DE965706C - Elektrische Entladungsroehre zum Verstaerken von Roentgenbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre zum \ferstarken von Röntgenbildern, bei der das Röntgenbild auf einer lumineszierenden Schicht in der Röhre erzeugt wird und diese Leuchtschicht aus einem Lumineszenzstoff besteht, der in einem Material eingebettet ist, das hell und durchscheinend ist und einen niedrigen Dampfdruck aufweist, wobei auf der Leuchtschicht eine photoelektrische Schicht angebracht ist, die dazu geeignet ist, das Bild auf der Leuchtschicht in ein Elektronenbild umzuwandeln, von dem mit Hilfe elektronenoptischer Mittel ein sichtbares Bild auf einem Lumineszenzschirm erzeugt wird. Durch die Möglichkeit, die im Elektronenbild benutzten Elektronen zu beschleunigen, kann auf dem Auffangschirm ein verstärktes Röntgenbild hergestellt werden.

Eine derartige Entladungsröhre ist an sich bekannt. Der Lumineszenzstoff ist dabei in einer Glasschicht eingebettet.

Die Erfindung bezweckt, den Lumineszenzstoff auf andere Weise einzubetten. Gemäß der Erfindung ist die den Lumineszenzstoff enthaltende Schicht durch Polymerisation eines Silikons bei wachsender Temperatur hergestellt.

Über die Lichtausbeute eines Leuchtschirmes bei Röntgenbestrahlung ist in der Röntgentechnik be-

709 582/103

kannt, daß sie mit der Strahlenabsorption, d. h. mit der Schichtstärke des Schirmes zunimmt. Die Zunahme der Lichtausstrahlung durch die Leuchtschicht wird jedoch bei zunehmender Schichtstärke durch Absorption und Streuung des Lichtes in der Schicht selbst beschränkt. Außerdem nimmt die Bildschärfe ab. Aus diesen entgegengesetzten Bedingungen kann die günstigste Schichtstärke abgeleitet werden. Diese ist naturgemäß abhängig von ίο der Art und Korngröße des verwendeten Leucht stoffes und von der mittleren Härte der Röntgenstrahlen. Es werden für die günstigste Schichtstärke verschiedene zwischen 0,2 und 0,7 mm liegende Werte gefunden, also erheblich größer als die Schichtdicke eines lumineszierenden Schirmes in Elektronenstrahlröhren, bei dem die Dicke mit Rücksicht auf die geringe Eindringtiefe der Elektronen meistens der Korngröße des lumineszierenden Stoffes entspricht und etwa 10 Mikron beträgt. In Elektronenstrahlröhren ist beim Anbringen einer lumineszierenden Schicht auf einem Träger schon die \^rerwendung kolloidaler Kieselsäure als Zusatz in der Suspension zur Einbettung der Leuchtsubstanz bekannt. Dabei genügt es jedoch, daß die Teilchen des fluoreszierenden Materials an der Unterlage haften. Für die normale Ausbildung des Schirmes in einer Elektronenstrahlröhre, bei der Elektronengeschwindigkeiten von etwa 20 kV benutzt werden, ist für die Herstellung der Lumineszenzschicht pro cm² etwa 2 mg lumineszierendes Material nötig. Zur Herstellung der Lumineszenzschicht des primären Schirmes im Röntgenbildverstärker benötigt man etwa 40 mg pro cm² zum Erzeugen der erforderlichen Schichtdicke. Die benutzte Menge des Materials ist somit von ganz verschiedener Größenordnung.

Weitere bekannte Anwendungen von Siliziumverbindungen dienen zur Anfertigung von aufleuchtenden Farbstoffen und Isolierstoffen für elektrotechnische Zwecke, insbesondere solchen, bei denen eine hohe thermische Beständigkeit erwünscht ist. Dabei handelt es sich nicht um die Anfertigung eines Lumineszenzschirmes, der in einem Röntgenbildverstärker verwendbar ist.

