DE68908637T2

DE68908637T2 - Verfahren zur Herstellung einer Röntgenbildverstärkerröhre und nach diesem Verfahren hergestellte Bildverstärkerröhre.

Info

Publication number: DE68908637T2
Application number: DE89401743T
Authority: DE
Inventors: Groot Paul De; Francis Diaz; Gerard Vieux
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2009-06-21
Also published as: FR2634057A1; EP0350359A1; JPH0268832A; DE68908637D1; EP0350359B1; US4943254A; FR2634057B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Röntgenbildverstärkerröhre (I.I.R.). Sie betrifft ferner die so erhaltenen Hochvakuum-Röntgenbildverstärkerröhren.
Die Röntgenbildverstärkerröhren oder I.I.R. sind im Stand der Technik gut bekannt. Sie wandeln ein Röntgenbild in ein sichtbares Bild um, beispielsweise um die medizinische Beobachtung sicherzustellen.
Das Problem, das sich stellt und das die vorliegende Erfindung zu lösen versucht, besteht darin, daß man bei den I.I.R. sogar in Abwesenheit von Röntgenstrahlung ein den Beobachtungsbildschirm störendes Störleuchten beobachtet. Dieses Störleuchten wird von Alkalimetallen verursacht, die während der Bildung der Photokathode unbeabsichtigt auf den Elektroden der I.I.R. abgeschieden werden. Das in der Röhre herrschende starke elektrische Feld führt dazu, daß Elektronen von diesen sehr elektropositiven und deshalb sehr leicht ionisierbaren Alkalimetallen entrissen werden. Diese Elektronen durchqueren das elektrische Feld, stoßen auf den Beobachtungsbildschirm und rufen ein Störleuchten hervor.
Es sei daran erinnert, daß die Herstellung von Photokathoden des Alkaliantimonidtyps in dem Vakuummantel der I.I.R. erfolgt, denn die Alkalimetalle sind sehr reaktiv und müssen, um stabil zu sein, unter Vakuum erzeugt werden. Diese Photokathoden können durch aufeinanderfolgende Verdampfungen der sie bildenden Elemente in der Röhre hergestellt werden, und zwar mittels eines gewöhnlichen Schmelztiegels, der Antimon enthält, dessen Verdampfung man durch Erhitzen des Schmelztiegels, beispielsweise durch den Joule-Effekt, bewirkt. Die Alkalimetalle werden durch Erzeuger verdampft, die sich im allgemeinen auf der Elektrode befinden, die der Anode am nächsten liegt.
Die Verdampfung der Alkalimetalle ist das Ergebnis einer Silicothermie oder Aluminothermie von Chromaten der Metalle, die man zu verdampfen wünscht. Die Silicothermie oder die Aluminothermie werden durch das Erhitzen der Alkalierzeuger durch den Joule-Effekt ausgelöst.
Die Alkalierzeuger sind viel weniger gerichtet als die Antimonerzeuger. Dies beruht auf der Tatsache, daß es notwendig ist, besondere Schmelztiegel zu verwenden, in denen die Chromate verbraucht werden, damit die Silicothermie oder die Aluminothermie unter guten Bedingungen abläuft. Diese Art Schmelztiegel zeigt eine schlechte Richtwirkung, was den Vorteil besitzt, daß eine sehr gleichförmige Abscheidung der Alkalimetalle auf der gesamten Oberfläche der Photokathode gewährleistet wird, die von diesen Tiegeln weit entfernt ist. Diese Tiegelart weist dagegen den Nachteil auf, daß sie die Abscheidung der Alkalimetalle auf allen Teilen der I.I.R.- Röhre bewirkt, und insbesondere auf den Elektroden, was das Problem des Störleuchtens des Beobachtungsbildschirms zur Folge hat.
Eine von der Anmelderin verwendete Lösung dieses Problems besteht darin, die der Anode am nächsten gelegene Elektrode, die im allgemeinen selbst aus Aluminium besteht, mit einer Schicht aus Aluminiumoxid Al&sub2;O&sub3; zu überziehen.
Diese Lösung gestattet es, das störleuchten des Beobachtungsbildschirms zu beseitigen, aber sie führt zu elektrischen Entladungen quer über diese Oxidschicht, die ein elektrischer Isolator ist.
