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Die Erfindung betrifft die Röntgenbild-Verstärkerröhren (RBV-Röhren), die
eine Vakuumelektronenröhre
und einen Lumineszenzbeobachtungsschirm verwenden.
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Der Lumineszenzbeobachtungsschirm
der RBV-Röhre
dient dazu, ein sichtbares Leuchtbild zu erzeugen, wenn der Schirm
von einem Elektronenstrahlbündel
angeregt wird, das auf seine photolumineszente Oberfläche auftrifft.
Die Erfindung betrifft insbesondere den Lumineszenzbeobachtungsschirm,
der Mittel umfaßt,
um den Kontrast des Bildes zu verbessern.
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Die Bildverstärkerröhren sind Vakuumröhren, die
einen Eingangsleuchtschirm, der sich im vorderen Teil der Röhre befindet,
ein elektronenoptisches System und einen Bildbeobachtungsschirm, der
sich im hinteren Teil der Röhre
auf seiten eines Ausgangsfensters dieser letzteren befindet, umfassen.
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In den Röntgenbild-Verstärkerröhren umfaßt der Eingangsleuchtschirm
außerdem
einen Szintillationsschirm, der die einfallenden Röntgenquanten
in sichtbares Licht umwandelt.
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Die Lichtquanten regen eine Photokatode an,
die in Reaktion auf diese einen Elektronenstrom erzeugt. Dieser
Elektronenstrom wird dann von einem elektronenoptischen System übertragen,
das die Elektronen fokussiert und auf den Beobachtungsschirm lenkt.
Der Beobachtungsschirm umfaßt
eine oder mehrere Schichten von Luminophorpartikeln, die auf einem
durchsichtigen Trägerglas
abgelagert sind. Die von den Elektronen getroffenen Luminophore
erzeugen dann Licht, das durch den durchsichtigen Träger hindurch
außerhalb
der Röhre
sichtbar ist.
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1 zeigt
schematisch eine solche Bildverstärkerröhre vom Typ Röntgenbild-Verstärkerröhre.
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Die Verstärkerröhre 1 umfaßt eine
Ummantelung 2 aus Glas, deren eines Ende, das am vorderen
Teil der Röhre
durch ein Eingangsfenster 3 verschlossen ist, einer Röntgenstrahlung
ausgesetzt ist.
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Das zweite Ende der Ummantelung,
das den hinteren Teil der Röhre
bildet, ist durch den lichtdurchlässigen Beobachtungsschirm 4 verschlossen.
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Die Röntgenstrahlen werden von einem Szintillationsschirm 5 in
Lichtstrahlen umgewandelt. Die Lichtstrahlen regen eine Photokatode 6 an,
die daraufhin Elektronen erzeugt. Diese Elektronen werden aus der
Photokatode 6 herausgelöst
und mit Hilfe verschiedener Elektroden 7 und einer Anode 8,
die längs
einer Längsachse 9 der
Röhre angeordnet
ist, wobei die Elektroden 7 und die Anode 8 das
elektronenoptische System bilden, in Richtung des Beobachtungsschirms 4 beschleunigt.
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In dem dargestellten Beispiel ist
der Beobachtungsschirm 4 aus einem durchsichtigen Glasteil gebildet,
das dicht an die Ummantelung 2 angefügt ist. Dieses Glasteil bildet
in dem gezeigten Beispiel außerdem
einen Träger,
der beispielsweise Luminophore 10 trägt.
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Bei bestimmten Ausführungen
von Bildverstärkerröhren erfolgt
der Aufbau des Beschleunigungspotentials der Elektronen, die aus
der Photokatode der Röhre
stammen, durch ein Gitter unter der Beschleunigungsspannung, das
in der Nähe
des Beobachtungsschirms angeordnet ist. Die beschleunigten Elektronen
durchqueren das Gitter und erreichen die Luminophore 10 des
Beobachtungsschirms, die das sichtbare Licht erzeugen.
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Bei anderen Ausführungen wird das Beschleunigungspotential
mittels einer Spannung erhalten, die an eine dünne Schicht leitfähigen Materials, beispielsweise
ein direkt auf der Luminophorschicht des Beobachtungsschirms abgelagertes
Metall, angelegt wird. Die geringe Dicke dieser Metallschicht ermöglicht ohne
nennenswerte Verluste den Durchgang der Elektronen in Richtung der
Luminophore. In den gegenwärtigen
Ausführungen
ist die Dicke der Metallschicht, beispielsweise aus Aluminium, in
der Größenordnung
von 0,3 μm.
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Diese sehr geringe Dicke wird gewählt, damit die
Schicht für
die Elektronen durchlässig
ist, so daß diese
letzteren die Photokatode ohne Verluste erreichen. Aluminium ist
nämlich
von Natur aus nicht elektronendurchlässig, es sei denn, in einer
sehr geringen Dicke.
