NL8301838A - Roentgenbuis voor het opwekken van zachte roentgenstraling. - Google Patents

Description

PHN 10.691 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Röntgenbuis voor het opwekken van zachte röntgenstraling.

De uitvinding beeft betrekking op een röntgenbuis met in een omhulling opgenoraen, een kathode en een anode, welke anode een uit goed warmtegeleidend materiaal vervaardigd anodeblok bevat.

Een dergelijke röntgenbuis is bekend uit US 4.205.251. Voor het 5 detecteren van elementen met een relatief laag atoomnummer, bijvoorbeeld lager dan 20, met behulp van röntgenspectraalanalyse zijn bekende röntgenbuizen minder geëigend omdat daarin op te wekken röntgenstraling voor analyse van lichte elementen te weinig langgolvige röntgenstraling bevat.

10 Voor het opwekken van relatief langgolvige röntgenstraling is het gewenst met anodemateriaal dat een element met laag atoomnummer bevat te kunnen werken. Daarbij treden evenwel problemen op omdat die materialen - bijvoorbeeld moeilijk te bewerken zijn - een te slechte warmtegeleiding hebben en duur zijn. Ook komen verschillende van deze 15 elementen juist veelvoudig in te analyseren monsters voor. De prijs en vooral de slechte warmtegeleiding maken het veelal onaantrekkelijk om uit deze materialen een anodeblok te vervaardigen.

De uitvinding beoogt een röntgenbuis te verschaffen waarin een röntgenbundel met een relatief groot gedeelte aan langgolvige straling 20 kan worden opgewekt zonder dat afbreuk wordt gedaan aan de gebruikelijke gunstige eigenschappen van de buis en waarbij de stralenbundel slechts in geringe mate straling bevat die karakteristiek is voor een van de gebruikelijke te analyseren elementen. Een röntgenbuis van de in de ' aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding tot kenmerk, 25 dat op het anodeblok onder toevoeging van een tussenlaag door adhesie een hoofdzakelijk scandium bevattende trefplaatschijf is aangebracht.

Doordat volgens de uitvinding een scandium trefplaatschijf via een intermediare laag is aangebracht is een mechanisch sterk goed homogene hechting tussen de schijf en het blok gerealiseerd. De hechting ' 30 is verder goed bestand tegen sterke temperatuurschommelingen en tegen hoge temperaturen. Het optreden van sterk storende röntgenstraling in een met behulp van deze buis op te wekken röntgenbundel is nu eveneens vermeden. j 8301838 PHN 10.691 2

In een voorkeursuitvoering bevat het anodeblok voornamelijk zilver of koper en bevat de tussenlaag titaan, vanadium of chroom dat in een dunne goed hechtende laag op een trefvlakzijde van het anodeblok dan wel op een daarop te hechten anodetrefplaat is aangebracht. Met deze 5 materialen is het optreden van storende kortgolvige röntgenstraling in een op te vrekken röntgenbunde1 vermeden.

Bijzonder gunstig is het gebruik van chroom als tussenlaag.

Dit kan in een laag net een dikte van bijvoorbeeld 100 door electrolyse goed hechtend en goed homogeen op het anodeblok worden aange-10 bracht. Op deze chroomlaag is uit een voorkeursuitvoering een scandium-plaat met bijvoorbeeld een dikte van ongeveer 50-100 urn bevestigd door adhesie bij een temperatuur tussen ongeveer 800 en 1000° C.

Een röntgenbuis, zoals zeer schematisch is weergegeven in de enkele figuur van de tekening, bevat een huis 1 waarbinnen vacuum 15 heerst en waarin een kathode 2 met een electronen emitterend element 3 en een anode 4 met een anodetrefplaat 5 zijn ondergebracht. Tussen de anode en de kathode is een spanningsverschil aanlegbaar zodanig dat, door het electronen emitterend element uit te zenden electronen door de anode worden ingevangen en daarin röntgenstraling opwekken. Met een door 20 een uittreevenster 6 naar buiten tredende röntgenbundel kan, eventueel via een stralenfilter een, in een röntgen analyse apparaat opgesteld mono-chromatorkristal of monster, worden bestraald.

