DE3002344C2 - Röntgenbildverstärkerröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenbildverstärkerröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Röntgenbildverstärkerröhre wandelt bekanntlich ein beim Durchgang durch ein Untersuchungsobjekt moduliertes Röntgenstrahlungsbild in ein Bild sichtbaren Lichts um. Üblicherweise bestehen dabei ein Eingangsfensterteil, auf den das Röntgenbild auflrifft, und ein Ausgangs-Vakuumbehälterteil aus Glas. Da es schwierig ist, das durch das Objekt hindurchgetretene Röntgenbild zu verkleinern oder zu vergrößern, ist der Durchmesser des Eingangsfensterteils einer Röntgenbildverstärkerröhre im allgemeinen auf 150—400 mm begrenzt. Weiterhin wird dabei das Innere dieser Röntgenbildverstärkerröhre unter einem hohen Vakuum gehalten. Im Hinblick auf diese Bedingungen muß die Dicke der Glasscheibe des Eingangsfensterteils 3—4 mm betragen.

Wenn nun Röntgenstrahlung auf diese Glasscheibe auftrifft, tritt eine Streuung der Röntgenstrahlung auf, welche die Kontrasteigenschaften des auf einem Leuchtstoff-Ausgangsbildschirm wiedergegebenen sichtbaren Bilds herabsetzt

Zur Vermeidung dieses mit der Verwendung einer Glasscheibe als Eingangsfensterteil zusammenhängenden Nachteils wurde bereits anstelle des Glases ein Leichtmetall, wie Aluminium oder Aluminiumlegierung, eingesetzt In diesem Fall braucht die Dicke des Eingangsfensterteiis im Fall einer Röntgenbildverstärkerröhre von z. B. 229 mm Durchmesser nur ungefähr 1 mm zu betragen, um eine durch den Atmosphärendruck bedingte Verformung zu vermeiden. Bei derartigen Materialdicken ergibt sich eine geringere Röntgeratrahlenstreuung, so daß der Kontrast des sichtbaren Wiedergabebi'ds verbessert werden kann.

Dagegen ist es jedoch sehr schwierig, Aluminium mit Glas oder einem anderen Metall zu verbinden, so daß es sich auch als schwierig erweist, eine vakuumdichte Abdichtung zwischen dem aus Aluminium bestehenden Eingangsfensterteil und einem den Hauptkörper des evakuierten Kolbens bildenden Zylinder aus Glas oder einem anderen Metall als Aluminium herzustellen. Eine Röntgenbildverstärkerröhre der eingangs genannten Art ist z.B. aus der DE-AS 23 31210 bekannt. Die Abdichtung zwischen de.Ti Eiiigzngsfensterteil aus Aluminium und dem Zylinder aus Stahl mittels einer dazwischen vorgesehenen Kupferschicht ist aber unwirtschaftlich und bedingt große Abmessungen, da Aluminium und Kupfer schwierig miteinander vakuumdicht abzudichten sind.

Aus der DE-OS 2151 079 ist es bekannt, das Eingangsfenster einer Röntgenbildverstärkerröhre als Metallfolie auszubilden, die in einem mit dem Kolben oder Zylinder verbundenen Rahmen aus Metall gefaßt ist, wobei der äußere Rand der Folie mit dem äußeren Rand des Rahmens verschweißt ist. Die Metallfolie ist konkav gestaltet, so daß die Röntgenbildverstärkerröhre eine relativ große Länge hat.

Weiterhin kann der Eingangsfensterteil z. B. aus rostfreiem Stahl bestehen, der sich leicht mit verschiedenen Metallen verschweißen läßt. Obgleich in diesem Fall eine vakuumdichte Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil und dem zylindrischen Behälter zweifellos einfach hergestellt werden kann, absorbiert rostfreier Stahl einen großen Anteil der Röntgenstrahlung, so daß diese den Leuchtstoff-Bildschirm im Fensterteil unter Herabsetzung des Verstärkungsgrads der Röntgenbildverstärkerröhre nur mit verringerter Intensität erreicht. Insbesondere dann, wenn der Eingangsfensterteil dünn ausgelegt wird, um die Menge der absorbierten Röntgenstrahlung zu verringern, wird er beim Evakuieren der Röntgenbildverstärkerröhre unvermeidlich konkav. Wenn in diesem Fall versucht wird, eine