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Für
Katodenstrahlröhren,
nicht jedoch für Röntgenbild-Verstärkerröhren, ist
außerdem
schon vorgeschlagen worden, die Aluminiumschicht mit einer Kohlenstoffschicht
zu bedecken, um die Erzeugung von Sekundärelektronen durch die Luminophorschicht
einzuschränken.
Kohlenstoff ist nämlich ein
Material mit einem sehr kleinen Sekundäremissionskoeffizienten, das
folglich nicht zu viele Sekundärelektronen
erzeugt, wenn auf ihm die Elektronen des einfallenden Strahls auftreffen,
und das außerdem
für die
einfallenden (energiereichen) Elektronen verhältnismäßig durchlässig ist, jedoch die Sekundärelektronen,
die von der Phosphoreszenzschicht emittiert werden, absorbiert.
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Die Patente EP-A-0 610 872 (MATSUSHITA ELECTRIC)
FR-A-2
152 731 (HITACHI)
EP-A-0 067 470 (PHILIPS)
FR-A-2 217
793 (HITACHI)
FR-A-2 209 213 (HITACHI)
und
JP 08 022 784 A offenbaren
Röhren,
die Kohlenstoff verwenden.
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Die Sekundärelektronenemission ist aus
folgendem Grund störend:
In den Bildverstärkerröhren schlagen
die beschleunigten Elektronen, die aus der Photokatode stammen,
in die Schicht der Luminophore ein und lösen eine Emission von Photonen
im Bereich des sichtbaren Lichts aus, die das Röntgenbild repräsentieren.
Wenn ein Strahlenbündel
einfallender Elektronen Ei (siehe 1) betrachtet wird, das in einer Zone Z des
Beobachtungsschirms auf die Luminophore auftrifft, erzeugen diese
Luminophore ihrerseits infolge des Stoßes durch die einfallenden
Elektronen Ei Elektronen Er, die wieder in das Innere
der Röhre
zurückgeschickt
werden und dann erneut auf die Luminophore des Beobachtungsschirms
aufschlagen, jedoch an einem Ort, der nicht mit demjenigen, an dem
sie emittiert worden sind, übereinstimmt.
Dieses Phänomen
stört das
ursprüngliche,
durch das Strahlbündel
der einfallenden Elektronen Ei erzeugte Bild. Nachfolgend
werden diese wieder zurückgeschickten
Elektronen als Rückstreuelektronen
bezeichnet.
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Bei den derzeitigen Ausführungen
stellen die Rückstreuelektronen
ungefähr
20% des Strahlenbündels
einfallender Elektronen Ei dar und stören in starkem Maße das von
dem Beobachtungsschirm erzeugte Bild. Die Rückstreuelektronen besitzen
bei ihrer Emission in das Innere der Röhre und wenn sie, durch die
Vorspannungen der Röhre
beschleunigt, wieder auf den Beobachtungsschirm aufschlagen, eine
regellose Verteilung, so daß diese
Rückstreuelektronen
völlig
verteilt die Luminophore des Beobachtungsschirms anregen. Dieses
sekundäre
Phänomen
erzeugt ein Hintergrundrauschen, das in einer Verringerung des Bildkontrastes
zum Ausdruck kommt.
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Überraschend
ist festgestellt worden, daß ein
genauso gutes Ergebnis erhalten werden kann, ohne die Kohlenstoffschicht
abzulagern, indem einzig und allein die Eigenschaften des Aluminiums
ausgenutzt werden und eine Dicke der Aluminiumschicht gewählt wird,
die deutlich größer als
jene ist, die normalerweise unter Berücksichtigung der geringen Durchlässigkeit
dieses Materials für
Elektronen gewählt
werden müßte.
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In der Tat hat Aluminium einen Sekundäremissionskoeffizienten,
der hinreichend klein ist, um teilweise die gleiche Rolle wie die
Kohlenstoffschicht zu spielen. Die Aluminiumschicht kann dann eine
einzige Überzugschicht
für die
Luminophore bilden. Die Herstellung der RBV-Röhre wird dadurch vereinfacht.
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Deshalb schlägt die Erfindung eine Röntgenbild-Verstärkerröhre (RBV-Röhre) vor,
die eine Vakuumelektronenröhre
und einen Lumineszenzbeobachtungsschirm (20) umfaßt, wobei
der Schirm ein Trägerglas
(22) besitzt, auf das eine Luminophorschicht aufgebracht
ist, wobei der Beobachtungsschirm ein Leuchtbild erzeugt, wenn die
Luminophore durch ein Elektronenstrahlbündel erregt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Luminophorschicht mit einer einzigen Aluminiumschicht beschichtet
ist, die eine Dicke von wenigstens 1 Mikrometer besitzt, um einerseits
die Menge von Elektronen, die vom Beobachtungsschirm zur Röhre zurückgeschickt
werden und andererseits den Anteil dieser Elektronen, die erneut
in der Luminophorschicht einschlagen, zu verringern.
