NL8402140A

NL8402140A - Detectorbuis voor roentgenstraling.

Info

Publication number: NL8402140A
Application number: NL8402140A
Authority: NL
Original assignee: Optische Ind De Oude Delft Nv
Priority date: 1984-07-05
Filing date: 1984-07-05
Publication date: 1986-02-03
Also published as: EP0168883A1; JPS6132343A

Description

* r* * * ^ _ VO 6279

Detectorbuis voor röntgenstraling

De uitvinding heeft betrekking op een róntgenstralingsdetector-buis omvattende een langwerpige behuizing met daarin een langwerpige kathode en een in hoofdzaak evenwijdig daaraan gelegen langwerpige anode, tussen welke anode en kathode in bedrijf een electrische poten-5 tiaal is aangelegd en in welke buis een vacuum heerst.

Een dergelijke detectorbuis is beschreven in de Nederlandsche octrooiaanvrage no. 7900878.

Een bezwaar van de bekende detectorbuis is dat de versterking van de onder invloed van de röntgenstraling in de kathode vrijgemaakte • .

10 electronen naar de anode toe relatief laag is. Hierdoor kunnen bijvoorbeeld ter plaatse van de anode geen fotodiodes gebruikt worden om het op de anode opgewekte beeld te detecteren, omdat bij dergelijke diodes de ruis en de donkerstroom een te groot gedeelte uitmaakt van de uiteindelijke signaalstroom. Ook andere typen van electronische verwerking 15 van het op de anode ontvangen signaal leiden i.v.m. de zeer geringe signaalsterkte tot problemen.

De uitvinding beoogt derhalve te voorzien in een rontgenstralings-detectorbuis, waarin de versterking van het door de kathode gedetecteerde töntgenstralingsbeeld aanzienlijk hoger is dan bij de bekende buis.

20 Volgens de uitvinding is hiertoe in de detectorbuis, tussen de kathode en anode, in hoofdzaak evenwijdig daaraan, voorzien in een z.g. kanaalversterkerplaat.

Een dergelijke plaat is op zich bekend voor toepassing in proximity focusbuizen. De werking van een dergelijke kanaalversterkerplaat, 25 die vervaardigd is uit halfgeleidend glas met een zeer groot aantal, zich loodrecht of vrijwel loodrecht op het oppervlak van de plaat uit-strekkende kanaaltjes is b.v. beschreven in het artikel "Een beelversterker met pijpenplaat voor harde röntgenstraling" van V. Chalmeton in Philips technische tijdschrift, 37, blz. 128-134, 1977, no. 5/6.

30 Het toepassen van een kanaalversterkerplaat in een röntgenstra- lingsdetectorbuis van het in de Nederlandse octrooiaanvrage no. 7900878 beschreven soort heeft als groot voordeel, dat voor het verkrijgen van een goed resultaat de kanaalvormige openingen in de plaat een grotere diameter mogen hebben dan bij de bekende kanaalversterkerplaat, terwijl 35 ook de onderlinge afstand tussen de kanaalvormige openingen groter mag © L 2 1 A Γ- v t <- i "r i -2- j « ·£ zijn. Hierdoor kan de fabricage van de kanaalversterkerplaat goedkoper zijn. Bij toepassing van een kanaalversterkerplaat in een detectorbuis van het onderhavige soort kan de versterking tot wel 1000 maal groter zijn dan bij de bekende buis. Tevens is de beeldkwaliteit beter aange-5 zien de afstand tussen de kathode en het naar de kathode gekeerde oppervlak van de kanaalversterkplaat kleiner is dan de afstand tussen de anode en de kathode bij de bekende buis, welke afstand zeer kritisch is 1. v.m. de onvermijdelijke oneffenheden in het kathode-oppervlak.

Bij. een detectorbuis met een kanaalversterkerplaat volgens de 10 uitvinding kan een normale anode worden toegepast, d.w.z. een op een anodedrager aangebrachte fosforlaag, welke als beeldscherm fungeert.

Het op dit beeldscherm gevormde beeld kan b.v. met behulp van fotodiodes of ook met conventionele optische middelen verder verwerkt worden.

Bij voorkeur is de anode ingericht om een electronische verwer-15 king van de de anode treffende electronen, die representatief zijn voor het versterkte rdntgenstralingsbeeld, mogelijk te maken.