Wenn die I.I.R. eine Röntgenstrahlung empfängt, fällt ein Teil der von der Photokathode ausgehenden Elektronen auf diese Elektrode. Da diese Elektrode mit einer Oxidschicht bedeckt ist, fließen diese Elektronen nicht ab und es kommt zu Entladungen quer über der Oxidschicht.
Eine andere bekannte Lösung des angesprochenen Problems, die nicht die Nachteile der bekannten Lösung aufweist, ist in der EP-A-249 547 beschrieben und besteht darin, daß man vor der Einführung in den Verstärker auf wenigstens einem Teil einer Elektrode oder der Elektroden eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material aufbringt, das die Eigenschaft hat, die Alkaliinetalle zu oxidieren, die in die Zusammensetzung der Photokathode eintreten. Dieses Material kann aus der folgenden Zusammenstellung ausgewählt werden: Te, Se, S, P.
Die vorliegende Erfindung will eine Variante dieser zweiten Lösung vorschlagen, welche die Vorteile einer leitfähigen Schicht bewahrt, die die Elektronen der Alkalimetalle zurückhält, und die in ihrer Anwendung und Durchführung viel einfacher ist.
Daher ist ein erstes Ziel der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Röntgenbildverstärkerröhre mit insbesondere einer Photokathode, die ein Alkaliantimonid enthält, mehreren Elektroden und einer Anode, bei welchem vor der Herstellung der Kathode durch Verdampfen von Antimon und von Alkalimetallen vor dem Einführen in die Röhre auf wenigstens einem Teil der Elektrode, die der Anode am nächsten liegt, eine Schicht aus einem Leitermaterial aufgebracht wird, das die Eigenschaft hat, mit den vorgenannten Alkalimetallen zu reagieren. Gemäß dem allgemeinen Kennzeichen der Erfindung wird das Leitermaterial unter den elektronisch stromleitenden organischen Polymeren ausgewählt.
Ein zweites Ziel der Erfindung ist eine verbesserte Röntgenbildverstärkerröhre mit insbesondere einer Photokathode, die ein Alkaliantimonid enthält, mehreren Elektroden und einer Anode, in welcher wenigstens ein Teil wenigstens einer Elektrode und elektrisch mit einer Elektrode oder der Anode der Verstärkerröhre verbundene Teile eine Schicht aus einem elektronisch stromleitenden organischen Polymer tragen, das die Eigenschaft hat, chemisch mit den Alkalimetallen zu reagieren, die in die Verbindung der Photokathode eintreten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ergebnisse der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung ergeben, die anhand von nicht beschränkenden Beispielen gegeben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Röntgenbildverstärkerröhre,
Fig. 2 einen Querschnitt der Elektrode G&sub3;, die der Anode am nächsten liegt, ohne besondere Mittel zum Zurückhalten der Alkalimetallelektronen, und
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 2 mit der erfindungsgemäßen Lösung.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Elemente, aber aus Gründen der Klarheit wurden die Maße und Proportionen der verschiedenen Elemente nicht berücksichtigt.
Ein Röntgenbildverstärker, wie er in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellt ist, wird von einem Eingangsbildschirm, einem elektronischen Optiksystem und einem Beobachtungsbildschirm gebildet, die in einem Vakuummantel 1 enthalten sind.
Der Eingangsbildschirm umfaßt einen Szintillator 2, der die einfallenden Röntgenquanten in sichtbare Lichtquanten umwandelt, und eine Photokathode 3, welche die sichtbaren Lichtquanten in Elektronen umwandelt. Zwischen dem Szintillator und der Photokathode ist im allgemeinen eine stromleitende Unterschicht eingefügt, deren Aufgabe es ist, die Photokathode wieder mit elektrischen Ladungen zu versorgen, während diese ihre Elektronen emittiert. Diese Unterschicht ist in Fig. 1 nicht dargestellt.
Der Szintillator kann beispielsweise aus mit Natrium oder Thallium dotiertem Cäsiumiodid bestehen. Die Photokathode kann aus einem Alkaliantimonid gebildet sein. Die leitende Unterschicht kann beispielsweise aus Indiumoxid der Formel In&sub2;O&sub3; gebildet sein.
Das elektronische Optiksystem ist im allgemeinen aus drei Elektroden G&sub1;, G&sub2;, G&sub3; und einer Anode A aufgebaute die den Beobachtungsbildschirm 4 trägt.