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Die Aluminiumschicht wird die Rolle
eines Rückstreuelektronenfilters
spielen, wobei sie ein erstes Mal Rückstreuelektronen dann absorbiert,
wenn diese zum Zeitpunkt ihrer Erzeugung durch das Auftreffen des
Strahlenbündels
einfallender Elektronen Ei auf die Luminophore die Aluminiumschicht
in einer Richtung durchqueren, die zu derjenigen des Strahlenbündels einfallender
Elektronen entgegengesetzt ist, und ein zweites Mal weitere Rückstreuelektronen dann
absorbiert, wenn diese bei ihrem erneuten Einschlagen in den Beobachtungsschirms
wiederum die gleiche Aluminiumschicht in der Richtung der einfallenden
Elektroden durchqueren.
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Die Aluminiumschicht tritt in Form
einer im Prinzip direkt auf die Luminophore des Beobachtungsschirms
abgelagerten Schicht auf, die jedoch gegebenenfalls auf einem Träger sein
könnte,
der sich in der Bahn der einfallenden Elektronen in der Nähe des Beobachtungsschirms
befinden könnte.
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Die Schicht erfüllt außerdem die Funktion des Aufbaus
des Elektronenbeschleunigungspotentials über der gesamten Oberfläche der
Luminophore, was im Fall eines Beobachtungsschirms für Bildverstärkerröhren notwendig
ist.
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Die Dicke der Aluminiumschicht ist
vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 3 μm enthalten. Es empfiehlt sich
ein Wert von 1,5 bis 2 μm.
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Die Aluminiumschicht kann auch, durch
das Vakuum der Röhre
von den Luminophoren getrennt, in einem geringen Abstand zu diesen
angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Schicht von einem Gitter
geringer Dicke getragen wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden beim Lesen der ausführlichen Beschreibung deutlich,
die mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung gegeben ist. Es zeigen:
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1 (schon
beschrieben) den Aufbau einer Bildverstärkerröhre gemäß dem Stand der Technik;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
des Beobachtungsschirms einer Röntgenbild-Verstärkerröhre gemäß der Erfindung.
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Der Beobachtungsschirm 20 der 2 umfaßt:
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lichtdurchlässiges
Trägerglas 22,
das den in der Figur nicht gezeigten unteren Teil der Röhre hermetisch
abschließt,
wobei das Trägerglas
eine Innenfläche 24,
die sich im Inneren der Röhre
befindet, und eine Außenfläche 26 der
Röhre,
die die Beobachtung des von dem Beobachtungsschirm erzeugten Bildes ermöglicht,
aufweist,
- – Luminophorschichten 28,
die auf der Innenfläche 24 des
Trägerglases
abgelagert sind,
- – eine
Aluminiumschicht 30 mit einer Dicke von ungefähr 2 μm, die auf
den Luminophorschichten 28 abgelagert ist. An diese Aluminiumschicht
wird ein Potential zur Beschleunigung der Elektronen angelegt.
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Ein Strahlenbündel einfallender Elektronen Ei
durchquert mit einem Elektronen-Verlust die Aluminiumschicht 30 in
einer Zone A1 des Beobachtungsschirms und regt die Luminophorschichten 28 zur
Erzeugung einer Lichtemission hl, die durch das Trägerglas 22 hindurch
sichtbar ist, sowie zur Erzeugung von Rückstreuelektronen Er1, Er2,
... Ern an. Diese von den Luminophoren erzeugten Rückstreuelektronen
werden in das Innere der Röhre
zurückgeschickt
und teilweise, ein erstes Mal, absorbiert, wenn sie die Aluminiumschicht 30 bei
ihrer Bewegung in Richtung des Innenraums der Röhre durchqueren, woraufhin
sie erneut, ein zweites Mal, teilweise absorbiert werden, wenn sie,
angezogen durch die an der Aluminiumschicht anliegende Vorspannung, erneut
in den Beobach tungsschirm einschlagen. Insgesamt führt bei
einer Dicke des Aluminiums von ungefähr 2 μm und trotz des Verlustes, den
die einfallenden Elektronen Ei erleiden, wenn sie die Aluminiumschicht 30 durchqueren,
die Reduzierung der Rückstreuelektronen,
die von dieser Aluminiumschicht absorbiert werden, zu einer erheblichen
Verbesserung des Bildkontrastes.