DE2365189C2 - Bildkammer für eine radiographische Einrichtung - Google Patents

Description

wobei ρ die Lage auf der Elektrodenspaltfläche, V_g der Spannungsabfall am Spalt in der Spaltmitte, D der Abstand von einer Elektrodenspaltfläche zur Röntgenquelle, d der Abstand zwischen den Elektrodenspaltflächen, D'=D+d und χ der Abstand von ρ von der Spaltmitte in Polarkoordinaten für ebene Elektroden und der axiale Abstand von ρ von der Spaltmitte für zylindrische Elektroden ist

3. Bildkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Elektroden (24', 21') eine Vielzahl von Abschnitten (40—45, 46—51) aus einem Material geringer Stromleitfähigkeit aufweist, wobei jeder Abschnitt eine unterschiedliche und im wesentlichen gleichförmige Stromleitfähigkeit besitzt

4. Bildkammer nach einem der Ansprüche 1 — 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21,24) ebene parallele Spaltflächen und eine mittlere Scheibe aus einem Material hoher Stromleitfähigkeit besitzen.

5. Bildkammer nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21,24) konzentrische zylindrische Spaltflächen und einen mittleren gekrümmten Streifen (30') aus einem Material hoher Stromleitfähigkeit besitzen.

6. Bildkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 24) aus Metall bestehen, daß eine e^pste dielektrische Platte (27; 60) an der ersten Elektrode (24) und eine zweite dielektrische Platte (22; 61) an der zweiten Elektrode (21) einen Spalt zwischen den Platten festlegen, und daß jede der Platten eine Dielektrizitätskonstante besitzt, die sich über die Platte hinweg so verändert, daß das elektrostatische Potential an den Spaltflächen gleich dem elektrostatischen Potential für konzentrische, kugelförmige Metallelektroden ist.

7. Bildkammer nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

•zeichnet, daß jede Platte eine erste Schicht mit einer ersten Dielektrizitätskonstante und eine zweite Schicht mit einer zweiten Dielektrizitätskonstante aufweist, wobei eine der Schichten eine maximale Dicke hat und die Dicke auf einen minimalen Wert an den Rändern abnimmt, und wobei die andere der Schichten eine komplementäre Dicke aufweist

8. Bildkammer nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Stromleitfähigkeit pro Flächeninhalt durch Änderung der Dicke der Elektrode und/oder durch Änderung der Stromleitfähigkeit des Materials der Elektrode von der mittleren Zone zu den Rändern bedingt ist

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Röntgenbildern ohne Verwendung herkömmlicher Röntgenfilme, und insbes. auf eine Verbesserung einer Elektrodenkonstruktion für eine Bildkammer, wie sie beispielsweise Gegenstand der DE-OS 22 58 364 ist Bei eine' derartigen radiographischen Einrichtung wird ein für Röntgenstrahlen undurchlässiges Gas zwischen zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektroden, die an eine gemeinsame Speisequelle gelegt sind, in einer Bildkam-raer verwendet, um einen fotoelektrischen Strom innerhalb dieser Kammer zu erzeugen, der auf einer dielektrischen Platte gesammelt wird, die auf einer der Elektroden angeordnet ist, wobei ein latentes elektrostatisches Bild entsteht Das latente Bild wird dann nach den Methoden der Xerographie sichtbar gemacht. Das Sammeln der Primär-Fotoelektronen, die durch die Röntgenstrahlen erzeugt werden, welche in den mit Gas gefüllten Spalt zwischen den Elektroden absorbiert werden, und der Sekundärelektronen, die durch Auftreffen der Primärelektronen auf die Gasatome entstehen, wird durch Anwendung einer zwischen den Elektroden angelegten Beschleunigungspotentialdifferenz vorzugsweise in der Größenordnung von einigen bis 10 kV erzielt

Bei üen herkömmlichen Anordnungen erfüllt das Gas in dem Zwischenelektrodenspalt zwei maßgebliche Aufgaben, nämlich erstens als möglichst wirksamer Absorber von Röntgenstrahlen, um eine hohe Empfindlichkeit in der Abbildung zu erzieler, und zweitens als Mittel zum Verlangsamen der Primärelektronen und zum Erzeugen von Sekundärelektronen in einem möglichst kurzen Abstand von der Erzeugungsstelle, um die Auflösung des Abbildungssystems zu erhalten. Aus diesen Gründen ist das gewählte Gas ein Gas hoher Ordnungszahl, z. B. Krypton oder Xenon, das in dem Zwischenelektrodenspalt bei hohem Druck, vorzugsweise 20 Atmosphären oder darüber aufgenommen ist.