Een aantal uitvoeringsvormen van anodes voor een röntgenstralings- * detectorbuis met een kanaalversterkerplaat zullen onderstaand , onder ver-jfsrwijzing naar de tekening, worden toegelicht. In de· tekening toont: 20 Fig. 1 een detectorbuis volgens de uitvinding, met een kanaalver sterkerplaat en een conventionele anode met een fosforlaag;

Pig. 2 een detectorbuis volgens de uitvinding, met een kanaalver-sterkerbuis met een eerste type anode dat geschikt is voor electronische verwerking van het anode-signaal; 25 Fig. 2.A. een variant van een anode die in de buis volgens Figuur 2 kan worden toegepast;

Pig. 2.B. een andere variant van de anode die in de buis volgens , Figuur 2 kan worden toegepast;

Pig. 3 een zij-aanzicht van een ander type röntgenstralingsdetec-30 torbuis met een kanaalversterkerplaat, waarin een anode volgens figuur 2. A. is aangebracht;

Fig. 4 een zij-aanzicht van weer een ander type röntgenstralings-detectorbuis met een kanaalversterkerplaat, waarin een anode volgens figuur 2.B. is aangebracht; 35 Fig. 5 een zij-aanzicht van een rdntgenstralingsdetectorbuis volgens figuur 3 voorzien van een ander type anode; 8402140 * f -3-

Pig. 6 een vooraanzicht van een variant van de anode die toegepast kan worden in de uitvoeringsvorm volgens figuur 5;

Fig. 6.A. een doorsnede langs de lijn VI - VI A in figuur 6 en

Fig. 7 een zij-aanzicht van weer een ander type anode.

5 In de figuren zijn gelijke onderdelen met gelijke verwijzings- cijfers aangegeven.

Fig. 1 toont in dwarsdoorsnede een röntgenstralingsdetectorbuis met een langwerpige behuizing 1, een kathodedrager 2, waarop op zich bekende wijze een laag rdntgenstralingsdetectiemateriaal b.v. Csl en een fotokathode zijn aangebracht, welke laag en welke fotokathode verder niet getoond zijn. In hoofdzaak evenwijdig aan de kathodedrager 2 is een kanaalversterkerplaat 3 gelegen. Deze plaat is vervaardigd uit een halfgeleidende glassoort en voorzien van een groot aantal in wezen loodrecht op het oppervlak van de plaat gelegen kanaaltjes, die b.v. een opening van 100 micrometer en een 15 onderlinge afstand van eveneens 100 micrometer kunnen hebben, welke plaat een dikte heeftdie b.v. 40 maal groter is dan de dianier van de kanaaltjes. In hoofdzaak evenwijdig aan de kanaalversterkerplaat 3 is op enige afstand daarvan een anodedrager 4 geplaatst,

De electrische potentiaalverschillen bij een detectorbuis volgens 20 figuur 1 kunnen b.v. zijm 100 - 1000 Volt tussen de naar de kathode - gekeerde zijde van de kanaalversterkerplaat 3 en de kathode 2; 500 - 1500 V tussen de naar respectievelijk de kathode en anode gekeerde vlakken van de kanaalversterkerplaat en 5-10 kV tussen de naar de anode gekeerde zijde van de kanaalversterkerplaat 3 en anode 4.

De buis volgens figuur 1, waarvan de omhulling is vervaardigd uit glas, is bij voorkeur aan de binnenzijde voorzien van een opgedampte geleidende laag uit bijv. koper. In de detectorbuis kunnen nl. vrije electronen de glaswand treffen en daar een plaatselijke oplading veroorzaken. Deze oplading kan het veld in de buis zodanig verstoren, dat de in principe vertekeningsvrije afbeelding van de kathode op de anode een geringe vertekening krijgt, die bij het aftasten van het beeld op de sinode een geringe vertekening krijgt. Ook kan de oplading aanleiding geven tot een overslag binnen de buis, waardoor lichtverschijnselen ontstaan, die het beeld verstoren en het contrast verlagen. De geleidende laag op het binnenoppervlak van de buis vangt de vrije electronen op en kan voor het af voeren daarvan zorgen.

