DE1764905C3 - Funkenkammer - Google Patents

Description

Eine Funkenkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bekannt aus der GB-PS10 89 018.

Derartige Funkenkammern werden bekanntlich als Bildwandler, d.h. dazu verwendet, unsichtbare mit ionisierenden Strahlen hergestellte Bilder auswerten zu können, insbesondere bei der Röntgendurchleuchtung oder der Untersuchung durch radioaktive Isotope strahlend gemachter Organe.

Bei bekannten Funken-Bildwandlern wie auch bei denjenigen nach obengenannter GB-PS, hat man in der Regel einander parallel gegenüberstehende, an elektrischer Spannung liegende Platten verwendet, zwischen denen sichtbare Funkenentladungen in Abhängigkeit von der Bestrahlung auftreten. Um ein brauchbares Bild zu erhalten, hat man dabei die Elektroden senkrecht zur Strahlenrichtung gelegt, die dann ebenso verläuft wie das elektrische Feld. Dabei ist die Wirksamkeit der Strahlen nur gering. Die Quantenumwandlung kann wegen der zwischen der Absorption der einfallenden Strahlen und der Reichweite der ausgelösten Elektronen, die sich wie 40:1 verhalten, nur gering sein. Einerseits soll nämlich die Umwandlungsschicht dick sein, damit möglichst viele Quanten absorbiert werden. Andererseits darf die Dicke der Absorptionsschicht, d. h. der Fotokathode, nicht stärker sein als die mittlere Reichweite der ausgelösten Elektronen, damit diese überhaupt noch nach außen durchdringen können. Eine bekannte, aus Silber bestehende Kathodenschicht sollte z. B. 0,015 mm dick sein. Die darauf beruhende geringe Quantenwirksamkeit der Funken-Bildwandler hat daher bis jetzt eine allgemeine Verbreitung von Bildwandlern diesei Art verhindert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Funkenkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 den Umsatz der ionisierenden Strahlen zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch

ίο die im Kennzeichen dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst

Durch den neuen Aufbau, d.h. die Anordnung der Kathode und Anode, parallel zur Strahlenrichtung ergibt sich ein größerer Absorptionsweg für die

IS einfallenden Quanten, ohne daß eine wesentliche Vergrößerung der Elektronenaustrittswege im Kathodenmaterial, die wegen der bekanntlich im Verhältnis 1 :40 stärkeren Absorption der Elektronen klein sein sollen, hingenommen werden muß. Dies beruht darauf,

ίο daß man für den Aufbau der Kathode ein Blech benutzen kann, welches dünner ist als die Reichweite der erzeugten Elektronen, so daß beiderseits Elektronen austreten und zur Abbildung herangezogen werden können. Andererseits erstreckt sich die große Ausdehnung des Bleches in Richtung der Strahlen oder gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gegenüber diesen geneigt z. B. so viel, daß die Projektoin der Kathodenteile in die Strahleneintrittsebene diese Fläche voll bedeckt so daß die Absorptionswege nahe der Oberfläche des Bleches verlaufen und lang werden. Bei Schrägstellung der Kathodenteile wird außerdem die Absorption, also die Zahl der Umwandlungsprozesse der Strahlen groß. Die Anordnung der Bleche kann so gewählt werden, daß auch bei großer Ausdehnung der Bleche in Richtung der Strahlen keine Verschlechterung der Abbildung entsteht, etwa wenn die Bleche in der Form eng aneinanderliegender, vorzugsweise sechsekkigen Querschnitt aufweisender Röhrchen ausgestaltet sind, in deren Zentrum die Anodenteile z. B. als Stäbe angeordnet sind.

Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung von Röhrchen aus Neusilberblech mit einer Wandstärke von 03 mm, einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 60 mm als Kathoden und in ihrem Zentrum angeordneten Anoden, welche die Form von 1 mm starken Wolframstäben haben, bei 60 KeV Strahlung eine gegenüber den bekannten Einrichtungen um 400% erhöhte Quantenausbeute erhalten wird Diese Ausbeute kann sicher noch gesteigert werden, wenn die

so Anordnung z. B. hinsichtlich der verwendeten Materialien und der Abmessungen usw. optimiert wird.

Auf einfachere Weise kann man, insbesondere in der Isotopentechnik brauchbare Bilder hinreichender Auflösung erhalten, indem man sowohl die Kathodenplatte

SS als auch die Anodenplatte in Streifen zerlegt und diese wenigstens angenähert parallel zur Strahleneinfallsrichtung anordnet und abwechselnd als Kathode bzw. Anode schaltet Auch hierbei wird, wie leicht ersichtlich ist das elektrische Feld eine Ausdehnung erhalten, die

wenigstens angenähert quer zum Strahleneinfall liegt Eine Verbesserung dieser Ausbildung kann etwa erzielt werden, indem die Anode, in Annäherung an die Ausbildung mit dem Röhrchen, aus einzelnen Stäben hergestellt ist, die an einem Ende in der Form eines

Kammes miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Stäbe liegen dabei mit ihren Längsachsen parallel zur Breite der Kathodenstreifen.
Als Gasfüllung sind an sich slle bekannten, selbstlö-

sehenden Gase und Gasgemische brauchbar. Besonders geeignet sind Mischungen, die schweratomige Gase, wie etwa Xenon oder Argon und einen Löschgaszusatz von z. B. 10% Methan enthalten.

Die Anordnung von Kathoden- und Anodenteilen erfolgt so, daß man Röhrchendurchmesser bzw. Streifenabstände erhält, die bei vorgegebenen einfallenden Strahlen, zur Herstellung verwendeten Materialien, Gasfüllung und angelegter Spannung, ein Optimum der Wirkung ergeben. Bei der Ausbildung als nebeneinanderliegende, streifenförmige Platten, die abwechselnd als Anode und als Kathode geschaltet sind, ergibt sich bei der Benutzung von Messing als Kathoden- und Anodenmaterial eine Wandstärke von etwa 03 mm sowie ein Abstand von 3 mm. Auch andere Metalle mittlerer bis hoher Ordnungszahl lassen gute Ergebnisse erwarten. Für die Abstützung der Anoden und Kathoden aneinander können beliebige elektrisch gut isolierende Stoffe benutzt werden, etw.~ Acrylglas, Keramik oder Glas.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert.

In der F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel gezeichnet, bei welchem eine Funkenkammer mit bisnenwabenförmiger Kathode versehen ist

In der F i g. 2 ist ein Ausschnitt aus der Fotokathoden-Anoden-Kombination der Funkenkammer nach F i g. 1 herausgezeichnet, so daß besonders der sechseckige Querschnitt der Röhrchen sichtbar ist, in deren Längsachsen die Anoden in der Form von runden Streifen angeordnet sind.

In der Fig.3 ist ein schematischer Querschnitt abgebildet durch eine Anordnung, bei welcher die Kathoden und die Anoden plattenförmig sind und

in der F i g. 4 eine Detailzeichnung eines Querschnitts aus F i g. 3 mit kammerartiger Anode sowie

in der F i g. 5 eine Detailzeichnung für den Fall, daß auch die Anode die Form geschlossener Platten hat