Der maximale Gasdruck im Spalt ist im wesentlichen

dadurch begrenzt, daß es mit zunehmendem Druck immer schwieriger wird, das Gas in einer Kammer mit für Röntgenstrahlen durchlässigen Wandungen einzuschließen. Für einen gegebenen Gasdruck kann eine erhöhte Absorption dadurch erreicht werden, daß die Zwischenelektrodenspaltbreite vergrößert wird. Es ergibt sich daraus eine geringe Zunahme in der seitlichen Diffusion der Elektronen, wenn diese sich auf die Sammelelektrode zu bewegen. Die Fleckgröße ist jedoch aufgrund der Diffusion für Spaltdrücke von 20 Atmosphären oder darüber, selbst für Spaltbreiten von 1 cm oder mehr sehr klein. Der Grenzfaktor bei der

Bildauflösung ist nicht die Elektronendiffusion, sondern .die geometrische Unscharfe, die sich aus dem schrägen Einfall von Röntgenstrahlen in den Abbildungsspalt ergibt

Dies ist in F i g. 1 dargestellt, die die zunehmende Verringerung des Auflösevermögens nut der Abweichung der Röntgenstrahlen von dem senkrechten Einfallswinkel zeigt Röntgenstrahlen, die längs der Mittenstrahllinie QAA' einfallen, erzeugen Photoe'sktronen längs der Linie AA', die in dem Gas vervielfacht werden (durch Erzeugung von Sekundärelektronen) und die durch das elektrische Feld E beschleunigt werden, das senkrecht zur Anode und Kathode und damit parallel zur Linie AA'verläuft Die Elektronen werden an der Aufnahmeplatte in einem Fleck um den Punkt A gesammelt dessen Breite klein ist und durch den Bereich der Primärphotoelektronen und durch Diffusion der Sekundärelektronen bestimmt wird. Der effektive Fleckdurchmesser aufgrund dieser Effekte ist kleiner als 0,1 mm. Die Ladungsverteilung, die um die Stelle A gesammelt wird, hat bei A ein Maximum und fällt mit zunehmendem Abstand von dem Punkt ab, wie schematisch in F i g. 2 gezeigt ist Andererseits durchlaufen Röntgenstrahlen, die längs der Linie OBB' einfallen, das Gas in einem Winkel θ zum senkrechten Vektor der Ebenen der Elektroden, und damit zum Feld E, und die längs der Linie BB' erzeugten Elektronen werden nicht um den Punkt B herum gesammelt, sondern um die Linie ßß"herum, wobei Z?"die Projektion des Punktes B'auf die Aufnahmeplatte längs der Richtung von E ist Aufgrund der Dämpfung des Röntgenstrahles durch das Gas beim Durchqueren des Spaltes längs BB' werden mehr Ladungen um B als um B" gesammelt und das resultierende Ladungsbild des Strahles OBB' ist schematisch in Fig.2 gezeigt aus der entnommen werden kann, daß sich ein geometrisch unscharfes Bild aus der Absorption des Strahles OÄB'ergibt, das stärker nach B hin und weniger stark nach ß'hin bewertet wird.

Für einen nach einem Winkel θ einfallenden Strahl und für eine Zwischenelektrodenspaltbreite d ist die Erstreckung des unscharfen Bildes proportional Qd für praktische Werte der Spaltbreite und den Druck (für welche der mittlere freie Pfad—der Röntgenstrahlabsorption so ist, daß μ<ί< 1 ist, wobei μ der Röntgenstrahldämpfungskoeffizient ist. Somit kann die geometrische Unscharfe entweder dadurch verringert werden, daß θ verkleinert wird, was eine Verringerung der Feldgröße einschließt da das Maximum von Θ gleich dem Verhältnis des maximalen Bildradius zu dem sogenannten Film-Brennpunkt-Abstand ist, oder dadurch, daß die Spaltbreite d verringert wird, was eine geringere Absorption der einfallenden Röntgenstrahlen und damit einen Verlust des Quantenwirkungsgrades oder der Empfindlichkeit der Anordnung ergibt

Die fundamentale Ursache der geometrischen Unscharfe bei dem elektrostatischen latenten Bild, das auf der Aufnahmeplatte gebildet wird, ist das Fehlen der Koinzidenz zwischen der Linie, längs der einfallende Röntgenstrahlen Photoelektronen erzeugen, und den Feldlinien, die diese Elektronen zur Aufnahmeplatte hin beschleunigen. Da die Elektronenerzeugungsbahnen Teile gerader Linien oder Strahlen sind, die alle auf einen gemeinsamen Mittelpunkt, z. B. die Röntgenquelle, hinzeigen, sollen zur Vermeidung einer geometrischen Unscharfe die elektrischen Feldlinien in dem Gasspalt auch Teile von Strahlen sein, die auf den gleichen Mittelpunkt hinzeigen. Genauer ausgedrückt bedeutet dies, daß die Äquipotentialflächen des elektrostatischen Potentials in dem Gasspalt Teile konzentrischer Kugeln sein müssen, die ihren Mittelpunkt in der Röntgenstrahlquelle haben. Dies ist dann der Fall wenn die Elektroden der Abbildungskammern oder die inneren (dem Spalt zugewandten) Oberflächen dieser Elektroden, die die Begrenzungen des Gasspaltes bilden, Teile konzentrischer kugelförmiger Hüllen sind, deren Mittelpunkte an der angenommenen Sollstelle

