DE6753585U - Bildwandler - Google Patents

Description

P.A.5U" 681*30.8.68

Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 27. August 1968

Henkestraße 127

ΕΪΑ 21g29/83/84

Bildwandler

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler zur· Sichtbarmachung von Bildern durch Umwandlung der im Querschnitt eines Bündels ionisierender Strahlen enthaltenen Strahlenverteilung in ein sichtbares Funke^- bild mittels einer an der Strahleneintrittsfläche liegenden Fotokathode und einer in Abstand davon und parallel dazu liegenden Anode, wobei der Raum zwischen den Elektroden ein selbstlöschendes Gas enthält und die Elektroden an einer Spannung liegen, die bei Strahleneinfall an den betreffenden Stellen in Abhängigkeit von der Strahlung die Bildung elektrischer Eunken hervorruft. Derartige Bildwandler werden bekanntlich dazu verwendet, um die unsichtbaren mit iöni-.sierenden Strahlen hergestellten Bilder auswerten zu können,, insbesondere bei der Röntgendurchleuchtung oder der Untersuchung von durch die Einfügung radioaktiver Isotop^strahlend gemachten Organen.

Bei bekannten Punken-Bildwandlern hat man in der Segel einander parallel gegenüberstehende, an elektrischer Spannung liegende Hatten verwendet, zwischen denen sichtbare Eunkenentladungen in Abhängigkeit von der Bestrahlung auftreten. Um ein brauchbares Bild zu erhalten, hat man dabei die Elektroden senkrecht zur Strahleinrichtung gelegt, die dann ebenso verläuft wie das elektrische EeId. Dabei ist aber die Wirksamkeit der Strahlen nur gering. Die Quantenumwandlung kann nämlich 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 Absorptions schicht, d.h. der !Fotokathode, nicht stärker sein als die mittlere Reichweite der ausgelösten Elektronen, damit diese überhaupt noch nach außen&urchdringen

können. Eine "bekannte, aus Silber bestehende Kathodenschicht sollte z.B. 0,0006" dick sein. Die darauf beruhende geringe Quantenwirksamkeit der Funken-Bildwandler hat daher bis ;)etzt eine allgemeine Verbreitung von Bildwandlern dieser Art verhindert.

Erfindungsgemäß sind die vorgenannten Nachteile äadurcL b-seitigt, daß sowohl die Kathode als auch die Anode aus einer Mehrzahl von Teilen bestehen, deren große Flächen wenigstens angenähert senkrecht zur Strahleneintrittsfläche des Bildwandlers liegen, so daß das elektrische Feld parallel au dieser Fläche liegt. Durch den neuen Aufbau ergibt sich ein größerer Absorptionsvreg für die 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, 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 gegenüber diesen eirras geneigt, z.B. so viel, daß die Projektion der Kathodenteile in die Strahleneintrittsebene diese Fläche voll bedeckt, so daß die Absorptionewege nahe der Oberfläche des Bleches verlaufen und lang werden,, Bei Schrägstellung der Kathodenteile wird außerdem die Absorption, also die Zahl der Umwandlungsprozesse der Strahlen gxoß. Die Anordnung der Bleche kann so gewählt werden, daß auch bei großer Ausdehnung der Bleche in Sichtang der Strahlen keine Verahhleehterung der Abbildung entsteht, etwa -wenn die Bleche in der Form eng aneinsinderliegender, vorzugsweise sechseckigen Querschnitt aufweisender Röhrchen ausgestaltet sind, in äeran Zentrum die Anodenteile ■ z.B. als Stiften angeordnet siad.

haben gezeigt, daß bei Verwendung von Röhrchen aus NeusiXberblecli mrt einer Wandstärke von 0,3 mm, einem Durchmesser von 6 um Tzad einer !Länge von 60 mm als Kathoden und in ihrem Zentrum enge ordne "ten Anoden, welche die Form von 1 mm starken Wolframstäben haben₃ bei 60 KaY Strahlung eine gegenüber den bekannten Einrichtungei Tun 400 ¹^ erhöhte Quan-tsnausoeute erhalten wird. Diese Ausbeute kann sicher noch, gesteigert wszäen, wenn die Anordnung z.B, hinsichtlich verwenäies. Materialien und der Abmessungen etc. optimiert wird.