Om. ongewenste reflecties van het in de Csl-laag op de 8402140 -4- kathode opg-ewekte blauwe licht te beperken wordt voor de geleidende laag bij voorkeur koper gebruikt, dat een slechte reflector voor blauw licht is.

.Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 is op de anodedrager 4 5 een op .zich bekende, niet getoonde,fosforlaag aangebracht, in welke forsforlaag de fosforelementen door de vanuitde fotokathode onder invloed van de.invallende röntgenstraling uitgezonden en door de kanaalversterkerplaat 3 versterkte electronen oplichten, zodat een röntgenstralingsbeeld ontstaat dat op conventionele wijze, met bv. optische middelen of ook 10 door aftasting met fotodiodes verder verwerkt kan worden.

Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 2 bestaat de anodedrager 4 uit een isolerend materiaal, bij voorbeeld glas of eramiek, waarop, zoals in figuur 2.A en figuur 2.B. getoond is, een groot aantal onderling geïsoleerde en evenwijdige stripvormige geleiders 5 door b.v.

15 opdampen zijn aangebracht. Elke stripvormige geleider 5 fungeert als een onafhankelijke anode, waarop de door de m aantal vermenig vuldigde electronen verzameld worden. De af voer van" de lading van elke strip 5 geschiedt via een groot aantal vacuum-dichte doorvoeren 6, die bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 2.A aan'de onderzijde en bij 20 de uitvoeringsvorm volgens figuur 2.B afwisselend aan de onderzijde en de bovenzijde van de anodedrager 4 met de stripvormige geleiders 5 zijn verbonden.

Het is ook mogelijk de isolerende anodedrager 4 met de uiteinden van de stripvormige geleiders 5 buiten de detectorbuis te laten uit-25 steken, zodat geen extra doorvoeren nodig zijn en de buiten de buis uitstekende gedeelten van de strippen 5 direct verbonden kunnen worden met een electronische schakeling die dient voor verdere verwerking van de op de strippen ontvangen signalen.

Figuur 3 toon een variant van de detectorbuis volgens figuur 2, 30 die voorzien is van een anodedrager met stripvormige geleiders volgens figuur 2,A. De behuizing 7 van de detectorbuis is kokervormig en omvat aan de voorzijde een röntgenstraling doorlatende folie 8, welke folie er tevens voor aargt dat in de buis een vacuum kan heersen. De afdichting tussen de anodedrager 4 en de kokervormige behuizing 7 is tot stand 35 gebracht met behulp van een vacuum-dichte glassoldeerverbinding 9.

Figuur 4 toont een variant van de uitvoeringsvorm volgens figuur 3, waarbij de detectorbuis voorzien is van een anodedrager met stripvormige geleiders zoals getoond in figuur 2-B.

8402140 -o-

De behuizing van de detectorbuis is opnieuw kokervormig en bestaat uit een eerste behuizingsgedeelte 7' en een tweede behuizingsgedeelte 7'', tussen welke behuizingsgedeelten de anodedrager 4 is aangebracht. Voor een vacuumdichte afdichting tussen de behuizing en de anodedrager is weer voor-5 zien in glassoldeerverbindingen 9.. 3ij de uitvoeringsvorm volgens fig. 3 steken de stripvormige geleiders 5 zich tot voorbij de onderzijde van de buis uit en bij de uitvoeringsvorm volgens fig.4 afwisselend tot voorbij de bovenzijde en de onderzijde, opdat buiten de buis contact met elk van de geleiders 5 gemaakt kan worden. Het zal duidelijk zijn dat de uitvoe-10 ringsvorm van de anodedrager volgens fig. 2.B. ook toegepast kan worden bij de detectorbuizen volgens fig. 3 en de anodedrager volgens fig. 2.A. bij de uitvoeringsvorm van de detectorbuis volgens fig. 4.

De stripvormige geleiders S op de anodedrager worden bij voorbeeld op een 100 volt hogere spanning gehouden dan de spanning aan de uitgangs-15 zijde van de kanaalversterkerplaat. De ladingen van de anodestrips 5 kunnen via een electronische schakelaar die op een buiten de detectorbuis geplaatste electronische print is ondergebracht, sequentieel verbonden worden met een versterker en verder worden verwerkt. Om oplading van de isolerende drager 4 tussen de stripvormige geleiders 5 te voorkomen, dient 20 de isolerende drager of uit een material. te bestaan met een zeer lage elec-trische geleidbaarheid of aan de zijde van de stripvormige geleiders te zijn voorzien van een laag met een lage electrische geleidbaarheid.