ίο einer Röntgenstrahlquelle liegen, so daß das elektrische Feld zwischen den Elektroden radial verläuft wobei alle Feldlinien (oder statt dessen die Verlängerungen der Feldlinien über die Elektroden hinaus) durch den gemeinsamen Mittelpunkt der kugelförmigen Hüllenelektroden verlaufen. Mit einer derartigen Konfiguration, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist und unter der Annahme, daß die Röntgenstrahlquelle in dem gemeinsamen Mittelpunkt der konzentrischen Elektroden angeordnet ist sind alle die Linien AA', BB', längs deren Primärelektronen erzeugt werden, Feldlinien, und die Elektronen werden somit längs der gleichen Linien beschleunigt, entlang weichen sie erzeugt wurden, und zwar mit resultierenden »Punkt«-Bildern mit nur durch den Elektronenbereich festgelegten Dimensionen, die keine geometrische Unscharfe aufweisen.

Während vorstehende Lösung des Problems der Unscharfe durch Verwendung konzentrischer, kugelförmiger Kappenelektroden möglich ist hat diese Lösung erhebliche Nachteile, deren wichtigster darin besteht, daß es schwierig ist ebene Bilder mit kugelförmigen Elektroden herzustellen. Wenn die dielektrische Aufnahmeplatte, die das latente elektrostatische Bild aufnimmt eben ist ist es außerordentlich schwierig, das Bild auf eine kugelförmige Oberfläche zu strecken, die topologisch unterschiedlich von einer ebenen oder zylindrischen Oberfläche ist, so daß es notwendig wird, daß die Oberfläche elastisch und ungleich gestreckt wird, damit sie einer kugelförmigen Gestalt angepaßt wird. Die Schwierigkeit wird dadurch erhöht, daß dies innerhalb eines Druckgefäßes mit nur einigen wenigen Millimetern zwischen den Wandungen durchgeführt werden muß. Wenn ein permanent befestigtes Dielektrikum als die Aufnahmeplatte für die latenten Bilder verwendet wird, auf denen das sichtbare Bild zuerst ausgebildet wird, tritt die Schwierigkeit auf, das auf dieser Aufnahmeplatte erhaltene Bild auf die Endaufnahmeplatte zu übertragen, die eben sein muß. Dies wiederum ist praktisch sehr schwer zu realisieren.
Zusammenfassend hat eine Abbildungskammer mit ebenen parallelen Elektroden den Vorteil der einfachen Befestigung der dielektrischen Aufnahmeplatte und ganz allgemein der praktischen Brauchbarkeit hat jedoch den Nachteil der geometrischen Unscharfe. Andererseits behebt eine Kammer mit sphärischen Elektroden das Problem der geometrischen Unscharfe, ist jedoch in einer praktischen Anordnung schwierig zu verwirklichen. In bestimmten Anwendungsfällen ist es erwünscht die Elektroden der Abbildungskammer zylindrisch auszubilden, weil eine solche Anordnung eine zusätzliche mechanische Festigkeit ergibt und die Aufnahmeplatte einfacher auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht werden kann. Eine zylindrisch gekrümmte Oberfläche ist topologisch äquivalent einer ebenen Oberfläche, so daß keine Streckung einer ebenen Aufnahmeplatte erforderlich ist während die Krümmung gestattet, daß eine durch eine Walze vorgeschobene Aufnahmeplatte in Kontakt mit der gekrümmten Oberfläche einfacher als mit einer ebenen Oberfläche

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- gezogen wird. Die Elektrodenoberflächen an dem Spalt bei der zylindrischen Konfiguration sind üblicherweise Teile von koaxialen Zylindern, wobei ihre gemeinsame Achse durch die Röntgenquelle geht Die Äquipotentialflächen in dem Gasspalt einer Abbildungskammer mit koaxialen, zylindrischen Elektroden sind ebenfalls Teile von koaxialen Zylindern, und deshalb tritt auch hier das Problem der geometrischen Unscharfe ähnlich dem Problem, das bei ebenen parallelen Elektroden vorliegt, auch für den Fall zylindrischer Elektroden auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bei Bildkammern bekannter Art auftretende Problem der geometrischen Unscharfe durch schrägen Röntgenstrahleneinfall zu lösen und gleichzeitig eine ebene oder zylindrische Oberfläche der dielektrischen Aufnahmeplatte beizubehalten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung, aus der die Arbeitsweise einer Abbildungskammer mit ebenen parallelen Elektroden sichtbar wird,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Ladungsverteilung für die Konfiguration nach F i g. 1,

Fig.3 eine schematische Darstellung ähnlich der nach Fig. 1, in der konzentrische, kugelförmige Elektroden dargestellt sind,

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Röntgenanordnung mit einer Abbildungskammer, in der die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,

F i g. 5 in vergrößerter Darstellung die Abbildungskammer nach F i g. 4,

F i g. 6 schematisch eine äquivalente Stromkreisdarstellung der Abbildungskammer nach F i g. 5,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht mit Aufsicht auf eine zylindrische Kathode, die eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung darstellt