Op de anodetrefplaat 5 is volgens de uitvinding een scandium-plaat 7 met een dikte van bijvoorbeeld 50 en hier een dwarsafmeting 25 van bijvoorbeeld ongeveer 25 mm aangebracht. De dikte afmeting van de scandiumplaat is voor het opwekken van een röntgenbundel die hoofdzakelijk karakteristieke straling van scandium bevat, zodanig gekozen, dat de electronen niet tot het onderliggende materiaal kunnen doordringen of dat, zo daarin toch röntgenstraling zou worden opgewekt, deze door de scandium-2Q plaat wordt ingevangen. De effectief te gebruiken röntgenstralenburdel blijft dan in hoge mate gevrijwaard voor deze, door de afwijkende golflengte, storende straling. Scandium is evenwel niet rechtstreeks met bijvoorbeeld zilver of koper van het anodeblok of de anodetrefplaat te verbinden omdat bij zulk een verbinding relatief brosse en dus mechanisch 35 niet sterke intermetallische Ag-Sc of Cu-Sc verbinden ontstaan. Ook is het, vooral vanwege de slechte warmtegeleiding, niet aantrekkelijk een compleet anodeblok uit scandium te vervaardigen. Cm toch scandium als trefplaatmateriaal te kunnen gebruiken, dat,uit het oogpunt van 8301838 t PHN 10.691 3 tenperatuurbestendigheid, danpdruk bij hogere temperaturen, naar in de eerste plaats vanwege het gunstige stralingsspectrum daarvan, een sterke voorkeur heeft, wordt gewerkt met een intermediaire laag 8. Deze laag zou uit metallurgisch oogpunt kunnen bestaan uit bijvoorbeeld een van de 5 elementen V (23), Nb (41), Ta (73), Cr (24), Mo (42) of W (74) of een combinatie daarvan. De elementen uit deze reeks, met een atoomnummer boven ongeveer 40 hebben als nadeel dat daarin storende röntgenstraling kan worden opgewekt. Ten einde de mogelijkheid daartoe te beperken is het gebruik van V, Cr of een combinatie daarvan gunstig. Chroom heeft daarbij 10 nog het voordeel, dat daarvan door electrolyse relatief gemakkelijk een dunne, goed homogene en goed hechtende laag op het anodeblok kan worden aangebracht. Op een aldus aangebrachte laag Chroom kan door adhesie een scandiunplaat goed hechtend worden bevestigd. Het adhesieproces wordt bijvoorbeeld uitgevoerd in een argon atmosfeer bij een tenperatuur van 15 ongeveer 800 - 1000 °C waarbij de scandiunplaat met een druk van bij- 2 voorbeeld 100 kg/cm , gedurende bijvoorbeeld 30 minuten wordt aangedrukt.

Een goede hechting is hierbij een strenge voorwaarde. Hierbij moeten in het bijzonder hoge eisen gesteld worden aan de homogeniteit van de hechting, dat wil zeggen, dat het optreden van locale warmteweerstanden insluit-20 seis en dergelijke vermeden dient te worden. Dit vooral ook omdat anders de levensduur van de buis ernstig beperkt zou kunnen worden. Een goede hechting kan ook worden verkregen door bijvoorbeeld een chroomfolie tegelijk met een scandiumfolie door adhesie op een anodetrefplaat aan te brengen, bij voorkeur in een zuurstofarme atmosfeer.

25 Het is verder gewenst, dat de verbinding goed bestand is tegen temperatuurwisselingen, bijvoorbeeld tussen 0 °C en 600 °C en een hoog smeltpunt heeft, bijvoorbeeld ten minste 800 °C, dit in verband met mogelijke verdere bewsrkingen aan de anode zoals solderen met Cu-Ag soldeer van een met scandium bedekte anodetrefplaat op een anodeblok. Ook is 30 het gunstig indien een materiaal zou worden toegepast dat bij een temperatuur van ongeveer 600 °C een eigen danpdruk heeft van meer dan 10 ^ torr. Ook hierdoor kan de levensduur van de buis worden beperkt.

Een röntgenbuis volgens de uitvinding kan ook zijn uitgerust met een roterende anodeschijf, bijvoorbeeld voor toepassing in een 35 röntgen analyse apparaat waarin een hoge stralingsdichtheid en een relatief klein emitterend oppervlak gewenst is, zoals bijvoorbeeld voor een exafs spectrometer en dergelijke. De scandiumschijf heeft dan bijvoorbeeld de vorm van een ring overeenkomstig een focusbaan die de electronenbundel 8301838 PHN 10.691 4 op de anodeschijf beschrijft. Voor het opwekken van een hoge stralings-dichtheid kan ook gebruik gemaakt worden van een röntgenbuis zoals beschreven in US 3.914.633, waarvan de van een stoppelpatroon voorziene anode aan de trefplaatzijde met een scandiumschijf is uitgerust.

