtungen vorgesehen sind. Der Bleistiftstrahl C wird emittiert, um einen zu untersuchenden Gegenstand, z.B. ein Gepäckstück 5, abzutasten, welches sich auf einem Förderband 4 bewegt. Weiterhin wird das Gepäckstück 5 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die der Feststellempfindlichkeit des Röntgenstrahls entspricht.
  • Der durch das Gepäckstück 5 reflektierte Röntgenstrahl, das heißt, der Compton-Streuungs-Röntgenstrahl D wird durch einen Streuungs-Röntgenstrahldetektor 6 erfaßt, welcher aus den Detektoren 6-1 und 6-2 besteht. Ein übertragener Röntgenstrahl E wird durch einen Detektor für direkt übertragene Röntgenstrahlen 7 erfaßt. Die Intensitätswerte des Compton-Streuungs-Röntgenstrahls D und des direkt übertragenen Röntgenstrahls E werden gemessen, und je nach der Intensität dieser Röntgenstrahlen wird der Innenzustand des Gepäckstücks 5 als Bild auf einer Anzeigeeinheit, wie beispielsweise einer Katodenstrahlröhre (nicht gezeigt) abgebildet. Folglich wird die Innenseite des Gepäckstücks 5 dem Bild entsprechend untersucht.
  • Die Substanzen, welche hauptsächlich aus Elementen mit niedrigen Atomzahlen bestehen, wie beispielsweise Kunststoffe, werden durch den Compton-Streuungs-Röntgenstrahl D erfaßt, und die metallischen Produkte usw. werden durch den direkt übertragenen Röntgenstrahl E erfaßt.
  • Weitere Detektoren zur Erfassung des Streuungs-Röntgenstrahls D können in der Stellung über dem Gepäckstück oder um das Gepäckstück herum (nicht gezeigt) angeordnet werden. Diese Strukturen sind nützlich, um das Gepäckstück detailliert zu untersuchen.
  • Der Streuungs-Röntgenstrahldetektor 6 hat einen Aufbau, wie er in Fig. 7 veranschaulicht und nachstehend vollständiger beschrieben wird. Der Detektor für direkt übertragene Röntgenstrahlen 7 hat einen Aufbau ähnlich dem des Streuungs-Röntgenstrahldetektors 6. Jedoch ist eine gesonderte Veranschaulichung des Detektors für direkt übertragene Röntgenstrahlen 7 nicht vorgesehen.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 7 sind zwei Streuungs-Röntgenstrahlendetektoren 6-1 und 6-2 so angeordnet, daß ein Zwischenraum für das Hindurchlassen des Bleistiftform-Röntgenstrahls C gebildet wird. Jeder der Streuungs-Röntgenstrahldetektoren 6-1 und 6-2 hat einen gehäuseförmigen Detektorkörper 8, von welchem eine Seite mit einer Teilung versehen ist. Eine Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a des Detektorkörpers 8 liegt dem Gepäckstück 5 gegenüber, welches der zu untersuchende Gegenstand ist. Die Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a ist unter Verwendung eines Materials gebildet, welches Röntgenstrahlen durchläßt, wie beispielsweise Harz usw.
  • Andere Teile des Detektorkörpers 8, die Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a ausgenommen, bestehen aus Aluminium usw., um die Festigkeit des Detektorkörpers 8 aufrechtzuerhalten. Weiterhin ist die Außenseite des Detektorkörpers 8, die Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a ausgenommen, mit einem Röntgenstrahlen abschirmenden Material 9, wie beispielsweise Blei usw. abgedeckt. Material 9 ist vorgesehen, um den Effekt zu beseitigen, daß Röntgenstrahlen aus dem Detektor herauskommen.