F i g. 8 eine Ansicht ähnlich der nach F i g. 5, die eine weitere Ausführungsform zeigt

F i g. 9 eine Ansicht ähnlich der nach F i g. 7, die die abgeänderte Ausführungsform nach Fig.8 in Verbindung mit einer zylindrischen Elektrode zeigt und

F i g. 10 eine Ansicht ähnlich der nach den F i g. 5 und 8 für eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die Anordnung nach F i g. 4 zeigt eine Röntgenröhre 10, die direkt einen Gegenstand 11 bestrahlt der auf einem Tisch 12 angeordnet sein kann. Eine Abbildungskammer 13, die die Aufnahmeplatte 14 aufnimmt kann unterhalb des Tisches angeordnet sein, wobei Röntgenstrahlen von der Quelle 10 durch den Gegenstand 11 hindurch und in den gasgefüllten Spalt 15 der Abbildungskammer 13 gehen. Die Auslegung der Abbildungskammer selbst ist nicht Gegenstand vorliegender Erfindung, und es können verschiedene bekannte Abbildungskammern einschließlich der weiter oben zum Stande der Technik' angegebenen verwendet werden.

Die Abbildungskammer kann ein Gehäuse 20 mit einer Kathode 21 hohen Widerstandes aufweisen, welche auf einer Isolierplatte 22 aufliegt Die Gehäuseabdeckung 23 kann als elektrische Erde dienen, wobei die Mittel 23 der Anode 24 hohen Widerstandes mit der Abdeckung über einen feinen, stromleitenden (z.B.

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60 Aluminium) Draht oder dünnen Streifen 26 verbunden! ist Die Anode ist sonst mit der Gehäuseabdeckung üben einen dünnen Klebeisolator 27 verbunden, so daß sie nur; über den Streifen oder Draht 26 in elektrischem' Kontakt mit der Abdeckung steht. Stromleitende Streifen 28 und 29 sind mit den äußeren Rändern der; Anode und der Kathode befestigt, damit ein guter elektrischer Kontakt ganz um die Ränder der Elektroden herum erhalten wird. Der äußere Rand der Anode ist elektrisch über den Streifen 28 mit der Mitte

30 der Kathode über einen veränderlichen Widerstand^

31 verbunden. Der äußere Rand der Kathode ist über den Streifen 29 an eine Speisequelle 32 gelegt. Der| andere Anschluß der Speisequelle 32 ist geerdet oder in ί äquivalenter Weise mit der Gehäuseabdeckung 23jf verbunden. |

Der elektrische Stromkreis, der durch die obige ί Anordnung ausgebildet wird, ist schematisch in F i g. 6 i gezeigt. Die Kammer kann auch eine Vorrichtung (nicht | gezeigt) zur Einführung eines Gases unter Druck in den j Spalt aufweisen. Die Abbildungskammer nach Fig.4j wird in gleicher Weise wie bei bekannten Anordnungen i verwendet die in dem oben genannten Patent beschrieben sind und unterscheidet sich von bekannten Anordnungen in der Konstruktion der Elektroden. '

Wie bereits erwähnt, ist es zur Ausrichtung der J elektrischen Feldlinien innerhalb des Gasspaltes der; Abdichtungskammer mit den einfallenden Röntgen- \ strahlen erforderlich, daß die Äquipotentialflächen; innerhalb des Spaltes Teile von Kugeln sind, deren Mitte die Röntgenquelle ist Es ist jedoch aus der Theorie des elektrostatischen Feldes bekannt, daß in einem beliebi-" gen Bereich, der frei von netzbarer Ladung ist, das [ elektrostatische Potential Φ und der Gradient > £=-νΦ, der der Definition nach der elektrische j Feldvektor ist vollständig innerhalb eines Bereiches) dadurch bestimmt sind, daß der Wert von Φ an den ' Grenzen dieses Bereichs spezifiziert wird, und daß , natürlich die Änderung der Dielektrizitätskonstante E! innerhalb dieses Bereiches spezifiziert wird. Die Dielektrizitätskonstante des Gasspaltes ist etwa 1.

In Anwendung auf das Problem der Abbildungskammer mit ebenen, parallelen Elektroden in der Elektronenradiographie nach den F i g. 4 und 5 bedeutet dies, daß dann, wenn das Potential an den Oberflächen S\ und ; S₂, die den Gasspalt begrenzen (der Spalt ist wesentlich ! kleiner als die Elektrodendimensionen, die Randeffekte aufgrund der begrenzten Dimensionen der Elektroden- ^! oberflächen sind vernachlässigbar), spezifiziert wird, das ] elektrostatische Potential und das elektrische Feld ' innerhalb des Gasspaltes eindeutig und vollständig bestimmt sind.