Die Photokathode 3 ist im allgemeinen an die Masse der Röhre angeschlossen. Die Elektroden G&sub1;, G&sub2;, G&sub3; und die Anode A werden auf eine elektrische Spannung gebracht, die beispielsweise bis auf 30 kV anwächst; in der Röhre wird folglich ein elektrisches Feld E erzeugt, welches in Langsrichtung der Röhre auf die Photokathode gerichtet ist. Die von der Photokathode ausgehenden Elektronen durchqueren dieses Feld und prallen auf den Beobachtungsbildschirm 4, der aus einem kathodolumineszenten Material, wie beispielsweise Zinksulfid, besteht, was es erlaubt, ein sichtbares Bild zu erhalten.
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt der Gitterelektrode G&sub3; und der Anode A der I.I.R. von Fig. 1. Mit der Bezugszahl 7 ist die während der Herstellung der Kathode auf der Gitterelektrode G&sub3; abgeschiedene Alkalimetallschicht bezeichnet, die unter der Wirkung des elektrischen Feldes E, welches zwischen der Gitterelektrode G&sub3; und der Anode A herrscht und auf die Gitterelektrode G&sub3; gerichtet ist, Elektronen freisetzt, die das elektrische Feld durchqueren und auf den Beobachtungsbildschirm 4 auftreffen.
Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der Elektrode G&sub3; und der Anode A der I.I.R. von Fig. 1, welche die erfindungsgemäße Lösung des zuvor genannten Problems des Störleuchtens darstellt.
Das Problem des Störleuchtens beruht auf der metallischen Natur der störenden Alkalimetalle. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung besteht darin, diese Alkalimetalle chemisch mit einem Material reagieren zu lassen, das diese in ionische oder kovalente Verbindungen umwandeln kann. So werden die Alkalimetalle fixiert und setzen keine Elektronen mehr frei, die das Störleuchten hervorrufen, welches man zu beseitigen wünscht. Um die aus dem Stand der Technik bekannten Entladungsphänomene zu vermeiden, muß der verwendete Überzug ein besserer Stromleiter sein, als eine die Elektrode G&sub3; bedekkende Oxidschicht.
Daher wird vor dem Einführen der Gitterelektrode, auf der im allgemeinen die Antimonerzeuger befestigt sind, in den Vakuummantel der I.I.R. eine Schicht aus einem stromleitenden Material auf der Gitterelektrode G&sub3; aufgebracht, welches die Eigenschaft hat, mit den Alkalimetallen zu reagieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, eine oder alle Elektroden G&sub1;, G&sub2; und G&sub3; sowie alle inneren Teile der Verstärkerröhre, welche Alkalimetalle aufnehmen können, mit einem stromleitenden organischen Polymer zu bedecken. Dieses leitfähige organische Polymer kann alles oder nur einen Teil der Elektrode oder des betreffenden Teils bedekken.
Das leitfähige organische Polymer kann beispielsweise und nicht erschöpfend Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin, Polyvinylferrocen (PVF> , Polythiazil, Polyacethylen, Polyparaphenylen oder ein anderes elektronisch leitfähiges organisches Polymer sein.
In Fig. 3 ist gezeigt, wie die Elektrode G&sub3; vor ihrer Einführung in die I.I.R. mit einer Polymerschicht 8 bedeckt ist.
Man kann die Elektrode G&sub3; ganz init Polymer bedecken, wie dies in Fig. 3 der Fall ist, oder einzig und allein die Bereiche der Elektrode G&sub3;, die am meisten geeignet sind, das Phänomen des Störleuchtens hervorzurufen. Diese Bereiche können experimentell bestimmt werden. Sie können außerdem durch Berechnung unter Verwendung von Computerprogrammen bestimmt werden. Die Bereiche, die am meisten geeignet sind, das Phänomen des Störleuchtens hervorzurufen, sind im allgemeinen die sehr gekrümmten Bereiche, deren Krümmungsradius klein und deren elektrisches Feld stark ist. Diese Bereiche liegen in der Nähe der Alkalierzeuger und des Beobachtungsbildschirms. In Fig. 3 ist zu sehen, daß die Umgebung der Öffnung der Elektrode G&sub3;, die den Elektronendurchgang erlaubt, mit der Schicht 8 bedeckt ist.