Es ist weiter vorteilhaft, daß dieser Stoff einen Brechungsindex von 1,5 hat. Die Lumineszenzkörner, die in eine Schicht eingebettet sind, deren Brechungsindex größer als Eins ist, bilden mit der mit dieser Schicht in optischer Berührung stehenden Photokathode eine Art von Immersionssystem mit entsprechend niedrigen Lichtverlusten durch Reflexion.

Die Menge Silikon wird vorzugsweise derart bemessen, daß der Primärschirm aus einer mit einem Leuchtstoff vermengten Silikonschicht und einer Schicht aus reinem Silikon besteht; auf der letztgenannten Schicht ist die photoelektrische Kathode angeordnet. Bei Anwendung von 40 mg Leuchtstoff je Quadratzentimeter ist eine Menge von etwa 0,045 ^ccm Silikon je Quadratzentimeter erforderlich. Der Stoff, der im Handel unter dem Namen »Silicone 804« von der Dow Corning Corporation Midland, Michigan, Vereinigte Staaten von Amerika, erhältlich ist und in dem von dieser Gesellschaft herausgegebenen Katalog erwähnt wird, erweist sich als vorzüglich geeignet.

Es ergibt sich, daß die Anwendung der Erfindung wesentliche Vorteile mit sich bringt. Nach Erhärtung bildet das Silikon eine spiegelglatte Schicht und somit eine vorzügliche Unterlage für eine photoelektrische Kathode. Die Schicht ist besonders wärmefest, so daß Warmpumpen der Röhre möglich ist. Sie bewirkt einerseits, daß das aktive Material der Photokathode, besonders Cäsium, keinen schädlichen Einfluß auf den Leuchtstoff ausüben kann, und andererseits ermöglicht sie einen vorzüglichen optischen Kontakt zwischen diesen zwei Schichten. Schließlich wird das Silikon sehr wenig von Cäsium angegriffen. Um jede Möglichkeit eines Angreifens zu vermeiden, kann zwischen der Silikonschicht und der photoelektrischen Kathode eine sehr dünne Aluminiumoxydschicht mit 'einer Stärke von etwa 20 Ä angebracht werden, die sich für Cäsium bis zu Temperaturen von 220⁰ C als undurchdringlich erweist.

Die Erfindung wird, an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der

Fig. ι einen Röntgenbildverstärker darstellt, Fig. 2 eine Einzeldarstellung einer Schirmkombination nach der Erfindung ist und

Fig. 3 den Röntgenbildverstärker mit einem gekrümmten Schirm darstellt.

Die elektrische Entladungsröhre besteht aus einem zylindrischen Glaskolben 1, dessen Querschnitt kreisförmig sein kann. Er ist an einem Ende durch ein kugliges Fenster 2 abgeschlossen. Das andere Ende des Kolbens ist durch einen flachen Boden 3 begrenzt, der mit einer hinausragenden Tülle 4 versehen ist. Am offenen Ende steht die Tülle in Verbindung mit einem engeren Zylinder 5, der nach innen hineinreicht und mit einer Bodenplatte 6 abgeschlossen ist, auf der sich im Innern der Röhre eine dünne Schicht Fluoreszenzmaterial 7 befindet, die als Fangschirm wirksam ist.

Gegenüber dem Fangschirm liegt im weiten Teil des Kolbens 1 der Photokathodenschirm 8. Dieser wird von Röntgenstrahlen getroffen, die durch das kuglige Fenster 2 in die Röhre eintreten.

Die Bauart des Schirmes 8 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Eine flache Platte 9 aus einem Metall mit niedriger Atomnummer, z. B. Aluminium oder Beryllium, das Röntgenstrahlen nur in geringem Maße absorbiert, dient als Träger für die Leuchtschicht 10. Sie ist in einem Metallring 11 befestigt. Dieser kann mit einwärts umgebogenen Zungen 12 versehen sein, mit denen die Platte z, B. durch Punktschweißen verbunden ist. Die Leuchtschicht 10 wird dadurch gebildet, daß die erforderliche Menge einer Suspension eines geeigneten Leuchtstoffes, z. B. Zinksulfit oder ein Gemisch von Zink- und Cadmiumsulfid, in Silikon auf den Träger ausgegossen wird. Das Mischverhältnis in der Suspension kann derart gewählt sein, daß die Öffnungen zwischen den Körnern des Leuchtstoffes gerade mit dem Silikon ausgefüllt sind, so daß eine glatte Oberfläche entsteht. Es bestehen keine Bedenken