  • Auf der Innenwandseite der Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a ist ein Direktübertragungs-Verstärkungsschirm 10 so, daß seine Leuchtfläche zur Innenseite des Detektorkörpers 8 hin gerichtet ist, als Direktübertragungs-Fluoreszenzerzeugungsmittel montiert. Ein Reflexions-Verstärkungsschirm 11 ist an der restlichen Innenwandfläche des Detektorkörpers 8, d.h. die Innenwandfläche der Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a ausgenommen, als Reflexions-Fluoreszenzerzeungsmittel montiert. Ein Fotovervielfacher 12 ist als fotoelektrisches Wandlermittel auf Seite 8b des Detektorkörpers 8 vorgesehen, welche senkrecht zu der Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a liegt. Ein Fotovervielfacher, welcher einen Spitzenwert der Lichtempfangsempfindlichkeit bei ungefähr 400 nm hat, beispielsweise ein von Hamamatsu Photonix Co. hergestellter Fotovervielfacher Modell Nr. R-1037, wird als Fotovervielfacher 12 verwendet.
  • Die Funktionsweise des Streuungs-Röntgenstrahldetektors (6-1, 6-2) wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Ein Compton-Streuungs-Röntgenstrahl D&sub1; trifft auf den Direktübertragungs- Verstärkungsschirm 10 auf, der an der Innenwandseite der Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a vorgesehen ist, und ein entsprechender sichtbarer Strahl "a", der von dem Fluoreszenzmaterial von Schirm 10 erzeugt wird, wird zur Innenseite des Detektorkörpers 8 hin von dem Direktübertragungs-Verstärkungsschirm 10 emittiert. In ähnlicher Weise wird ein Compton-Streuungs-Röntgenstrahl D&sub2;, der durch die Röntgenstrahl-Eintrittsfläche 8a übertragen wird, an den Reflex-Verstärkungsschirm 11 angelegt, und der sichtbare Strahl "b" wird zur Innenseite des Detektorkörpers 8 hin emittiert. Diese sichtbaren Strahlen "a" und "b" werden durch den Fotovervielfacher 12 erfaßt, und die Intensität des einfallenden Compton-Streuungs-Röntgenstrahls erhält man durch Messen der Gesamtintensität der sichtbaren Strahlen "a" und "b".
  • Das Prinzip des Erfassens durch den Compton-Streuungs-Röntgenstrahl soll nun beschrieben werden.
  • Röntgenstrahlen, die eine Energie E&sub0; und eine Intensität I&sub0; haben, werden beim Durchgang durch einen Absorber, wie beispielsweise durch ein Gepäckstück, das eine Dicke t hat, gedämpft. Die Intensität I der Röntgenstrahlen nach der Dämpfung durch den Absorber ist durch die folgende Gleichung (1) gegeben:
  • I = I&sub0; e-ut .... (1)
  • Bei Gleichung (1) ist u ein Koeffizient (Einheit: cm&supmin;¹), der für eine Substanz spezifisch ist und als linearer Absorptionskoeffizient bezeichnet wird. Der Koeffizient u repräsentiert ein Dämpfungsverhältnis, während Röntgenstrahlen der Energie E&sub0; um 1 cm vorrücken. Der Koeffizient u ist größer für Substanzen, welche hohe Atomzahlen haben und kann wie nachstehend gezeigt zerlegt werden.
  • u = τ+ T + C + k .... (2)
  • Bei Gleichung (2) ist τ ein Absorptionskoeffizient durch den fotoelektrischen Effekt, ist T ein Streuungskoeffizient durch Thompson-Streuung, ist C der Streuungskoeffizient durch Compton-Streuung und ist k ein Absorptionskoeffizient durch Elektronenpaarschaffung.
  • Weiterhin erhält man, wenn ein Röntgenstrahl von der Intensität I&sub0;und der Energie E&sub1;von der Oberfläche eines Absorbers in eine Stelle an der Tiefe x penetriert wird, eine Intensität I&sub1; des Röntgenstrahls an der Stelle x aus der folgenden Gleichung (3):
  • I&sub1; = I&sub0; e-ux .... (3)
  • Bei Gleichung (3) ist u der vorstehend beschriebene lineare Absorptionskoeffizient des Röntgenstrahls von der Energie E&sub1;.
