DE69522675T2

DE69522675T2 - Röntgenstrahlenfenster mit polyethylennaphthalat

Info

Publication number: DE69522675T2
Application number: DE69522675T
Authority: DE
Inventors: Johannes Van Der Borst
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Malvern Panalytical BV
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2015-11-10
Also published as: WO1996019738A1; EP0748456A1; EP0748456B1; DE69522675D1; JPH09509502A; US5585644A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenkomponente, wie z. B. ein Röntgendetektor, mit einem Röntgenstrahlen durchlassenden Fenster aus einem Kunststoff. Die Erfindung betrifft auch ein Röntgenfenster zur Verwendung in einer solchen Röntgenkomponente.
Eine Röntgenkomponente dieser Art in Form eines Röntgendetektors ist aus dem US-Patent Nr. 5.345.083 (PHN 13.991) bekannt.
Der darin beschriebene Röntgendetektor ist ein lonisationsdetektor, der mit einem Detektorgas gefüllt ist. Dieser Detektortyp wird in Röntgenanalyseänlagen verwendet, in denen eine Probe von Röntgenstrahlen aus einer Röntgenröhre bestrahlt wird, und die Röntgenstrahlen, die aus der Probe austreten, werden in dem Detektor detektiert. In einer solchen Anlage ist es häufig wünschenswert, die Proben verhältnismäßig langwelligen Röntgenstrahlen auszusetzen. Weil die Absorption solcher Strahlung in Luft oder anderen Gasen verhältnismäßig hoch ist, wird der gesamte Probenraum dieser Analyseanlage, einschließlich der Röntgenröhre und des Röntgendetektors, im Betrieb evakuiert. Das Röntgenfenster in dem Detektor dient dann unter anderem dazu, den das Detektorgas enthaltenden Raum von dem Vakuumraum zu trennen. Daher muss das Röntgenfenster imstande sein, Drücke dieser Größenordnung des Atmosphärendrucks auszuhalten. Außerdem muss das Fenster sehr viele (mehrere tausend) Druckänderungen zwischen null und Atmosphärendruck aushalten können, ohne dass sich seine Gasdichte und Stärke signifikant verschlechtern.
Außer mechanischer Qualität des Fensters in Bezug auf Druckänderungen ist Röntgenabsorption auch ein wichtiger Qualitätsaspekt eines Röntgenfensters: Ziel ist es, die Röntgenabsorption des Fensters zu minimieren, um eine möglichst große Menge von Röntgenstrahlen aus der Probe für die Detektion übrig zu behalten. Hierzu ist das Ziel eine Minimierung der Dicke des Röntgenfensters.
Das genannte US-Patent beschreibt ein Röntgenfenster aus Polypropylen oder aus Polyethylenterephtalat (PET), das auch als "Mylar" bekannt ist. Diese Materialien sind Kunststoffe, die nahezu ausschließlich Elemente mit niedriger Ordnungszahl enthalten (Kohlenstoff und Wasserstoff), sodass die Absorption langwelliger Röntgenstrahlen durch das Material dieser Fenster verhältnismäßig gering ist.
Wegen der Forderung nach einer niedrigen Absorption strebt man die Herstellung von Röntgenfenstern mit einer Dicke von weniger als beispielsweise 1 um an. Das genannte Polypropylen ist jedoch im Handel nicht als Folie mit dieser Dicke erhältlich, sodass es vor der Herstellung behandelt werden müsste, um eine solche geringe Dicke zu erhalten. Die geringe Dicke könnte durch Dehnen der Folie erreicht werden, aber es hat sich gezeigt, dass dieser Prozess zu einer starken Streuung (bis zu 50%) bezüglich der endgültigen Dicke der Folie führt, was eine unzulässige Streuung des Verhaltens der Detektoren bewirkt, in denen diese Fenster verwendet werden.