dagegen, dem Gemisch eine etwas größere Menge Silikon zuzusetzen, wodurch sich nach Ablagerung des Leuchtstoffes darauf eine Silikonschicht bildet. Der Schirm wird dann etwa 8 Stunden lang bis auf etwa 200° C geheizt, wobei das Silikon polymerisiert. Nach Abkühlung bildet es eine Schicht mit einer spiegelglatten Oberfläche, auf der dann die photoelektrische Kathode angeordnet wird.

Diese kann aus durch Silber aktiviertem Cäsiumoxyd oder aus einer Verbindung von Antimon mit Cäsiumoxyd hergestellt sein und wird auf einer dünnen, gut leitenden, vorzugsweise aus Chrom oder Iridium bestehenden Schicht angeordnet. Eine Schicht mit einer Stärke von einigen Ängstrom ist bereits hinreichend leitend, aber bei dieser geringen Stärke besteht die Möglichkeit, daß das Cäsium durch die Schicht hindurchdringt und mit dem darunterliegenden Silikon in Berührung kommt. Um ein Angreifen dieser Schicht vom Cäsium zu vermeiden, ist es empfehlenswert, vor dem Anbringen der leitenden Haut eine dünne Aluminiumoxydschicht anzubringen. Diese Schicht 13 mit einer Stärke von etwa 20 bis 30 A ist praktisch durchsichtig. Das Anbringen kann durch Verdampfung von Aluminium im Vakuum erfolgen, worauf das Material in der Luft vollständig zu Al₂O₃ oxydiert. Nach der Anordnung des Schirmes in der Röhre und Warmpumpen wird auf die auf diese Weise gebildete Oxydschicht die leitende Schicht 14 aufgedampft, die eine Stärke von etwa 5 bis 10 Ä haben kann und aus Chrom oder Iridium besteht. Die Lichtabsorption in dieser Schicht ist weniger als 5 °/o. Darauf wird eine Menge Antimon in der Röhre verdampft und auf den Schirm niedergeschlagen, und es wird Cäsiumdampf hineingeführt, der mit dem Antimon eine photoempfindliche Verbindung bildet. Die auf diese Weise hergestellte pho'toelektrische Kathode ist mit 15 bezeichnet.

Die Befestigung des Photokathodenschirmes in der Röhre kann auf folgende Weise vorgenommen werden. Am Ring 11 sind eine Anzahl federnde Organe 16 befestigt, die an der Röhrenwand anliegen. Der Schirm wird in die Röhre eingeführt und infolge der Federkraft der auf der Wand ruhenden Organe behält er seine Lage bei.

Es ist empfehlenswert den zylindrischen Teil der Röhrenwand mit einem leitenden Überzug 17 zu versehen, der mit den Klemmfedern 16 in elektrisch leitender Verbindung steht. Der Stromzuführungsdraht 18, der bei 19 durch die Wand der Röhre hindurchgeführt ist, verbindet den Überzug 17 mit dem Minuspol 20 einer Spannungsquelle 21. Der Pluspol 22 ist mit der Anode 23 verbunden durch den Zuführungsdraht 24, der bei 25 durch die Röhrenwand geführt ist. Die Anode besteht aus einem Metallzylinder, der über die Einstülpung 5 geschoben ist. Sie hat eine kuglige Kappe 26, die mit einer Öffnung 27 zum Durchlassen der Elektronen versehen ist.

Beim Betrieb des Bildverstärkers fallen Röntgenstrahlen durch das Fenster 2 auf die Leuchtschicht 10 des Photokathodenschirmes 8. Die Lumineszenz infolge dieser Strahlung belichtet die Photokathode, die infolgedessen Elektronen emittiert. Diese werden. beschleunigt und unter der Wirkung der in der Röhre auftretenden Feldverteilung durch die öffnung 27 in die Anode 23 und zu dem Fluoreszenzschirm 7 geführt. Darauf entsteht das verstärkte Durchleuchtungsbild.