Röntgenbildverstärkerröhre mit einer Elektronenlinse zu erhalten, welche dieselben Eigenschaften besitzt wie die Elektroneniinse einer Röntgenbildverstärkerröhre mit konvexem Eingangsfenster, wird in nachteiliger Weise die Gesamtlänge des Röhrenkolbens zu groß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Röntgenbildverstärkerröhre der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil und dem Zylinder bzw. Röhrenkolben in einfacher Weise möglich ist und gute Kontrasteigenschaften der wiedergegebenen Bilder gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Röntgenbildverstärkerröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmaie gelöst

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer Röntgenbildverstärkerröhre als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 eine Fig. J ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform der Röntgenbildve'stärkerröhre,

Fig.3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittansicht des Abdichtbereichs zwischen einem Eingangsfensterteil und einem Zylinder bei der Röntgenbildverstärkerröhre nach F i g. 1 oder 2 und

Fig.4 und 5 der Fig-3 ähnelnde Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen des Abdichtbereichs.

Bei den Röntgenbildverstärkerröhren nach F i g. 1 und 2 besitzt ein Eingangsfensterteil einen mehrschichtigen Aufbau mit einer dünnen Außenplatte aus einem Metall, das mit einem Eftdabschnitt eines Zylinders als Hauptteil eines evakuierten Kolbens verschweißbar ist, und einer dünnen Innenplatte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die luftdichte Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil und dem Zylinder erfolgt mittels der dünnen Blech-Außenplatte aus einem Werkstoff oder Metall, der bzw. das sich mit verschiedenen anderen Metallen verschweißen läßt. Die Festigkeit gegen die Einwirkung des Atmosphärendrucks auf den Eingangsfensterteil wird andererseits durch die dünne Innenplatte gewährleistet; dies bedeutet, daß der Eingangsfensterteil durch die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende dünne Innenplatte, die für Röntgenstrahlung voll durchlässig ist, vor Verformung geschützt wird. Die Außenplatte kann daher so dünn sein, daß eine Minderung des Verstärkungsgrads infolge von Röntgenstrahlungsabsorption verhindert wird, während die Innenplatte so dick sein muß, daß sie eine Verformung des Eingangsfensterteils sicher verhindert. Die Außenplatte besitzt zu diesem Zweck bei einer Röntgenbildverstärkerröhre mit einem Durchmesser von z. B. etwa 150—229 mm eine Dicke von 20—200 μίτι, vorzugsweise von 30—100 μιτι, während die Innenplatte eine Dicke von 0,5—1,2 mm besitzt.

Die Außenplatte besteht aus einem beliebigen Metall, das sich mit einem Endabschnitt des Zylinders verschweißen läßt. Beispiele für solche Metalle sind Titan, rostfreier Stahl, Nickel, eine Nickellegierung, Kovar (eingetr. Warenzeichen), MU-Metall usw. MU-Metall und andere Legierungen mit hoher Permeabilitätszahl werden bevorzugt, weil damit die ungünstigen Einflüsse des Erdmagnetismus und äußerer magnetischer Felder anderer Vorrichtungen, etwa in Form einer Verzerrung des Wiedergabebilds, unterbunden werden können.

Der Zylinder kann aus Metall oder aus Glas bestehen. Wenn der Zylinder aus einem Metall besteht, solltcdieses mit einem Metallelement aus z.B. Kovar verschweißbar sein, das sich mit Glas verschmelzen bzw. verschweißen läßt, weil der Zylinder mittels eines solchen Metallelements luftdicht mit einem Ausgangsbehälter aus Glas verbunden wird. Derartige V/erkstof-

i« fe werden für das Metall der dünnen Außenplatte verwendet Wenn der Zylinder andererseits aus Glas hergestellt wird, wird er einstückig mit dem Ausgangsbehälter geformt, und sein einer Endabschnitt wird aus Kovar oder einem anderen Metall hergestellt, das mit

π Glas und. mit der Außenplatte verschweißbar ist Die dünne Außenplatte wird somit mit Hilfe des Metallelements luftdicht mit dem Glas-Zylinder verbunden bzw. in das Glas eingeschmolzen.