De stripvormige geleiders kunnen b.v. 10 mm lang zijn en met een onderlinge afstand van b.v. 0,5 mm op de anodedrager zijn aangebracht.

25 De geleiders verzamelen dus alle lading die afkomstig is van een strook uit b.v. Csl met eenzelfde hoogte die is aangebracht op de kathodedrager.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 bestaat de anode uit een iso-» lerende drager 4 uit b.v. glas of ceramiek door welke geleidende pennetjes 10 de lading naar buiten de detectorbuis kunnen afvoeren. Bij deze uitvoe-30 ringsvorm dient de drager 4 tevens als vacuumafdichting voor de kokervormige behuizing 7. De pennetjes 10 kunnen zowel een één- als een twee-dimen-sionaal patroon vormen, welke laatste in fig. 5 getoond is. In het inwendige van de buizen 7 zijn de pennetjes verbonden met electrisch geleidende strippen voor een één-dimensionaal patroon of electrisch geleidende ei-35 landjes,zoals 10' in fig, 5 voor een twee-dimensionaal patroon.

84 02 HG

* c -6-

Deze stroken of eilandjes dienen als collector voor de door de kanaalversterker-plaat 3 vermenigvuldige electronenstroom. Aan de buitenzijde van de buis worden de pennetjes via electrische schakelaars verbonden met een of meer versterkers. Deze verbinding kan b.v. tot stand worden gebracht 5 via een plaat 11, waarop contactpunten 12 zijn aangebracht in een met het patroon van de pennen 10 overeenkomstig patroon. Ook bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 5 dient de tussen de eilandjes 10' of strippen vallende lading te worden afgevoerd.

Figuur 6 toont nog een variant van een anode waarmee een twee-10 dimensionaal beeld kan worden opgewekt. Hiertoe zijn op een anodedrager #4, evenals bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 2.A stripvormige geleiders 13 opgedampt. Iedere geleider 13 bestaat echter uit een aantal op elkaar, met isolerende tussenlagen^êpgedampte geleiders, waarbij steeds iedere geleider korter is dan de onderliggende geleiders, waardoor 15 eilandjes 13' ontstaan, die de electronen van een overeenkomstig deel van de kathode ontvangen. De op de eilandjes 131 ontvangen lading kan aan de onderzijde Van de stripvormige geleiders 13 via contactplaatsen 13" worden afgevoerd.

Fig. 6.A toont ter verduidelijking een doorsnede langs de lijn 20 VI A - VI A in figuur 6, waarbij de dikte van de opgedampte strookjes terwille van de duidelijkheid sterk overdreven is.

Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 7 bestaat de anode uit een combinatie van een fosforlaag 14, die is aangebracht op een isolerende anodedrager 4, die, zoals bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 2, 25 is voorzien van onderling evenwijdige, stripvormige geleiders 5, die echter transparant zijn voor het in de fosfor opgewekte licht. Een laag 15 uit aluminiumfolie op het fosforscherm dient elektrisch van de strip-’ vormige geleiders geïsoleerd te zijn. De electronen, die door het aluminiumfolie in de fosforlaag dringen, verliezen hun kinetische energie 30 doordat zij aangeslagen centra produceren, die na recombinatie licht uitzenden. De electronen, die zoveel energie bezitten dat zij door de fosforlaag heen dringen, bereiken de onderliggende geleidende strips 5 en kunnen op de bovenstaande onder verwijzing naar figuur 2 beschreven wijze worden verwerkt. Een klein potentiaalverschil tussen 35 de aluminiumfolie 15 en de geleidende strips 5 is gewenst, 'maar niet altijd noodzakelijk.

8*02 140 i- ** -7-

Een. röntgenstralingsdetectorbuis met kanaal ver sterkerplaat,. die voorzien is van een in figuur 7 getoonde anode kan zowel een optisch twee-dimensionaal beeld produceren als ook gelijktijdig een electrisch één-dimen-sionaal beeld.