  • Eine Intensität I&sub2;des Compton-Streuungs-Röntgenstrahls, der an der Stelle x erzeugt wird, und welcher in einer winkligen Richtung gegen die Einfallsrichtung des Röntgenstrahls streut, erhält man aus der folgenden Gleichung (4):
  • I&sub2; = a C I&sub1; .... (4)
  • Bei Gleichung (4) ist a eine proportionale Konstante. Die Intensität I&sub3; des erzeugten Compton-Streuungs-Röntgenstrahls, der von der Oberfläche des Absorbers kommt, wird durch die folgende Gleichung (5) als Funktion des Abstandes bx von seinem Erzeugungspunkt innerhalb des Absorbers bis zur Oberfläche des Absorbers ausgedrückt, wobei b = 1/cos θ ist und wobei θ ein Winkel zwischen dem Compton-Streuungs-Röntgenstrahl und einer Normalen zur Oberfläche des Absorbers ist.
  • I&sub3; = I&sub2; e-u'bx .... (5)
  • Bei Gleichung (5) ist u' der lineare Absorptionskoeffizient des Streuungs-Röntgenstrahls.
  • Dementsprechend wird die Intensität I&sub3; des Compton-Streuungs- Röntgenstrahls durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt, die aus den Gleichungen (3), (4) und (5) abgeleitet wird:
  • I&sub3; = a C I&sub0; e-(u + bu')x .... (6)
  • Deshalb wird die Gesamtmenge der Compton-Streunngs-Röntgenstrahlung nach dem Durchgang durch einen Absorber, der eine Dicke t hat, durch die folgenden Gleichungen (7) und (8) geliefert:
  • im Fall von e-(u + bu')t « 1
  • C=a CI&sub0;/u+bu'.... (8)
  • Da nun aI&sub0; ein konstanter Wert ist, welcher unabhängig von der Atomzahl ist, ändert sich die Intensität des Compton-Streuungs- Röntgenstrahls in Abhängigkeit von einem Wert von C/(u + bu'), welcher sich entsprechend der Substanz ändert. Der Wert von C/ (u + bu') wird größer für Substanzen, welche niedrige Atomzahlen haben. Deshalb ist es möglich, eine Substanz zu identifizieren, die hauptsächlich aus einem Element besteht, welches eine niedrige Atomzahl hat, wie beispielsweise Kunststofferzeugnisse, indem die Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen erfaßt werden.
  • Wie in Fig. 8 gezeigt, umfassen die Verstärkungsschirme 10 und 11 eine Schicht aus fluoreszierendem Material 14, die durch Auftragen einer Schlämpe aus gewähltem(n) Material(ien), gemischt mit einem Bindemittel und einem organischen Lösungsmittel, auf ein Tragmaterial 13, wie beispielsweise einen Kunststoff-Film oder ein Vlies gebildet wird.