Das Licht der Entladungen kann einerseits direkt oder über eine geeignete Optik und/oder lichtleiter betrachtet werden. Es kann aber auch fotografisch, elektrofotografisch oder fernsehtechnisch aufgenommen werden,, Als Lichtleiter können dabei die Halterungen der Anodenstäbe an den freien Enden der Kathoden und Anoden etwa aus Glas oder Kunstglas, also durchsichtig_s hergestellt werden.

Auf einfachere "Weise kann man, insbesondere in der Isotopentechnik brauchbare Bilder hinreichender Auflösung erhalten, indem man sowohl die Kathodenplatte als auch die Anodenplatte in Streifen zerlegt Tand diese wenigstens angenähert parallel zur Strahleneinfalls- * richtung anordnet und abwechselnd als Kathode bzw. Anode schaltet. Auch hierbei wird, wie leicht ersichtlich ist, das elektrische PeId eine Ausdehnung erhalten, die wenigstens angenähert quer zum Strahleneinfall liegt. Eine Verbesserung dieser Ausbildung kann etwa erzielt werden, indem 'die anode, Is aasaheroag as Sie Ausbildung mit dem Röhrchen, aus einzelnen Stiften hergestellt ist, die an einem Ende in der Porm eines Kammes miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Stifte^ legen dabei mit ihren Längsachsen par

achsen parallel sar Breite dar Ka-öiGdens-fer

Als gasfüllung Bind an si&h alle bekäsüträ, selbstlSsobssdss Sas© Gasgemische brauchbar. Besonders geeignet sind Mischungen, die schwer atomige Gase, wie etwa Xenon oder Argon und einen Iiöschgaszusatz ■von z.B. 10 $£ Methan enthalten.

Die Anordnung von Kathoden und Anodenteilen erfolgt so, daß man Höhrchen bzw. Abstände erhält, deren Abmessungen bei vorgegebenen einfallenden Strahlen, zur Herstellung verwendeten Materialien, Gasfüllung und angelegter Spannung, ein Optimum der Wirkung ergibt. 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 ca. 0,3 mm sowie ein Abstand von 3 mm. Auch andere Metalle mittlerer bis hoher Ordnungszahl lassen gute Ergebnisse erwarten. Pur die Abstützung der Anoden und Kathoden aneinander können beliebige elektrisch gut isolierende Stoffe benutzt "werden, etwa Acrylglas, Keramik oder Glas.

Ala Betriebsstromquellen sind alle zur Herstellung eines konstanten Gleichstroms geeigneten Generatoren brauchbar. Die Spannung ist dabei so eingestellt, daß ohne Bestrahlung gerade noch keine Funkenentladung erhalten wird.

Der Unterschied der erfindungsgemäßen Anordnung zx solchen, bei denen eine Vielzahl von Geiger-Müller-Zählrohren nebeneinander angeordnet sind, denen außerdem noch ein ebensolches Tableau aus Glimmlampen nachgeschaltet ist, besteht hauptsächlich darin, daß für die Zählrohre wegen des erforderlichen Plateaus ein Durchmesser von einigen cm nicht unterschritten werden darf» Damit können aber nur Punkte aufgelöst werden, deren Abstände voneinander größer sind als die genannten Durchmesser der Zählrohre. Der physikalische Unterschied besteht darin, daß die Zählröhre nur elektrische Signale geringer Größe abgeben, während die hier besahriebese funkenkammer die absorbierten Quanten al"⁵" sichtbare Entladungen großer Intensität und starke elektrische Signale anzeigt.

Auch bei einer bekannten Anordnung zur Herstellung von fotografischen Röntgenaufnahmen mittels einer an der Seite der Anode, Hifi de? Kathode einer Pnmkenentladungseinriclrtung zugewandt ist, angebrachten Halogensilberschicht konnten keine Ergebnisse erzielt werden, die ihre Einführung in die Strahlendiagnostik bewirkt hätten. Wie bei den bekannten i^lunkenbildwandlern ist nämlich die Empfindlichkeit zu gering. Diese konnte auch durch Ausstattung der Kathode mit auf die Anode gerichteten, eng aneinander gelegten Grammophonnadeln nicht ausreichend verbessert werden. Offenbar ist auch dabei die Möglichkeit der !Funkenbildung wegen der kleinen Elächen, an denen die Strahlen absorbiert werden und Eunken auslösen, zu gering.