In der Fig. 1 ist der mit den Hähnen la und \b versehene geschlossene Kasten mit 1 bezeichnet in welchem die Anode 2, die am positiven Pol der Gleichspannungsquelle 3 liegt, angeordnet ist Der negative Pol der Stromquelle 3 ist mit der Kathode 4 verbunden, die aus einer in ein Bündel zusammengefaßter Mehrzahl von Röhrchen besteht Zur Aufzeichnung ist der freien Stirnfläche der Kathodenröhrchen die fotografische Aufnahmeeinrichtung S zugeordnet. Die Kathodenröhrchen werden aus aneinander gelagerten 60 mm breiten Streifen 7 aus 0,30 mm starkem Messingoder Schwermetallblech (F i g. 2) erhalten, die ein Profil haben, das nebeneinander erhaben und eingedrückt jeweils die Form eines halben Sechsecks hat, so daß sie beim Aneinanderlegen der Bleche bienerrvabenartig angeordnete sechseckige Röhrchen von 6 mm Durchmesser ergeben. Die Anode ist in der Form der Stäbe 8 jeweils in der Längsachse der sechseckigen Röhrchen angebracht und dort am Anfang und am Ende der Röhrchen durch ein Stück Isolierstoff (9 und 10) gehalten, einem durchsichtigen Material, nämlich Acrylglas.

Beim Anlegen einer Spannung kurz unterhalb der Durchbruchsspannung, in vorliegendem Fall 3 kV, und Auftreffen der ionisierenden Strahlen entsprechend der Pfeile 6, wird an den bestrahlten Stellen in Abhängigkeit von der Anzahl der absorbierten Quanten eine 6} Funkenentladung erhalten. In den Röhrchen der Kathode 4 ist eine aus 90% Xenon und 10% Methan bestehende Gasatmosphäre enthalten, zu deren Austausch gegenüber dem Raum des Kastens 1 sind die Halterungen 9 und 10 am Anfang und am Ende der Kathodenröhrchen mit je einer öffnung 9a und 10a versehen. Die Funkenentladung wird an den Oberflächen der Kathodenanordnung 4 sichtbar. Dabei ist jedem Röhrchen der Kathode 4 ein einen Winkel von 40° an der Spitze aufweisender Kegel 5' aus durchsichtigem Kunststoff, nämlich Acrylglas, zugeordnet, so daß eine Axicon-Optik entsteht Das sichtbare Funkenbild kann mittels der den Spitzen der Kegel 5' vorgelagerten Kamera 5 registriert werden, so daß eine zur Dokumentation brauchbare Aufnahme erhalten wird.

In der Fig.3 ist schematisch ein Bildverstärker dargestellt bei dem die Kathoden 11 und Anoden 12 der Elektrodenanordnung mit der Spannungsquelle 15 jeweils gemeinsam über die Leitungen 13 und 14 verbunden sind. Auch diese Teile 11 bis 14 befinden sich in einem über Hähne 11a und üb mit Gas füllbaren geschlossenen Kasten lic

Entsprechend Fig.4 ist die Kathode 11 aus den nebeneinander angeordneten Platten 16 aufgebaut die 60 mm breit 0,30 mm stark sind und aus einem Metall mit mittlerer Ordnungszahl bestehen. Sie haben einen Abstand von 3 mm, der jeweils am oberen und am unteren Rand der Platten 16 durch Abstandshalter 17, 18 aus isolierendem Kunststoff, nämlich Acrylglas, gehalten wird. In dem Kunststoff sind als Anode 12 mit ihren Längsachsen parallel zu den Platten 16 Metallstäbe 19 gehalten, die an ihrer Unterseite durch die Abstandshalter 18 hindurchgehen und an ihrer oberen Seite noch vor dem Erreichen der Oberfläche der isolierenden Abstandshalter 17 enden. Die Stäbe 19 bestehen aus rostfreiem Stahl, haben kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 1 mm und eine Länge, die derjenigen der Plattenbreite bis auf etwa 0,5 mm entspricht Die angelegte Spannung der Stromquelle 15 beträgt etwa 3 kV.

Beim Auftreffen von ionisierenden Strahlen aus der Richtung der Pfeile 20 werden auch bei dieser Anordnung zwischen den Kathodenplatten 16, der Kathode 11 und den Stäben 19 der Anode 12 Funkenentladungen hervorgerufen, die beobachtbar, fotografierbar und als elektrische Signale über entsprechende Kanäle, z. B. Kernspeicher-Matrix, darstellbar sind. Für die digitale Abnahme als elektrische Signale, die auch bei der Ausbildung gemäß F i g. 2 durchführbar ist, werden allerdings Ableitungen von den Anoden 8 bzw. 19 benötigt, damit die flächenhafte Zuordnung der Signale zu den Bildpunkten möglich ist.