  • Die Menge an fluoreszierendem Material, die auf dem Direktübertragungs-Verstärkungsschirm 10 und dem Reflexions-Verstärkungsschirm 11 aufzutragen ist, wird für jeden Verstärkungsschirmtyp vorab gewählt. Wenn eine übermäßige Menge an fluoreszierendem Material für die Einfallsseite des Direktübertragungs-Verstärkungsschirms 10 gewählt wird, dann findet eine Lichtabsorption in der fluoreszierenden Materialschicht 14 statt, wodurch der Fluoreszenzlichtausgang herabgesetzt wird. Weiterhin wird, wenn eine überschüssige Menge an fluoreszierendem Material verwendet wird, der Compton-Streuungs-Röntgenstrahl ebenfalls absorbiert, was die einfallende Menge für den Reflexions-Verstärkungsschirm 11 reduziert, so daß die Gesamtmenge des sichtbaren Lichts herabgesetzt wird. Bei dem Reflexions-Verstärkungsschirm 11 steigt der Lichtausgang mit einem Ansteigen bei der Menge der Beschichtung mit fluoreszierendem Material an, aber man kann keinen zusätzlichen Effekt erhalten, selbst dann nicht, wenn zuviel fluoreszierendes Material aufgetragen wird. Der Lichtausgang aus dem Direktübertragungs-Verstärkungsschirm 10 und dem Reflexions- Verstärkungsschirm 11, wenn BaFCl:Eu als fluoreszierendes Material verwendet wurde, wird in Fig. 9 gezeigt. Weiterhin werden die Lichtausgänge als relative Lichtausgänge zu einem Lichtausgang eines konventionellen fluoreszierenden Materials (LaOBr:Tm), der zu 100 angenommen wurde, gemessen mit einer Röntgenröhrenspannung von 120 kVP unter Verwendung eines von Hamamatsu Photonix Co. hergestellten Fotovervielfachers Modell Nr. R-980., das eine bialkalische fotoelektrische Oberfläche hat.
  • Weiterhin ist es, weil sich die Gesamtmenge an sichtbarem Licht in Abhängigkeit von dem Gleichgewicht mit der Beschichtungsmenge des Direktübertragungs-Verstärkungsschirms 10 und des dem Reflexions-Verstärkungsschirm 11 ändert, wie vorstehend beschrieben, wünschenswert, die Gesamt-Beschichtungsmenge an fluoreszierendem Material unter Berücksichtigung der entsprechenden Beschichtungsmengen des Direktübertragungs-Verstärkungsschirms 10 und des Reflexions-Verstärkungsschirms 11 festzulegen. Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Gesamt-Beschichtungsmenge von kombiniertem repräsentativem fluoreszierendem Material des Direktübertragungs-Verstärkungsschirms 10 und des Reflexions-Verstärkungsschirms 11 und dem relativen Lichtausgang. Bei Fig. 10 stellt I die Einfallsseite und stellt R die Reflexionsseite dar. Man kann sehen, daß man einen zufriedenstellenden Lichtausgang dann erhält, wenn man die Gesamt-Beschichtungsmenge im Bereich von 80 bis 300 mg/cm² festlegt, obwohl sie in Abhängigkeit von der Kombination fluoreszierender Materialien variiert.
  • Die relativen optischen Ausgänge des Direktübertragungs-Verstärkungsschirms 10 und des Reflexions-Verstärkungsschirms 11, hergestellt durch Kombinieren verschiedener fluoreszierender Materialien in unterschiedlichen Formen bei der vorliegenden Erfindung werden in Tabelle 1 bis 5 und in Fig. 11 gezeigt. Tabelle 1 RELATIVER LICHTAUSGANG VERSTÄRKUNGSSCHIRM EINFALLSEITE VERSTÄRKUNGSSCHIRM REFLEXIONSSEITE SPANNUNG DER KATODEN-STRAHLRÖHRE (kVP) FLUORESZENZMITTEL BESCHICHTUNGSMENGE(mg/cm²) Tabelle 2 RELATIVER LICHTAUSGANG VERSTÄRKUNGSSCHIRM EINFALLSEITE VERSTÄRKUNGSSCHIRM REFLEXIONSSEITE SPANNUNG DER KATODEN-STRAHLRÖHRE (kVP) FLUORESZENZMITTEL BESCHICHTUNGSMENGE(mg/cm²) Tabelle 3 RELATIVER LICHTAUSGANG VERSTÄRKUNGSSCHIRM EINFALLSEITE VERSTÄRKUNGSSCHIRM REFLEXIONSSEITE SPANNUNG DER KATODEN-STRAHLRÖHRE (kVP) FLUORESZENZMITTEL BESCHICHTUNGSMENGE(mg/cm²) Tabelle 4 RELATIVER LICHTAUSGANG VERSTÄRKUNGSSCHIRM EINFALLSEITE VERSTÄRKUNGSSCHIRM REFLEXIONSSEITE SPANNUNG DER KATODEN-STRAHLRÖHRE (kVP) FLUORESZENZMITTEL BESCHICHTUNGSMENGE(mg/cm²) Tabelle 5 VERSTÄRKUNGSSCHIRM EINFALLSEITE VERSTÄRKUNGSSCHIRM REFLEXIONSSEITE RELATIVER LICHTAUSGANG (SPANNUNG DER KATODEN-STRAHLRÖHRE 120 kVP) BESCHICHTUNGSMENGE(mg/cm²)