Das Auftreffen der störenden Alkalimetalle während der Herstellung der Photokathode ruft auf der Oberfläche der Polymerschicht 8, falls Cäsium verdämpft wird, die folgende Reaktion hervor:
Cs + Polymer T Reaktionsprodukte
Man findet folglich auf der Schicht 8 keine Alkalimetalle, aber Verbindungen- welche diese Alkalimetalle enthalten.
Es gibt zwei Arten von Verfahren, um diese Poplymere zu erhalten: chemische Abscheidungen und elektrochemische Abscheidungen.
Diese Polymere kommen tatsächlich in zwei Formen vor, in oxidierter und in reduzierter Form. Die oxidierte Form ist leitfähig, die reduzierte Form ist nichtleitend.
Im Falle der chemischen Abscheidung wird das Basismonomer, beispielsweise das hier mit PY bezeichnete Pyrrol, mit einem chemischen Mittel vermischt, welches zugleich ein Polymerisationsmittel und ein Oxidationsmittel sein soll. Die am meisten verwendeten chemischen Mittel, die diesen Anforderungen gerecht werden, sind die folgenden:
Eisenperchlorat Fe(ClO&sub4;)&sub3;
Eisen(III)chlorid FeCl&sub3;
Iod I&sub2;
Im Falle von FeCl&sub3; ist das Eisenion das oxidierende Ion, das Ion ClO&sub4; dient dazu, die Elektroneutralität des Polymers zu wahren:
Damit ist die Bruttoreaktion:
So bildet sich beispielsweise Polypyrrol auf der in dem Reaktionsbad vorhandenen Elektrode G&sub3;.
Das zweite Herstellungsverfahren ist eine elektrochemische Oxidation, bei der die Oxidation und die Polymerisation auf der Elektrode verwirklicht wird, die an die positive Klemme eines Stromgenerators angeschlossen ist, wobei das Bad aus dem mit einem organischen oder wäßrigen Lösungsmittel verdünnten Basismonomer, beispielsweise dem Pyrrol, zusammengesetzt ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer verbesserten Röntgenbildverstärkerröhre (1) mit insbesondere einer Photokathode (3), die ein Alkaliantimonid enthält, mehreren Elektroden (G&sub1;, G&sub2;, G&sub3;) und einer Anode (4), bei welchem vor der Herstellung der Photokathode (3) durch Verdampfen von Antimon und von Alkalimetallen vor dem Einführen in die Röhre auf wenigstens einem Teil der Elektrode (G&sub3;), die der Anode am nächsten liegt, eine Schicht aus einem elektronischen Stromleitermaterial (8) aufgebracht wird, das die Eigenschaft hat, mit den vorgenannten Alkalimetallen (7) zu reagieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermaterial unter den organischen Polymeren ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer unter einem der folgenden ausgewählt wird: Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin, Polyacethylen, Polylvinylferrocen, Polythiazil, Polyparaphenylen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen dadurch verwirklicht wird, daß die Elektrode oder der zu überziehende Teil der Elektrode in einem Reaktionsbad angebracht wird, das eine Mischung des Basismonomers mit einem chemischen Oxidations- und Polymerisationsmittel enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Oxidationsmittel als Eisenperchlorat, Eisenchlorid oder Jod gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen durch eine elektrochemische Oxidation der Elektrode oder des zu überziehenden Teils der Elektrode verwirklicht wird, wobei letztere die Anode des elektrolytischen Reaktors bildet, in dem der Elektrolyt eine wäßrige oder organische Lösung des Basismonomers ist.

6. Verbesserte Röntgenbildverstärkerröhre mit insbesondere einer Photokathode (3), die ein Alkaliantimonid enthält, mehreren Elektroden (G&sub1;, G&sub2;, G&sub3;) und einer Anode (4), in welcher wenigstens ein Teil einer Elektrode und elektrisch mit einer Elektrode oder der Anode der Verstärkerröhre verbundene Teile eine Schicht (8) aus einem elektronischen Stromleitermaterial tragen, das die Eigenschaft hat, chemisch mit den Alkalimetallen (7) zu reagieren, die in die Verbindung der Photokathode eintreten, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermaterial ein organisches Polymer ist.

7. Verbesserte Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses organische Polymer unter den folgenden Polymeren gewählt ist: Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin, Polyacethylen, Polyvinylferrocen, Polythiazil, Polyparaphenylen.