Falls es deshalb erwünscht ist daß die Äquipotential- ; flächen innerhalb des ebenen Gasspaltes Teile von j Kugeln mit der Mitte in der Röntgenröhre sind, ist es | lediglich erforderlich und ausreichend, daß die elektro- |, statischen Potentiale Φι und Φ₂ auf den Oberflächen Si | und S2 so gewählt werden, daß sie solchen Äquipotentia- | Ien entsprechen. Mit anderen Worten heißt dies, daß die g Oberflächen Sj und Si keine Äquipotentialflächen wären (die Äquipotentiale sind kugelförmig), und die Werte von Φ\ und Φ2 an gegebenen Stellen auf 5Ί und Sz Funktionen der Lage dieser Stellen wären. In Wirklichkeit muß, wenn die Lage der Stellen bzw. Punkte Pj und Pi auf S\ und S₂ durch die Polarkoordinaten r\ und T₂ ausgedrückt würde und die gesuchten Äquipotentiale konzentrische Kugeln mit ihren Mittelpunkten in einem Abstand D und D+dvon den Oberflächen Si und S₂

wären, die Änderung der Potentiale auf S\ und Sj als Funktionen von r\ und &

r σ

(D

(2)

(3)

sein, wobei V^ der Spannungsabfall am Spalt in der Spaltmitte und £>'= D+ dist

Die gewünschte Änderung des elektrostatischen Potentials längs der Oberflächen Si und S₂, wie in den Gleichungen (1) und (2) definiert, kann dadurch erreicht werden, daß Elektroden mit veränderlichem Widerstandswert verwendet werden, die eine Potentialdifferenz zwischen unterschiedlichen Punkten auf ihren Oberflächen aufnehmen können. Natürlich tritt dabei ein Stromfluß längs der Elektroden aufgrund des angelegten Potentials auf.

Nachstehend folgt eine mathematische Analyse des Problems: Es sei ein Stromleiter in Form einer kreisförmigen Scheibe mit veränderlicher Dicke t(r)und Stromleitfähigkeit a(r) verwendet, wobei r die radiale Polarkoordinate gemessen vom Mittelpunkt der Scheibe ist. Der Scheibenmittelpunkt ist bis zu einem Radius ro weitgehend ein perfekter Leiter (z. B. aus Aluminium hergestellt). Bei einer typischen Abbildungskammer für eine Aufnahmeplatte von 30 χ 45 cm kann ro in der Größenordnung von 1,25 bis 2,5 cm betragen. Der Ringbereich zwischen r=ro und einem maximalen Radius r_m besteht aus einem Material mit verhältnismäßig geringer und sich in radialer Richtung ändernder Stromjeiifahigkeit Aus der Teilgleichung des Stromleiters y=oE und dem Gesetz über die Erhaltung^ der Energie V· y=P, wobei j die Stromdichte und E das elektrische Feld sind, läßt sich leicht nachweisen, daß die Stromleitfähigkeit und die Dicke des Materials angenähert nach der Gleichung

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miteinander in Beziehung stehen, wobei Φ'(ή die Ableitung des Potentials Φ(γ) in bezug auf r und / eine Konstante ist, die gleich ist dem Strom, der über eine geschlossene Kontur auf der Scheibe fließt

Gleichung (3) zeigt, daß zur Erzielung einer bestimmten Änderung Φ(γ) des Potentials an der Elektrode entweder die Stromleitfälligkeit (r), die Dicke t(r) oder beide einer jeden Elektrode in solcher Weise verändert werden können, daß Gleichung (3) erfüllt ist Es läßt sich auf einfache Weise zeigen, daß die der As Als Beispiel für einen typischen Satz von Parametern seien folgende Größen gewählt: V^=IOOOOVoIt und /= 1 Milliampere; legt man den Fall zugrunde, bei dem die stromleitende Elektrode homogen ist, d. h. a'(r) eine Konstante ist, gilt ofr^=oo=10-⁵Ohm-¹ cm-¹; es ändert sich nur die Dicke, und es wird r_o=3cm, D= 100 cm und d-1 cm gewählt. Aus Gleichung (3) und (5) ergibt sich, daß die Dicke der stromleitenden Elektrode sich von ifro) = 2OO bis i(r_m) = 8 μ ändern muß. Die gesamte Verlustleistung, die aus Gleichung (4) berechnet wird, beträgt etwa 5 Watt, was über eine typische Belichtungsdauer von ¹Ao Sekunde einen vernachlässigbaren Wert für die Aufheizung bedeutet.

Andererseits kann eine stromleitende Elektrode gleichförmiger Dicke und mit einem Material veränderlicher Stromleitfähigkeit verwendet werden. Dann sei für das vorstehend gegebene Beispiel die gleichförmige Dicke zu 40 μ angenommen, die Stromleitfähigkeit muß von 2 χ 10"⁶ Ohm-'cm-' bei r₀ bis 5xlO~⁵ Ohm -' cm -' bei r_m reichen.