5 In een transmissie röntgenbuis, dat wil zeggen een röntgenbuis waarbij de röntgenstraling aan een tegenover een trefvlak voor de electro-nenbundel uit de anode uittreedt, kan een scandium bedekking aan een binnenzijde van een als anodetrefplaatdrager en als uittreevenster fungerende plaat Be zijn aangebracht. In het scandium opgewekte röntgen-10 straling verlaat dan via het Be venster, dat bijvoorbeeld een dikte van 150 tot 500 ^rni, de röntgenbuis.

In het voorafgaande is er op gevezen, dat voor het opwekken van relatief zuivere scandium straling, de scandiumlaag voldoende dik moet zijn en de intermediaire laag moet worden gekozen uit elementen 15 waarvan de karakteristieken straling door het scandium in hoge mate wordt geabsorbeerd. Het kan evenwel ook gunstig zijn bijvoorbeeld door het aanleggen van een hogere spanning ook over de in de intermediaire laag op te wekken röntgenstraling te kunnen beschikken. Een oplossing daartoe is beschreven in een door Aanvraagster gelijk met deze octrooiaanvrage 20 ingediende octrooiaanvrage PHN 10.692.

Een dergelijke dubbelanodebuis in het bijzonder met scandium als een van de anodetrefplaatmaterialen kan geheel overeenkomstig de hier beschreven buis worden gerealiseerd, zij het, dat de scandium laag daarbij, afhankelijk van het gewenste stralingsspectrum aanzienlijk 25 dunner zal zijn uitgevoerd. Gedacht kan daarbij worden aan een dikte van 1 ^im tot aan enkele 10-tallen ^im.

Een röntgenbuis volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt om te worden toegepast in een röntgen analyse apparaat dat is uitgerust voor het in een monster aantonen van elementen met een laag 30 atoamnummer. De effectieve stralingsopbrengst daarvoor is bij gebruik van een scandiumschijf ruim een faktor twee hoger dan bij gebruik van chroom als tref plaatmateriaal. Een bijkomstige, maar daarom niet minder belangrijke, voor scandium pleitende faktor is het feit, dat scandium zelden voorkomt in te analyseren monsters waardoor de karakteristieke 35 straling van elementen in het te analyseren monster niet wordt verstoord door specifieke straling van het anodemateriaal.

8301838

Claims (10)

1. Röntgenbuis met in een omhulling (1) opgenomen een kathode (2) en een anode welke anode een uit goed warmtegeleidend materiaal vervaardigd anodeblok (4) bevat met het kenmerk/ dat op het anodeblok onder toevoeging van een tussenlaag (8) door adhesie een hoofdzakelijk uit 5 scandium bestaande trefplaatschijf (7) is aangebracht.

2. Röntgenbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tussenlaag bestaat uit een van de elementen uit de groep Ti (22), V (23), Cr (24), Zr (40), Nb (41), Mo (42), Hf (72), Ta (73), W (74) of uit een samenstelling van elementen uit die groep. 10

3. Röntgenbuis volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de tussen laag bestaat uit Ti, V, Cr of uit een samenstelling van elementen uit die groep.

4. Röntgenbuis volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een de scandiumtrefplaat dragende anodetrefplaat hoofdzakelijk bestaat uit 15 een van de elementen koper of zilver of een samenstelling daarvan.

5. Röntgenbuis volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de tussenlaag uit een electrolytisch op de dragende anodetrefplaat aangebrachte chroomlaag bestaat.

6. Röntgenbuis volgens een der conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, 20 dat een uit titaan, vanadium of chroom bestaande tussenlaag en de scandium trefplaat gezamenlijk door adhesie op een anodetrefplaat zijn aangebracht.

7. Röntgenbuis volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de chroanlaag ongeveer 50 - 100 ^im dik is en de scandiumschijf een dikte heeft van ongeveer 25 - 50 ^im. 25

8. Röntgenbuis volgens een der conclusies 1, 2, 3 of 6, rret het kenmerk, dat de scandiumtrefplaat is aangebracht op een als uittree-venster voor de röntgenbuis fungerend Beryllium venster.

9. Röntgenbuis volgens een der conclusies 1,2, 3, 4, 5, 6 of 8, met het kenmerk, dat de dikte van de scandiumlaag en het materiaal van een 30 intermediaire laag aangepast zijn voor het, bij onderscheiden versnellings-spanningen opwekken van verschillende röntgen stralingsspectra.

10. Röntgen analyse apparaat met het kenmerk, dat dit is uitgerust met een röntgenbuis volgens een der voorgaande conclusies, 35 8301838