Im folgenden sind Ausführungsformen der Erfindung

2<> anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Die Rönigenbildverstärkerröhre gemäß F i g. 1 umfaßt einen evakuierten Kolben 6 mu einem Zylinder 2 aus Metall, einem leicht konvex gekrümmten Eingangsfensterteil 3, der luftdicht am einen Ende des Zylinders 2 angebracht ist, und einem aus Glas bestehenden Ausgangsbehälter 5, der am anderen Ende des Zylinders 2 luftdicht mittels eines Metallelements 4 eingeschmolzen ist, welches aus einem in Glas einschmelzbaren Metall, z. B. aus Kovar, besteht und einen U-förmigen

J" Querschnitt besitzt Im Inneren des Kolbens 6 befindet sich in der Nähe des Eingangsfensterteils 3 ein Eingangs-Schirm 7 aus einem Eingangs-Leuchtstoffbildschirm und einem photoelektrischen Bildschirm. Im Ausgangsbehälter 5 sind ein dem Eingangsschirm 7

)-, gegenüberliegender Ausgangs-Leuchtstoffbildschirm 8 und eine diesen umschließende Anode 9 angeordnet, während dicht an der Innenwand des Zylinders 2 eine Fokussierelektrode 10 vorgesehen ist.

In Fig.2 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkerröhre liargestellt, bei der ein Zylinder 12 und ein Ausgangsbehälter 14 einstückig aus Glas geformt sind und der Eingangsfensterteil 3 unter Herstellung einer vakuumdichten Abdichtung am Zylinder 12 mittels eines

>> Metallelements 16 angeschweißt ist, das einen. Endabschnitt des Zylinders 12 bildet und aus einem in Glas einschmelzbaren Metall, wie Kovar, besteht. Die Bildverstärkerröhre mit dieser Konstruktion bietet die Vorteile, daß die Zahl ihrer Bauteile kleiner und ihr

">" Zusammenbau einfacher ist.

F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab den Einschmelz- bzw. Abdichtbereich zwischen dem Zylinder und dem Eingangsfensterteil 3 der Röntgenbildver stärkerröhre nach Fig. 1 oder 2. Gemäß Fig.3 besitzt

j'i der Eir.jjisngsfensterteil 3 einen zweischichtigen Aufbau mit einer dünnen Außenplatte 21 einer Dicke von 50—100 μπι und aus einer Legierung, die z.B. 78 Gew.-% Ni, 5 Gew.-% Mo, Rest Eisen, enthält, und einer dünnen Innenplatte 22 aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,5—1 mm. Der Umfangsrand 25 der Innenplatte 22 ist am Innenbereich oder achsnahen Bereich eines Flansches 24 montiert, der am einen Endabschnitt 23 eines Röhren-Zylinders aus dsmselben oder einem anderen Werkstoff als dem der Außenplatte

b5 21 angeformt ist. Die Außenplatte 21 besitzt einen größeren Durchmesse"· als die Innenplatte 22, so daß sie mit ihrem Umfangsrand 26 über den Umfangsrand 25 der Innenplatte 22 hinausragt und mit diesem

Umfangsrand am Außenbereich des Flansches 24 befestigt ist. Der zwischen dem Flansch 24 und einem Metallring 27 festgelegte Umfangsrand 26 der Außenplatte 21 ist beispielsweise durch Schutzgas-Lichtbogenschweißung am Flansch 24 befestigt. Aufgrund ί dieser Ausgestaltung kann die Außenplatte 21 dünn sein, und der Eingangsfensterteil 3 läßt sich leicht vakuumdicht am Zylinder anschweißen. Die Innenplatte 22 wird bei evakuiertem Röhrenkolben 6 durch den Atmosphärendruck in Andruckberührung mit dem Flansch 24 ι» gehalten.