In dem bevorzugten Bereich von Stromleitfähigkeiten zwischen 10-⁶Ohm-' und 10-⁴Ohm-' cm-' stehen viele Materialien einschließlich Chalkogenidgläsern (z. B. As45Se5s) und kohlenstoffimprägnierte Kunststoffe (z. B. wärmehärtende Epoxyharze mit Acetylenruß) zur Verfügung, letzteres wird dabei zum einfacheren Passendmachen und Formgeben und wegen der geringen Temperaturabhängigkeit der Stromleitfähigkeit verwendet. Diese Materialien können in Gießformen gegossen oder auf die gewünschte Dicke bearbeitet werden, und ihre Stromleitfähigkeit kann von der Mitte zum Rand durch Änderung ihrer Zusammensetzung (z. B. durch Änderung der Stromleitfähigkeit und/oder durch Füllen des Rußfüllstoffes im Material) verändert werden. Wenn Stromleiter ungleichförmiger Dicke verwendet werden, wird der isolierenden Unterlage, mit der sie verbunden sind, eine umgekehrte Krümmung gegeben, damit gewährleistet ist, daß die Spaltseite der Elektrode eben ist, obgleich geringe Abweichungen von der ebenen Ausgestaltung nicht entscheidend sind.

Die Veränderung der Dicke und/oder der Stromleitfähigkeit längs der Elektroden wäre weitestgehend für Anode und Kathode die gleiche, da die Potentiale längs der zwei Elektroden die gleiche Form besitzen und sich nur durch den Ersatz der Länge (D+ d) für die Länge D zwischen den Gleichungen (1) und (2) unterscheiden.

Für das oben gegebene typische Beispiel beträgt die Potentialänderung zwischen dem Mittelpunkt und dem Umfang z. B. der Anode etwa 5000 Volt, und der Gesamtwiderstand R\ zwischen der Mitte der Anode und dem Umfang beträgt etwa 5 Megohm. Der Umfang

Leistung P, die in dem Stromleiter aufgrund des ihn durchfließenden Stromes verloren geht, dem Produkt entspricht

dem Mittelpunkt der

(4)

Für ein Potential der Form nach Gleichung (1) oder (2), nämlich

gilt for die Ableitung oder das ek! Irische Feld

Kathode über einen zusätzlichen Widerstand von 5 Megohm (der veränderliche Widerstand 31 aus Fig.6) verbunden sein, und die angelegte Spannung V, die zwischen dem Kathodenumfang und der Mitte der Anode erforderlich ist um eine Spaltspannung von 10 000 Volt an der Spaltmitte zu erzeugen, beträgt 15 000VoIt

Ähnliche Überlegungen gelten für den Fall der koaxialen, zylindrisch gekrümmten Elektroden, die an der Röntgenquelle zentriert sind. Die Radien für die zylindrischen Elektroden sind groß, und die Figuren der Zeichnung zeigen auch diese Ausführungsform, bei der die zylindrische Achse senkrecht zur Zeichenebene verläuft Eine perspektivische Ansicht einer zylindri-(5) sehen Kathode ist in F i g. 7 in verkleinertem Maßstab

' gezeigt Im Falle einer koaxialen zylindrischen Ausge-

ίο

,staltung läßt sich auf einfache Weise zeigen, daß das "elektrische Potential an einer Stelle ρ auf der zylindrischen Oberfläche sich nach der Gleichung

♦i (Pi)

Vf -ξ- Ο + Zl/Ö>T^m

(6)

(7)

10

15

ändern muß, wobei

Vg die Spaltspannung,

D der Zylinderradius,

d die Spaltbreite,

D' die Summe "+ rfur.d

Z die axiale Koordinate des Punktes ρ ist,

d. h., die Koordinate, die längs der Zylinderachse von der Mitte der zylindrischen Kappe gemessen wird, die die Elektrode bildet, entsprechend mach Gleichung (1) und (2). Es besteht somit eine axiale Abhängigkeit des Potentials für den Fall zylindrischer Elektroden. Die Gleichung entsprechend Gleichung (3) und die entsprechende Elektrodenstromleitfähigkeit, Dicke und Ableitung des elektrostatischen Potentials für den Fall der zylindrischen Elektroden ist

(8)

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wobei S die Bogenlänge des zylindrischen Abschnitts ist, der die Elektroden darstellt und die Dicke r sowie die Stromleitfähigkeit σ der Elektrodenfunktionen lediglich der axialen Koordinate Z sind. Die gewünschter. Werte für die Elektrodendicken, die Materialstromleitfähigkeiten und die resultierenden Werte für Strom- und Leistungsverluste sind in der gleichen Größenordnung wie im Falle ebener Elektroden.