Machfolgend werden weitere Einzelheiten und Torteile der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Tn der Pig. 1 ist eine Anordnung gezeichnet, bei welcher eine

r in erfindungsgemäßer ¥eise mit bienen-

wabenförmiger Kathode versehen ist.

Ια der Pig. 2 ist ein Ausschnitt aus der Potokathoden-Anoden« Kombinatlon des Bildwandlers nach Pig, 1 herausgezeichnet,, so daß besonders der sechseckige Quer- | schnitt der Röhrchen sichtbar ist,, in deren Längs- f achsen die Anoden in der Porm von runden Streifen I angeordnet sind_e \

In der Pig. 3 ist ein schematischer Querschnitt abgebildet durch ; ^; eine Anordnung, bei -welcher die Kathoden und die \

Anoden plattenfösmig sind und :

in der Pig. 4 eine Detailzeichnung eines Querschnitts aus Pig. 3 \ mit kammartiger Jüiode sowie

in der Pig. 5 eine Betailzeiehnung für den PaIl₅ daß auch die Anode die Porm geschlcitssener Platten hat.

In der Pig. 1 1st der mit den Hähnen 1a und 1b versehene geschlossene Kasten mit 1 bezeichnet, in welchem die AncKie 2, die am positiven Pol der Gleichspannunge^Luelle 3 liegt, angeordnet let· 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 Is^ der freien Stirnfläche der Kathodenröhrchen die fotografische Aufnahme einrichtung 5 zugeordnet. Die Kathodenröhrchen werden aus aneinander gelagerten 60 mm breiten Streifen 7 aus 0,30 mm starkem Messing- oder Schwermetallblech (Pig. 2} erhalten, die ein Profil haben, das nebeneinander erhaben und eingedrückt 5^ewei^-³ ^i.^e Form eines halben Sechsecks hat, so daß sie beim Aneinanderlegen der Bleche bienenwabenartig angeordnete sechseckige Röhrchen von 6 mm Durchmesser ergeben. Die Anode ist in der Porm der Stäbe 8 jeweils j in der Längsachse der sechseckigen Röhrchen angebracht und dort j

, ■ am Anfang und am Ende der Röhrchen durch ein Stück Isolierstoff (9 i und 10) gehalten, einem durchsichtigen Material, nämlich Acrylglas.

Beim Anlegen einer Spannung kurz unterhalb der Durchbruchsspannung, in vorliegendem Pail 3 kY, und Auf treffen der ionisierenden Strahlen

entsprechend. der l?£eile 6, -wird an den bestrahlten Stellen in Abhängigkeit von der &-n^gT-H der absorbierten Quanten eine Funkenentladung erhalten. In den Röhrchen der Kathode 4 ist eine aus 90 <fo Xenon und 10 $ Methan bestehende Gasatmosphäre enthalten, zu deren Austausch gegenüber dem Saum des Kastens 1 sind die Halterungen 9 und 10 am Anfang und am Ende der Kathodenröhrehen mit je einer Öffnung 9a und TOa 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 5¹ aus durchsichtigein Kunststoff, nämlich Acrylglas, zugeordnet, so daß eine Axicon-IDptik entsteht. Das sichtbare Funkenbild kann mittels der den Spitzen der Kegel 5^S vorgelagerten Kamera 5 . registriert werden, so daß eine zur Dokumentation brauchbare Aufnahme erhalten wird.

In der Pig. 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 11b mit Gas füllbaren geschlossenen Kasten lic.