  • Wie aus den Tabellen 1 bis 5 und Fig. 11 deutlich wird, kann der relative Lichtausgang um wesentlich mehr verbessert werden, als bei konventionellen fluoreszierenden Materialien, wenn die Fluoreszenzmaterialien der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die wesentliche Verbesserung des Lichtausgangs fördert die Erkennungsempfindlichkeit für die Compton-Streuungs-Röntgenstrahlen und macht es möglich, die Innenseite eines Gegenstandes wie beispielsweise eines Gepäckstücks deutlich zu untersuchen. Dies findet auch Anwendung auf die Erkennungsempfindlichkeit für direkt übertragene Röntgenstrahlen. Es wird deshalb möglich, genauere Untersuchungen durchzuführen. Weiterhin macht die Verbesserung des Lichtausgangs es möglich, die Kapazität der Röntgenstrahlröhren herabzusetzen, und ein Röntgenuntersuchungssystem kann kleiner dimensioniert werden. Zusätzlich kann, weil, wie in Fig. 2 bis 5 gezeigt, das Nachleuchten der fluoreszenten Materialien, die entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden, so klein sein kann, daß es unter 1,0 ms liegt, die Bewegungsgeschwindigkeit des Gepäcks beschleunigt und dadurch die Verarbeitungskapazität eines Röntgenuntersuchungssystems wesentlich verbessert werden.
  • Weiterhin ist bei der vorstehenden Ausführungsform ein Beispiel erklärt worden, bei welchem der Röntgenstrahlendetektor der vorliegenden Erfindung auf einen streuenden Röntgenstrahlendetektor Anwendung findet. Wenn der Röntgenstrahlendetektor als Detektor für direkt übertragene Röntgenstrahlen verwendet wird, dann kann man denselben Effekt dadurch erhalten, daß man das System in Übereinstimmung mit dem vorstehend offenbarten Aufbau herstellt. Weiterhin ist das Röntgenuntersuchungssystem der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Flughafen-Gepäckuntersuchungssystem beschränkt, sondern ist auch für andere Typen von Untersuchungssystemen nützlich.
  • Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch sollten jenen, die die gewöhnliche Vertrautheit mit der Technik haben, auch andere Ausführungsformen auf der Basis der vorliegenden Erfindung offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, daß solche Ausführungsformen durch die Ansprüche abgedeckt werden.

Claims (11)

1. Röntgenstrahlendetektor zum Erkennen von Röntgenstrahlen, mit:
- einem Detektorhäuse (8);
- Fluoreszenz-Erzeugungsmitteln (10, 11), die in dem Gehäuse (8) angeordnet sind, um eine Fluoreszenzausgabe in Abhängigkeit von Röntgenstrahlen zu erzeugen;
- photoelektrischen Wandlermitteln (12), die in dem Gehäuse angeordnet sind, um die Fluoreszenzausgabe der Fluoreszenz-Erzeugungsmittel zu messen;
- wobei der Detektor Comptonstrahlungs-Röntgenstrahlen (D1, D2) erkennen kann und die Fluoreszenz-Erzeugungsmittel mindestens ein fluoreszierendes Material umfassen, das durch die Formel (i) definiert ist:
A&sub2;O&sub2;S:D (i)
worin A mindestens eines der folgenden Elemente ist: Gd, La und Y,
D mindestens eines der folgenden Elemente ist: Tb und Pr, oder
D mindestens Tb oder Pr und mindestens Ce und Yb ist, und/oder wobei mindestens ein fluoreszierendes Material durch die Formel (ii) bestimmt ist:
BaFX:E (ii),
worin X mindestens Cl oder Br ist,
E ist Eu, oder wobei E ist Eu und mindestens Ce oder Yb.