Der in der F i g. 5 dargestellte Ausschnitt bezieht sich auf eine andere Ausgestaltung der Kathode U und der Anode 12. Sie bestehen aus Blechstreifen 21, 22 von 030 mm Stärke und 60 mm Breite. Die einzelnen .Streifen 21 und 22 sind in einem Abstand von 035 mm nebeneinander in dem geschlossenen Kasten Hc untergebracht Der Abstand wird durch die am oberen und unteren Rand der Streifen 21 und 22 eingelegten Acrylglasleisten 23, 24 gehalten. Wegen der Verwendung transparenten Acrylglases ist eine Beobachtung der Anordnung von beiden großen Flächen her möglich. Der Gasaustausch gegenüber dem Gasraum im Kasten lic ist ausreichend, weil die Zwischenräume zwischen den Streifen 21, 22 seitlich offen sind. Die Länge der Kathoden- und Anodenstreifen 21, 22 ist dem abzubildenden Bildformat angepaßt und beträgt für den vorliegenden Bildwandler, der in der medizinischen Röntgentechnik angewandt wird 30 cm, ebenso wie die

aus der Anzahl der nebeneinander angeordneten einzelnen Streifen sich ergebenden Breite. Die zwischen den Kathodenstreifen 21 und Anodenstreifen 22 eingefüllte Gasmischung besteht aus Argon mit einem Zusatz von 10% Methan und besitzt einen Druck der knapp über Atmosphärendruck liegt. Der über die Leitungen 25 und 26 angelegte Gleichstrom besitzt eine Spannung von 3 kV. Die Elektrodenstreifen 21, 22 sind um ihre Längsachsen gegenüber dem Zentralstrahl 27 von der als Röntgenröhre bezeichneten Strahlenquelle 28 um den mit A bezeichneten Winkel von 3° gedreht, so daß die gesamte Eintrittsfläche der Röntgenstrahlen aus dem Strahlenbündel 29 von der Projektion der Kathodenstreifen 21 entgegen der Strahlenrichtung bedeckt ist. Im übrigen entspricht die Wirkung derjenigen bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den anderen Figuren dargestellt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Funkenkammer zum Umwandeln einer Verteilung von Röntgen- oder Gamma-Strahlung in ein sichtbares Funkenbild, mit einer Kathode und einer Anode, deren jede aus mehreren leitenden, länglichen Teilen besteht, die parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die stab- oder streifenförmigen Teile senkrecht zur Strahlungseintrittsfläche der Funkenkammer angeordnet sind, so daß die Richtung des elektrischen Feldes parallel zur Strahlungseintrittsfläche liegt

2. Funkenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Anode (12) als auch die Kathode (11) aus Streifen (21,22) bestehen, die in Abständen parallel nebeneinander angeordnet und abwechselnd als Anode und Kathode geschaltet sind.

3. Funkenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (4,11) aus parallel zueinander angeordneten Streifen besteht, zwischen denen die Anodenteile als eine Mehrzahl von Stäben (9,18) angeordnet sind.

4. Funkenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode (4) bildenden Streifen in Form von Röhrchen angeordnet sind, in deren Zentrum sich jeweils ein Anodenstab (8) befindet (F ig. 1 und 2).

5. Funkenkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen sechseckigen Querschnitt haben (F i g. 2).

6. Funkenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einfallende Strahlung gegenüber der Senkrechten zur Strahlungseintrittsfläche derart geneigt ist, daß die senkrechte Projektion der die Kathode bildenden Teile den gesamten Strahlungsquerschnitt bedeckt