Das genannte PET kann in der gewünschten Dicke erhalten werden, aber es hat eine Anzahl unerwünschter mechanischer Eigenschaften, wie zum Beispiel einen niedrigen Elastizitätsmodul, geringen Leckwiderstand bei häufigen Temperaturschwankungen und eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Strahlung.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Röntgenfenster zu verschaffen, dessen Material in der gewünschten Dicke zur Verfügung steht, mit geringer Streuung hinsichtlich der Dicke, und das dennoch geeignete mechanische Eigenschaften aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Röntgenkomponente dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster eine Schicht aus Polyethylennaphtalat (PEN) umfasst.
Weil PEN in der gewünschten Dicke im Handel erhältlich ist und offenbar die geeigneten mechanischen Eigenschaften ausweist, selbst nach einer großen Anzahl von Druckänderungen, Temperaturschwankungen und Bestrahlung durch Röntgenstrahlen, hat sich ergeben, dass Röntgenfenster aus PEN den Anforderungen besser genügen als Fenster aus Materialien, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fenster so ausgeführt, dass es einen Befestigungsrahmen umfasst, der auf die PEN-Schicht geklebt ist. Das Fenster kann somit leicht gelöst und einfach hantiert werden und es kann auch noch in einfacher Weise hergestellt werden.
Die erfindungsgemäß hergestellte Röntgenkomponente kann in einem Röntgenanalysegerät verwendet werden, wie z. B. einem Gerät zur Röntgenfluoreszenz und/oder Röntgenbeugung. In vielen Fällen ist dann ein Kollimator in dem Strahlengang zwischen der Probe und der Röntgenkomponente angeordnet. Solche Kollimatoren bestehen häufig aus einem Stapel von Röntgenstrahlen absorbierenden Platten, zwischen denen die Röntgenstrahlen hindurchtreten. Eine Ausführungsform eines Röntgenanalysegerätes gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche des Kollimators das Röntgenfenster berührt. Infolge dieser integrierten Ausführung kann ein gesondertes Trägergitter für die sehr dünne PEN-Folie entfallen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines gasgefüllten Röntgendetektors mit einem PEN-Fenster gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen wesentlichen Teil eines Analysegerätes mit einem Röntgendetektor mit einem PEN-Fenster gemäß der Erfindung;
Fig. 3a eine Schnittansicht eines Werkzeuges zur Herstellung eines Röntgenfensters aus einer sehr dünnen Folie;
Fig. 3b eine Schnittansicht eines flexiblen Ringes zur Verwendung in dem Werkzeug von Fig. 3a.
Fig. 1 zeigt einen Röntgendetektor, in dem das erfindungsgemäße Röntgenfenster verwendet werden kann. Der Detektor ist so ausgeführt, dass er ein Gehäuse 4 mit einem Eintrittsfenster 2 aufweist. Dieses Gehäuse umschließt einen Raum 6, der ein Detektorgas enthält und auch weitere Detektorkomponenten aufnimmt, wie zum Beispiel einen Anodendraht 8, der durch Isolatoren 10 von dem Metallgehäuse 4 isoliert ist. Einfallende Röntgenstrahlen 12 bewirken Ionisation des Detektorgases 6, sodass ein Ladungsimpuls von dem Anodendraht 8 aufgefangen wird; dieser Impuls wird durch Verarbeitungsapparatur (nicht abgebildet), die mit dem Ausgang 14 verbunden ist, weiter verarbeitet. Das Eingangsfenster 2 sollte möglichst dünn sein, um die Röntgenabsorption zu minimieren; es sollte jedoch dick genug sein, um unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel schwankende Temperaturen und Drücke, für ein geeignetes gasdichtes Verschließen zu sorgen. Dies stellt strenge Anforderungen an das Fenstermaterial.