2. Röntgenstrahlendetektor nach Anspruch 1, wobei das fluoreszierende Material einen oder mehrere der folgenden Stoffe umfaßt:
Gd&sub2;O&sub2;S:Tb; Gd&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce; Gd&sub2;O&sub2;S:Pr; BaFCl:Eu; BaFBR:Eu; La&sub2;O&sub2;S:Tb; La&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce; La&sub2;O&sub2;S:Pr; Y&sub2;O&sub2;S:Tb; Y&sub2;O&sub2;STb, Yb; Y&sub2;O&sub2;S:Tb, Ce; und Y&sub2;O&sub2;S:Pr.
3. Röntgenstrahlendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluoreszenzerzeugungsmittel mindest ein Fluoreszenzerzeugungsmittel des Übergangstyps (10) und ein Fluoreszenzerzeugungsmittel (11) des Reflexionstyps ist.
4. Röntgenstrahlendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übergangstyp-Mittel (10) und das Reflexionstyp-Mittel (11) jeweils mit verschiedenen fluoreszierenden Stoffen und wahlweise in verschiedenen Mengen gebildet ist.
5. Röntgenstrahlendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluoreszenzerzeugungsmittel (10) einen Verstärkungsschirm umfaßt, der fluoreszierendes Material enthält.
6. Röntgenstrahlendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Menge des oder jedes fluoreszierenden Materials 80 mg/cm² bis 300 mg/cm² ist.
7. Röntgenstrahlendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nachleuchtzeit des oder jedes fluoreszierenden Materials 1,0 msec oder weniger ist.
8. Röntgenuntersuchungssystem zum Untersuchen eines Objekts, mit:
- Röntgenstrahlungsmitteln (1) zum Bestrahlen des zu untersuchenden Objekts (5) mit Röntgenstrahlen (A, B);
- Röntgenstrahlen-Erkennungsmitteln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das photoelektrische Umwandlungsmittel (12) nicht nur die Fluoreszenzausgabe mißt, sondern auch Bildsignale basierend auf der gemessenen Ausgabe liefert, wobei das Erkennungsmittel (6-1, 6-2) so gestaltet ist, daß es Comptonstrahlungs-Röntgenstrahlen von dem Objekt (5) erkennt, und mit
- Anzeigemitteln zum Anzeigen eines Bildes von dem Inneren des Objekts gemäß den Signalen, die durch die Röntgenstrahlungserkennungsmittel erzeugt sind.
9. Röntgenstrahlen-Untersuchungssystem nach Anspruch 8, in Form eines Flughafen-Gepäckuntersuchungssystems und wobei das Objekt ein Gepäckstück (5) ist.
10. Röntgenstrahlen-Untersuchungssystem nach Anspruch 8 oder 9, ferner mit einem Detektor (7) für übertragene Röntgenstrahlen.
11. Röntgenstrahlen-Untersuchungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Detektor (6-1, 6-2) für Comptonstrahlungs-Röntgenstrahlen ein zweiteiliger, getrennter Detektor ist, bei dem eine Röntgenstrahlenquelle (1) so angeordnet ist, daß sie in unterbrochener Weise Röntgenstrahlen (A, B) durch den Raum (6) zwischen den zwei Teilen (6-1, 6-2) des Comptonstrahlungs-Röntgenstrahlendetektors sendet.
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