Entsprechend Pig« 4 ist die Kathode 11 aus den nebeneinander angeordneten Platten 16 auffe^ *ut, 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 aind als Anode 12 mit ihren Längsachsen parallel zu den Platten 16 Metallstäbe 19 gehaltert, die an ihrer Unterseite durch die Abstandshalter 18 hindurchgehen und an ihrer oberen Seite noch vor dem Erreichen der Oberfläche der isolierenden Abstandshalter 1? enden. Die Stäbe 19 bestehen aus rostfreiem Stahl, haben kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 1«m und öine Länge, die derjenigen der Plattenbreite bis auf etwa 0,5 mm entspricht. Die angelegte Spannung der Stromquelle 15 beträgt ca. 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. Sernepeieher-Matrix, darstellbar sind. Für die digitale Abnahme als elektrische Signale, die auch bei der Ausbildung gemäß !Fig. 2 durchführbar ist, werden allerdings Ableitungen von den Anoden S bzw. 19 benötigt, damit die flächenhafte Zuordnung der Signale zn den Bildpunkten möglich ist.

Der in der Fig. 5 dargestellte Ausschnitt bezieht sich auf eine andere Ausgestaltung der Kathode 11 und der Anode 12. Sie bestehen aus Blechstreifen 21, 22 von 0,30 mm Stärke xuaä 60 um Breite. Die einzelnen Streifen 21 und 22 sind in einem Abstand von 0,35 mm nebeneinander in dem geschlossenen Kasten 11c untergebracht«, Der Abstand wird durch die am oberen toid 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 G-asraum im Kasten 11c ist ausreichend, weil die Zwischenräume zwischen den Streifen 21, 22 seitlich offen sind. Die länge der Kathoden- und Anodenstreifen 21, 22 let -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 Leistungen 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 bezeichneter* Strahlenquelle 28 um den mit 29 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. Um übrigen entspricht die Wirkung derjenigen bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den anderen Figuren dargestellt sind.

— 8 —

Claims (8)

1. Bildwandler sur Sichtbarmachung von Bildern durch TJinwandlung der im Querschnitt eines Bündels ionisierender Strahlen enthaltenen Strahlenverteilung in »in sichtbares Funkenbild mittels einer Fotokathode und einer in Abstand davon liegenden Anode, wobei der Raum «wischen den Elektroden ein selbstlöschendes Gas enthält und die Jkktroden an einer Spannung liegen» die bei Strahleneinfall an den betreffenden Stellen in Abhängigkeit von der Strahlung die Bildung •lektrisoher funken hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kathede als auch die Anode aus einer Mehrzahl von Teilen beiitehtn, dex«n große Flächen wenigstens angenähert senkrecht zur Strahleneintrittefläche des Bildwandlere liegen, so daß das elektrische PeId parallel zu dieser Fläche liegt.

2. Bildwandler nach Anspruch 1 „ dadurch gekennzeichnet, daß sowohl bei der Anode als auch die Kathode aus Streifen leitfihigen Materials, insbesondere eines Metalles, bestehen, die in Abetianden nebeneinander angeordnet und abwechselnd als Anode und Kathode geschaltet sind.

3* Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode au» atreiienfönaigen, mit ihren großen Flächen parallel zueinander gelagerten flatten besteht, zwischen denen die Anodenteile als eine Mehrzahl von Stiften gelagert ist, deren Längsachsen parallel zueinander und zur Höhe der Kathodenstreifen liegen.

4. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus -einem Bündel von Röhrchen besteht, bei denen im Zentrum jeweils ein Anoderatift angeordnet ist·

5. Bildwandler nsäi Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen sechseckigen Querschnitt haben.

6. Bildwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Wandstärke der Röhrchen ca. 0,3 mm "beträgt und ihre Länge ca. 60 mm "bei einem Durchmesser von 3 mm und einem 0,8 mm dicken Anodenstiften, wenn die Röhrchen aus einem Metall mit mittlerer "bis hoher Ordnungszahl und die Stifte aus einem polierten Metall wie z.B. rostfreiem Stahl "bestehen.

7. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß üi·. Eathodenteile zur Strahleneintrittsfläche soweit geneigt sind, daß . ihre senkrechte -Krcgelction die genannte fläche ganz bedeckt.

8. Bildwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiften mit Afclei-fcungeii für den Anschluß an die Kanäle einer Kernspeicher-Matrlx versehen sind.

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