Fig.4 veranschaulicht ein anderes Beispiel für den Abdichtbereich zwischen dem Eingangsfensterteil 3 und dem Röhren-Zylinder. Dabei ist im Innenbereich eines Flansches 31 eine umlaufende Stufe 32 ausgebildet, an i> welcher der Umfangsrand 25 der Innenplatte 22 montiert ist.

Bei den Röntgenbildverstärkern gemäß den F i g. 1 und 2 ist der Eingangs-Leuchtstoffschirm getrennt vom Eingangsfenstsrtei! 3 angeordnet. Bei der weiteren "> Abwandlung nach F i g. 5 ist dagegen ein Eingangs-Leuchtstoffschirm 41 an der Innenfläche der dünnen Innenplatte 22 angebracht. In diesem Fall würde die Wärme auf die Innenplatte 22 übertragen werden und den Eingangs-Leuchtstoffschirm 41 ungünstig beeinflussen, wenn der Umfangsrand 26 der Außenplatte 21 mit dem Flansch 31 verschweißt wird. Um dies zu vermeiden, ist ein wärmeisolierendes Material 43, z. B. ein Keramikmaterial, in den Zwischenraum 42 zwischen Außenplatte 21, Innenplatte 22 und Flansch 31 eingesetzt.

Bei der vorstehend beschriebenen Röntgenbildverstärkerröhre mit einem Eingangsfensterteil in Form einer zweischichtigen Konstruktion wird eine absolut vakuumdichte Abdichtung zwischen dem Eingangsfensterteil 3 und dem Zylinder 12 durch die dünne Blech-Außenplatte 21 gewährleistet, während die Innenplatte 22 ausreichende Festigkeit zur Aufnahme des Atmosphärendrucks bietet. Hierdurch wird eine Röntgenbildverstärkerröhre erhalten, bei der eine vollkommene Abdichtung zwischen Eingangsfensterteil und Zylinder vorhanden ist, wobei die Ausgangs- oder Wiedergabebilder gute Kontrasteigenschaften besitzen, ohne daß eine Verformung des Eingangsfensterteils auftritt Insbesondere dann, wenn die Außenplatte 21 allein oder diese und der Zylinder 12 aus MU-Metall oder einer anderen Legierung mit hoher Permeabilitätszahl geformt werden, werden äußere Magnetfelder sicher abgeschirmt, so daß eine Verzerrung der Wiedergabebilder durch äußere Magnetfelder unbedingt verhindert wird.

Um die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Röntgenbildverstärkerröhre gegenüber bisherigen Vorrichtungen dieser Art aufzuzeigen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt:

Zunächst wurde ein Röntgen-Eingangsfensterteil aus 0,2 mm dickem Blech aus rostfreiem Stahl für eine Röntgenbildverstärkerröhre mit einem Röhren- Eingangsfenster von 150 mm Durchmesser angefertigt. Dabei wurde Röntgenstrahlung mit einer Energie von 60 keV beim Durchgang durch den Eingangsfensterteil auf etwa 74% gedämpft. Zur Gewährleistung von Festigkeit gegen den Atmosphärendruck mußte die Dicke des rostfreien Stahlblechs 0,2 mm oder mehr betragen.

Dagegen zeigte ein Eingangsfensterteil mit Zwischenschichtaufbau aus rostfreiem Stahlblech von 50 μπι Dicke und einem Aluminiumblech von 0,5 mm Dicke einen Röntgenstrahlung-Durchlässigkeitsgrad von 89%. Dieser, im Vergleich zu dem mit dem 0,2 mm dicken rostfreien Stahlblech beträchtlich verbesserte Wert ist kaum niedriger als der Wert von 91% für eine 0,5 mm dicke Einzelplatte aus Aluminium. Dieser Eingangsfensterteil zeigte eine zufriedenstellende Festigkeit oder Beständigkeit unter dem einwirkenden Atmosphärendruck und nur eine minimale Streuung der Röntgenstrahlung. Obgleich ein aus Glas bestehender, 3 mm dicker Eingangsfensterteil einen Röntgenstrahlungs-Durchlässigkeitsgrad von 88% ergab, konnte mit ihm eine Verschlechterung des Kontrasts der Wiedergabebilder aufgrund von Röntgenstrahlungsstreuung nicht vermieden werden.