·" 8 4 0 2 4· % 0

Claims

1. Röntgenstralingsdetectorbuis omvattende een langwerpige behuizing met daarin een langwerpige kathode en een in hoofdzaak evenwijdig daaraan gelegen langwerpige anode, tussen welke anode en kathode in bedrijf een electrische potentiaal is aangelegd en in welke behui- 5 zing een vacuum heerst, met het kenmerk, dat binn^behuizing tussen de kathode en de anode in hoofdzaak evenwijdig daaraan voorzien is in een kanaalversterkerplaat.

2. Detectorbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk,dat de anode een drager omvat met een daarop aangebrachte fosforlaag.

3. Detectorbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de behuizing kokervormig is, en aan de voorzijde voorzien is van een röntgenstraling doorlatende metaalfolie, terwijl tegen de achterzijde vacuumdicht de anodedrager is aangebracht.

4. Detectorbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de ^ 15 behuizing kokervormig is en dat tegen de voorzijde daarvan een rönt genstraling doorlatende metaalfolie is aangebracht, en dat de anodedrager vacuumdicht is aangebracht tussen de voorzijde en de achterzijde van de kokervormige behuizing.

5. Detectorbuis volgens conclusie 1, 3 of 4, met het kenmerk, dat 20 de anode een drager uit isolerend materiaal omvat op welke drager een groot aantal stripvormige geleiders zijn aangebracht die in hoofdzaak loodrecht op de langsas van de behuizing gelegen zijn.

6·. Detectorbuis volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het ene uiteinde van alle stripvormige geleiders gelegen is nabij een zijde van 25 de anodedrager en het andere uiteinde gelegen is op afstand van de andere zijde van de anodedrager.

7. Detectorbuis volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het ene uiteinde van de stripvormige geleiders afwisselend gelegen is nabij een zijde van de anodedrager en op afstand daarvan en dat het andere uitein- 30 de van de stripvormige geleiders afwisselend gelegen is op afstand van de andere zijde van de anodedrager en nabij die andere zijde.

8. Detectorbuis volgens conclusie 5,è of 7 met het kenmerk, dat de stripvormigegeleiders zich binnen de behuizing bevinden en dat voorzien is in vacuumdichte doorvoeren die elk verbonden zijn met een stripvor- 8402140 r ^ Ψ -9- mige geleider.

9. Detectorbuis volgens conclusie 5,6 of 7, met het kenmerk dat de stripvormige geleiders zich uitstrekken tot buiten de kokervormige behuizing.

10. Detectorbuis volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de anodedrager voorzien is van een groot aantal naar buiten het vacuum verlopende electrisch geleidende pennen, welke pennen in het inwendige van de buis verbonden zijn met electrisch geleidende elementen. XI. Detectorbuis volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de 10 electrisch geleidende elementen puntvormig zijn.

12. Detectorbuis volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de electrisch geleidende elementen stripvormig zijn.

13. Detectorbuis volgens conclusie 1, 3 of 4, met het kenmerk, dat de anodedrager een aantal evenwijdige, electrisch geleidende strips 15 draagt, die zich in hoofdzaak loodrecht op de langsas van de behuizing uitstrekken, welke electrisch geleidende strips bestaan uit een aantal trapsgewijs opgedampte electrisch geleidende lagen, waarbij tussen de electrisch geleidende lagen voorzien is in isolerende lagen.

14. Detectorbuis volgens conclusie 1, 3 of 4, met het kenmerk, dat de 20 anode een anodedrager omvat met daarop een aantal stripvormige, evenwijdig aan elkaar en in hoofdzaak loodrecht op de langsas van de behuizing gelegen electrisch geleidende, transparante elementen en dat op deze elementen een fosforlaag is aangebracht, welke aan de naar de kanaalver-sterkerplaat gekeerde zijde voorzien is van een laag aluminiumfolie.

15. Detectorbuis volgens tenminste een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de anodedrager vervaardigd is uit een materiaal met een lage electrische geleidbaarheid.

16. Detectorbuis volgens een der conclusies 1 t/m 14, met het kenmerk, dat de anodedrager voorzien is van een laag materiaal met een 30 laag electrisch geleidingsvermogen.

17. Detectorbuis volgens tenminste een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het inwendige van de behuizing voorzien is van een koperlaag. 8402140