Die elektrischen Verbindungen mit den zylindrischen Elektroden sind grundsätzlich die gleichen wie im Falle ebener Elektroden: Die mittlere Scheibe des »Vollkommenen« Stromleiters einer jeden Elektrode wird durch einen mittleren, gekrümmten Streifen (30' in Fig.7) »vollkommener« Stromleitung mit einigen Zentimetern Breite ersetzt, und die beiden gekrümmten Ränder (29' in F i g. 7) der Elektrode werden elektrisch miteinander verbunden. Die gekrümmten Ränder der Anode werden über den veränderlichen Widerstand 31 mit dem mittleren, gekrümmten Streifen auf der Kathode 21 verbunden. Die gekrümmten Ränder der Kathode 21 werden über die Speisequelle 32 mit dem mittleren Streifen der Anode 24 verbunden. Bei einem typischen Beispiel kann D in der Größenordnung von 2 Metern sein, so daß der Rand einer 30cm breiten Elektrode· etwa 1 Millimeter außerhalb der Ebene liegt Der Ausdruck »weitgehend eben« soll eine solche Anordnung umfassen, sowohl bei ebenen als auch zylindrischen Ausführungsformen.

Die Verwendung von als virtuell bezeichneten gekrümmten Elektroden schließt auch mit ein, daß die Feldlinien und der Pfad der Erzeugung von primären Fotoelektronen im Gasspalt nur koinzident sind, wenn die Röntgenquelle in die Mitte der virtuellen konzentrischen Elektroden gesetzt wird.

Die mittlere Zone mit gleichförmig hoher Stromleitfähigkeit pro Flächeneinheit wird bevorzugt, ist aber nicht entscheidend.

Diese Zone ist die Scheibe bei der Ausführungsform mit ebener Elektrode und der Streifen bei der Ausführungsform mit zylindrischer Elektrode. Das Problem aufgrund des schrägen Pfades der Röntgenstrahlen ist in der mittleren Zone außerordentlich gering oder überhaupt nicht vorhanden. Diese Zone hoher Stromleitfähigkeit ergibt eine gute Oberfläche für eine elektrische Leiterverbindung und vereinfacht auch den Vorgang der Herstellung der Elektrode.

Eine Annäherung an die gewünschte, ideale, konzentrische, kugelförmige Potentialänderung kann durch Mittel erreicht werden, die andere sind, als die kontinuierliche Änderung der Stromleitfähigkeit und/oder Dicke der Elektroden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von konzentrischen Ringen, deren jeder konstante Stromleitfähigkeit besitzt, zur Ausbildung einer Elektrode verwendet v/erden, wobei die Stromleitfähigkeit eines jeden Ringes von dem Mittelpunkt zum Rand zu einem solchen Wert gewählt wird, daß die Potentialänderung längs der radialen Koordinate sich treppenstufenförmig der gewünschten idealen Potentialänderung nähert.

Ein Paar von Elektroden 21', 24', die diese Konstruktion aufweisen, ist in F i g. 8 gezeigt, wobei die Elemente entsprechend denen nach F i g. 5 die gleichen Bezugsziffern tragen. In der Elektrode 24' sind eine Vielzahl von konzentrischen Ringen 40—45 um die stromleitende Mitte 25 zum stromleitenden Rand 28 verlaufend angeordnet Eine ähnliche Konstruktion ist für die Elektrode 21' mit konzentrischen Ringen 46—51 vorgesehen. Jeder der Ringe 40—51 besteht aus einem Material niedriger Stromleitfähigkeit, wie bei der Ausführungsform nach Fig.5 verwendet Jeder Ring besitzt eine gleichförmige Stromleitfähigkeit, die Stromleitfähigkeit ändert sich jedoch von Ring zu Ring und nähert sich der oben erörterten gewünschten Beziehung. Bei der in F i g. 8 gezeigten Ausführungsform sind der besseren Übersicht wegen nur sechs Ringe gezeigt Eine typische Abbildungskammer kann jedoch 15 Ringe verwenden, deren jeder eine Breite von 1,25 cm besitzt

Die Näherungskonfiguration nach F i g. 8 ist geeignet zur Verwendung bei der zylindrischen Elektrodenkonfiguration nach F i g. 7, und eine entsprechende Anordnung ist in Fig.9 gezeigt. Bei der Elektrode 21' nach F i g. 9 sind Streifen 46'—51' zwischen der Mitte 30' und den Rändern 29' vorgesehen. Jeder der Streifen 46' bis 51' besitzt konstante Stromleitfähigkeit wobei die Stromleitfähigkeit benachbarter Streifen se gewählt ist daß eine treppenstufenförmige Annäherung an die gewünschte, ideale Potentialänderung erzielt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das gewünschte elektrische Feld dadurch erreicht daß Metallelektrode!!, in typischer Weise aus Aluminium oder Beryllium, mit dielektrischen Platten gleichförmiger Dicke an jeder Elektrodenoberfläche verwendet werden, wobei jede Platte wenigstens zwei unterschiedliche dielektrische Materialien enthält Eine solche Konfiguration ist in Fig. 10 dargestellt wobei die Elemente entsprechend denen nach Fi g. 5 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die dieelektrische Ausführungsform ist auch auf die zylindrische Konfiguration nach F i g. 7 anwendbar. Eine dielektrische Platte 60 wird auf der Elektrode 24a und eine weitere dielektrische Platte 61 auf der Elektrode 21a aufgenommen.