Die dünne Außenplatte kann durch Pressen oder Tiefziehen einer flachen Metallblechplatte hergestellt werden. Wenn die Außenplatte aus MU-Metall hergestellt wird, wird sie bei einer Temperatur von z. B. 1000° C oder mehr geglüht, wodurch ihre durch die Spannungen beim Formvorgang herabgesetzte Permeabilitätszahl auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt werden kann. Das Material der innenplatte ist nicht auf Aluminium beschränkt, vielmehr kann die mechanische Festigkeit dieser Innenplatte durch Verwendung z. B. einer Legierung verbessert werden, die 03 Gew.-% Mg, 1,0 Gew.-% Si, 03 Gew.-% Fe und im Rest Al enthält. Diese Verbesserung läßt sich ohne größeren Verlust des Durchlässigkeitsgrads für Röntgenstrahlung erzielen.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer Röntgenbildverstärkerröhre beschrieben ist, ist sie auch auf einen Bildverstärker zur Messung von Hochenergiestrahlung, etwa auf einen y-Strahlungsbildverstärker, anwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Röntgenbildverstärkerröhre, bestehend aus einem evakuierten Röhrenkolben (6) mit einem Zylinder (2, 12), einem vakuumdicht mit dem einen Ende des Zylinders verbundenen Eingangsfensterteil (3) und einem am anderen Ende des Zylinders angeformten Ausgangsbehälter (5,14), wobei zumindest der am Eingangsfensterteil (3) liegende Endabschnitt des Zylinders (2,12) aus einem Metall geformt ist und der Eingangsfensterteil (3) einen Mehrschichtaufbau aus dünnen Metallplatten aufweist, von denen die dickere aus Aluminium und die dünnere aus einem mit dem Metall des Endabschnitts (23) verschweißbaren Metall besteht, da- ti durch gekennzeichnet, daß die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Platte eine Innenplatte (22) und die mit dem Endabschnitt (23) verschweißbare Platte eine Außenplatte (21) bildet, daß der Umfangsrand (25) der Innenplatte (22) an einem Innenbereich eines Flansches (24,31) des Endabsehniues (23) gehalten ist, und daß der Umfangsrand (26) der Außenplatte (21) über den Umfangsrand (25) der Innenplatte (22) hinausragt und mit einem Außenbereich des Flansches (24, 31) verschweißt oder verschmolzen ist.

2. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2, 12) ganz aus Metall hergestellt ist und an seinem Ende mit dem aus Glas bestehenden Ausgangsbehälter (15,14) mitt:!s eines Metallelements (4) vakuumdicht verschweißt ist, an dem Glas unschmelzbar ist.

3. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ier Zylinder (2, 12) J5 einstückig mit dem AusgangsDehälter (5, 14) aus Glas geformt ist und daß ein den Endabschnitt (23) bildendes Metallelement (16) an dem einen Ende des Zylinders (2,12) in das Glas eingeschmolzen ist.

4. Röntgenbildverstärkerröhre nach einem der ·*ο Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Außenplatte (21) aus Titan, rostfreiem Stahl, Nickel, einer Nickellegierung, einem in G!as einschmeizbaren Metall und/oder einem Metall mit hoher Permeabilitätszahl hergestellt ist.

5. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2,12) aus rostfreiem Stahl, Nickel, einer Nickellegierung, einem in Glas einschmelzbaren Metall und einem Metall oder einer Legierung mit hoher Permeabilitätszahl hergestellt ist.

6. Röntgenbüdverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenbereich des Umfangrands (26) der dünnen Außenplatte (21) ein Metallring (27) aufgesetzt ist.

7. Röntgenbildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um den Umfangsrand (25) der dünnen Innenplatte (22) herum ein Ring aus wärmeisolierendem Material (43) angeordnet ist.

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