Zwecks einer günstigen Feldverteilung in der Röhre, die die Übereinstimmung zwischen dem am Primärschirm erzeugten Bild und dem Fluoreszenzbild auf dem Fangschirm fördert, ist es erwünscht, daß die Kappe 26, welche die Anode 2^ abschließt, und der Photokathodenschirm 8 beide gekrümmt sind und annähernd den gleichen Krümmungsmittelpunkt haben, wie in Fig. 3 dargestellt. Es hat sich weiter als ein Vorteil der Erfindung erwiesen, daß dem nach diesen Angaben hergestellten Photokathodenschirm die gewünschte Form gegeben werden kann, wenn diese Behandlung vor Anordnung der photoelektrischen Kathode stattfindet. Bei Verwendung der für dünne Schirme üblichen Bindemittel würde diese Behandlung unvermeidlich Risse in der Leuchtschicht herbeiführen und den Schirm unbrauchbar machen.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Entladungsröhre zum Verstärken von Röntgenbildern, bei der das Röntgenbild auf einer lumineszierenden Schicht in der Röhre erzeugt wird und diese Leuchtschicht aus einem Lumineszenzstoff besteht, der in einem Material eingebettet ist, das hell und durchscheinend ist und einen niedrigen Dampfdruck aufweist, wobei auf der Leuchtschicht eine photoelektrische Schicht angebracht ist, die dazu geeignet ist, das Bild auf der Leuchtschicht in ein Elektronenbild umzuwandeln, von dem mit Hilfe elektronenoptischer Mittel ein sichtbares Bild auf einem Bildschirm erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lumineszenzstoff enthaltende Schicht durch Polymerisation eines Silikons bei wachsender Temperatur hergestellt ist.

2. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Silikons größer als Eins ist und die in diesen Stoff eingebetteten Leuchtstoffkörner mit der Photokathode ein Immersionssystem bilden.

3. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff in eine Silikonschicht solcher Stärke eingebettet ist, daß sie aus einer Schicht aus vermengtem Leuchtstoff und Silikon und einer Schicht aus reinem Silikon besteht.

4. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikon der unter dem Namen »Silicone 804« bekannte Stoff vorgesehen ist.

5. Elektrische Entladungsröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikonschicht mit einer dünnen

Aluminiumoxydschicht überzogen ist, auf der die Photokathode angeordnet ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines in einer elektrischen Entladungsröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche vorhandenen Photokathodenschirmes zum Umwandeln eines Röntgendurchleuchtungsbildes in photoelektrische Emission, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine flache Platte aus die Röntgenstrahlen wenig absorbierendem Metall, z. B. Aluminium oder Beryllium, eine Suspension eines Leuchtstoffes, z. B. Zinksulfid oder ein Gemisch von Zink- und Kadmiumsulfid in Silikon aufgetragen wird, nach Ablagerung des Sulfids Wärme zugeführt und die Temperatur während etwa 8 Stunden bis auf 200° C erhöht wird und nach Abkühlung auf bekannte Weise eine photoelektrische Schicht auf einer leitenden Zwischenschicht angeordnet wird, welche letztere Schicht aus einem aus der Dampfphase auf der Oberfläche der Silikonschicht niedergeschlagenen Metall, z. B. Chrom oder Iridium, besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erhärtung des Silikons der Schirm durch Drücken gewölbt und auf der konkaven Oberfläche der Leuchtschicht die Photokathode angeordnet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 039 734;
Journ. Inst. Electr. Eng., 79 (1936), S. 11 bis 19; Physik. Blätter, Jahrgang 1948, Heft 3, S. 6;
Umschau, Jahrgang 1950, Heft 8, S. 236, 237; Kunststoffe, 40 (1950), Heft 6, S. 177 bis 182.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 582/103 7.57