Die gewünschte Änderung des elektrostatischen Potentials längs der Grenzflächen Si und S₂ des Gasspaltes kann durch die Verwendung der zusammengesetzten dielektrischen Platten 60, 61 zwischen den

ebenen Elektroden 24a, 21a und den Oberflächen Si, S₂ des Gasspaltes erreicht werden. Die dielektrische Platte besteht aus einem Paar von dielektrischen Einsätzen 60a, 606 veränderlicher Dicke und gleichförmiger, aber ungleicher Dielektrizitätskonstanten ei, ^₂. Die dielektrische Platte 61 besteht in ähnlicher Weise aus einem Paar dielektrischer Einsätze 61a, %\b veränderlicher Dicke und gleichförmiger, aber ungleicher Dielektrizitätskonstanten β2, &Ϊ.

Die Dielektrizitätskonstanten ei, e\ und C2, ei sind so gewählt, daß die gewünschten elektrostatischen Potentiale an den Oberflächen S₁ und S₂ realisiert sind. Die Gesamtdicke des Dielektrikums t\ + t\'=T\ zwischen der Oberfläche S\ und der Elektrode 24a ist konstant, ebenso wie die Dicke f₂ + fe' = 7^ zwischen der Oberfläche Si und der Elektrode 21a. Die dielektrische Piatte 60 besitzt eine Dicke T\ mit Schichten 6öa, 6öü einer Dicke t\, t\. Die dielektrische Platte besitzt eine Dicke T₂ mit Schichten 61a, 616 der Dicke t₂, t₂'. Die individuellen Dicken ti, t\ und f₂, ti sind Funktionen von Λ und r₂, derart, daß das gewünschte Potential bei Si und S₂ realisiert ist. Die Begrenzungen bi und fc zwischen den dielektrischen Schichten sind nicht eben, sondern sind durch die gewünschten Potentialverteilungen bestimmt

Die exakte Form der Begrenzungen b\ und hi oder einfacher die exakten funktionellen Abhängigkeiten fi (i\) und h (r₂) der Dicke der dielektrischen Schichten 60a, 61a wie auch die Gesamtdicken T\ und T₂ können durch numerische Berechnung erhalten werden (Auflösung nach den Begrenzungen, die die gewünschte Lösung der La Place-Gleichung ergeben). Qualitativ jedoch besteht jede zusammengesetzte dielektrische Platte in einer Ausführungsform einer inneren Schicht (d. h. benachbart der Elektrode) verhältnismäßig höherer Dielektrizitätskonstante ei maximaler Dicke fi (0) in der Mitte, die bis zu einer minimalen Dicke fi (pi max) am Rand des Betrachtungsteldes abnimmt, und einer äußeren Schicht komplementärer Dicke ti' (derart, daß ti + ti — Ti) und niedrigerer Dielektrizitätskonstante ei' < ei. Der Aufbau zwischen der Elektrode 21a und der Oberfläche S₂ wäre ähnlich. Änderungen dieses Aufbaus sind möglich, insbesondere durch Umkehrung der inneren und äußeren dielektrischen Schichten.

Andererseits kann die gewünschte Potentialänderung mit Hilfe einer einzigen Schicht in der dielektrischen Platte mit einer veränderlichen Dielektrizitätskonstanten erzielt werden. Die Arbeitsweise der Ausführungsform mit den dielektrischen Platten ist ähnlich der bei der Ausführungsform mit den Elektroden geringer Stromleitfähigkeit, mit der Ausnahme, daß die effektive Oberflächenladung, die durch den im Leiter fließenden Strom erzeugt wird, durch statische Polarisationsladung ersetzt wird. Die dielektrische Ausführungsform weist einen Nachteil insofern auf, als die Dicke des Dielektrikums, das in den meisten Anwendungsfällen erforderlich ist, groß sein muß, daß ein ziemlich hohes Gegenfeld als die gesammelte Ladung aufgrund des Bildaufbaus aufgebaut wird. Auch ist die Steuerung der Dielektrizitätskonstanten in heutzutage zur Verfügung stehendem Material erheblich schwieriger als die Steuerung der Stromleitfähigkeit.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Bildkammer für eine radiographische Einrichtung mit einem für Röntgenstrahlen undurchlässigen Gas zwischen zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektroden, die an eine gemeinsame Speisequelle gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle (32) an die Mitte der ersten Elektrode (24, 24') und an entgegengesetzte Ränder der zweiten Elektrode (21, 2V) angeschlossen ist, und daß ein Widerstand (31) zwischen entgegengesetzte Ränder der ersten Elektrode (24) und die Mitte der zweiten Elektrode (21,21') gelegt ist, derart, daß die Stromleitfähigkeit pro Flächeneinheit einer jeden Elektrode sich von einer mittleren Zone zu den Rändern so verändert, daß das elektrostatische Potential an den Spaltflächen der Elektroden dem elektrostatischen Potential für konzentrische kugelförmige Metallelektroden entspricht

2. Bildkammer nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatischen Potentiale Φ\ und Φ₂ an den Spaltflächen der Elektroden betragen