Fig. 2 zeigt einen wesentlichen Teil eines erfindungsgemäßen Analysegerätes. Eine Röntgenquelle 40 emittiert ein Röntgenstrahlenbündel 12, das auf die zu analysierende Probe 42 trifft. Röntgenfluoreszenz in der Probe regt Röntgenstrahlen an, die über einen ersten Strahlenbegrenzer 16 und einen ersten Kollimator 18 auf einen Analysekristall 20 treffen. In dem Kristall erfolgt Wellenlängenselektion der angeregten Röntgenstrahlen. Die Röntgenstrahlen der selektierten Wellenlänge werden schließlich von dem Röntgendetektor 4 detektiert. Bevor die Röntgenstrahlen über das Fenster 2 in den Detektor 4 eintreten, durchlaufen sie einen zweiten Strahlenbegrenzer 22 und einen zweiten Kollimator 24, der gegen das Röntgenfenster 2 anliegend angeordnet ist. Dieser Kollimator ist vom Soller- Typ, d. h. er besteht aus einem Stapel zueinander paralleler Platten aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material (wie in der Figur schematisch gezeigt) mit gegebenen Zwischenabständen zum Führen der Röntgenstrahlen, die auf diese Weise parallelisiert werden. Die Ränder der Platten, die dem Röntgenfenster zugewandt sind, bilden zusammen eine gitterartige Endfläche, die als Trägergitter für die Folie des Röntgenfensters dienen kann. Infolge dieser Anordnung kann ein gesondertes Trägergitter für das Röntgenfenster entfallen.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Werkzeuges zur Herstellung eines Röntgenfensters aus einer sehr dünnen Folie. Die PEN-Folie 32 ist auf einem ersten Ring 26 angeordnet, der eine konische Außenfläche 38 hat. Auf der konischen Außenfläche 38 kann ein zweiter Ring 28 angeordnet sein, in dem ein Ring 30 aus einem flexiblen Material (beispielsweise Gummi) eingebracht ist. Beide Ringe haben eine gemeinsame Mittellinie 36. Wenngleich der Querschnitt des flexiblen Ringes 30 in Fig. 3a als kreisförmig gezeigt wird, ist ein Querschnitt, um mehr Griff auf die Folie zu erhalten, so, wie in Fig. 3b gezeigt. Nachdem die Folie 32 auf dem ersten Ring 26 angeordnet worden ist, wird der zweite Ring 28 darauf gelegt und nach unten gedrückt. Dadurch wird die Folie 32 gedehnt und es können die notwendigen Handlungen darauf ausgeführt werden, beispielsweise Festkleben eines Befestigungsrahmens an der Folie, um zu ermöglichen, dass das Fenster in der Röntgenanlage befestigt wird; mit diesem Befestigungsrahmen ist das Fenster als loses Fenster leicht lösbar, sodass es einfach hantiert werden kann. Weiterhin kann die Folie im gedehnten Zustand mit einer Metallschicht (beispielsweise Gold oder Aluminium) zur Ladungsabfuhr versehen werden, wenn das Fenster in einem Gasentladungsdetektor verwendet werden soll.

Claims

1. Röntgenkomponente, wie z. B. ein Röntgendetektor, mit einem Röntgenstrahlen durchlassenden Fenster aus einem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster eine Schicht aus Polyethylennaphtalat umfasst.

2. Röntgenkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht aus Polyethylennaphtalat zwischen 0,4 um und 5 um liegt.

3. Röntgenkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schicht aus Polyethylennaphtalat ein Befestigungsrahmen geklebt ist.

4. Röntgenanalysegerät mit einer Röntgenkomponente nach Anspruch 1 und einem Kollimator mit einer dem Fenster zugewandten Endfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche des Kollimators das Röntgenfenster berührt.

5. Zur Verwendung in einer Röntgenkomponente nach Anspruch 1 geeignetes Röntgenfenster, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schicht aus Polyethylennaphtalat ein Befestigungsrahmen geklebt ist, um das Fenster an der Röntgenkomponente zu befestigen.