[0001] Die Erfindung betrifft Röntgenbildverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Bildverstärker sind bekannt aus der US-PS 34 58 744.
[0002] Bei elektronischen Bildverstärkern der in vorgenannter Patentschrift genannten Art
werden bekanntlich Röntgenbilder in Elektronenbilder umgewandelt, die dann einer Beschleunigungsspannung
ausgesetzt und gegebenenfalls elektronenoptisch verkleinert auf einem Ausgangsschirm
abgebildet werden. Bei Röntgenbildverstärkern, die in. der Regel einstufig ausgebildet
sind, wenn das Elektronenbild verkleinert abgebildet wird, ist das auf dem Ausgangsschirm
erscheinende Bild auch dasjenige, das betrachtet wird. Dies setzt aber voraus, daß
der Ausgangsschirm durch die Wand des Kolbens des Bildverstärkers hindurch gesehen
werden kann. Man hat deshalb den Kolben wenigstens an dieser Stelle aus durchsichtigem
Material, insbesondere Glas, gefertigt.
[0003] Um eine zweckmäßig handhabbare konstruktive Lösung zu erhalten, hat man das in den
Kolben eingesetzte Fenster gleichzeitig zum Träger des Ausgangsleuchtschirmes gemacht.
Da bei der bekannten konstruktiven Lösung das Ausgangsfenster durch Anschmelzen in
einen Metallrahmen gefaßt wird, kann erst nach dieser Tätigkeit der Leuchtschirm aufgebracht
werden. Dies ist aber nachteilig, weil bei der Beschichtung mit der Leuchtschicht
die Ausbeute später brauchbarer Schirme gering ist, so daß die präzis durchzuführende
Verbindung der Glasscheibe mit dem Rahmen in sehr vielen Fällen an Scheiben gemacht
werden muß, die später nur zu unbrauchbaren Schirmen führen.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenbildverstärker der eingangs
genannten Art anzugeben, bei welchem als Ausgangsfenster der fertige Ausgangsschirm
in einen Metallrahmen gefaßt und in die Wand des Vakuumkolbens eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Bildverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch
die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und
Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
[0005] Durch die Verwendung eines Weichlotes zur Einlötung der Fensterscheibe in einen Metallrahmen,
der mittels eines Flansches in die Fensteröffnung des Vakuumkolbens eines Bildverstärkers
einsetzbar ist, d.h. eines Lotes, dessen Schmelztemperatur zwischen 250 und 400° C
liegt, wird einerseits bei möglichst tiefer Temperatur eine andererseits das Ausheizen
des Bildverstärkers aushaltende Lötung erhalten. Zur Schonung des Leuchtschirms wird
sie zweckmäßigerweise in einem inerten Medium vorgenommen, indem man etwa in einer
Wasserstoffatmosphäre oder in einem anderen Schutzgas bzw. im Vakuum lötet. Dabei
wird die beim späteren Betrieb des Bildverstärkers erzielbare Lichtausbeute der Leuchtschicht
noch nicht beeinrächtigt.
[0006] Für den Metallrahmen sind bei den Herstellungs- und Betriebsbedingungen beständige
Metalle geeignet, die mit dem Material des Ausgangsfensters ebenso wie mit demjenigen
des Röhrenkolbens dicht verbindbar sind. Zum Einsatz in gläserne Kolben haben sich
solche bewährt, die als Hauptbestandteile Nickel (Ni), Eisen (Fe) bzw.
[0007] Ni, Chrom (Cr), Fe bzw. Ni, Kobald (Co), Fe oder Ni, Co, Cr, Fe enthalten. Es sind
Eisenlegierungen, die zwischen 20 und 60 % Ni enthalten und/oder 10 bis 30 % Co und/oder
1 bis 10 % Cr.
[0008] Zum Löten haben sich Lote bewährt, die auf der Basis von Blei (Pb) aufgebaut sind.
Diese Lote haben gegenüber anderen den Vorteil, daß ihre Verarbeitungstemperatur,
also auch ihre Wiedererweichung, deutlich über der Temperatur liegt, die für das Entgasungsheizen
der Bildverstärkerröhre im Zuge der Herstellung notwendig ist. Sie liegt jedoch noch
unter einer für die Leuchtfähigkeit des Leuchtpigments schädlichen Temperatur.
[0009] Neben Blei haben sich Legierungen bewährt, bei denen Blei mit Silber (Ag), Zinn (Sn)
und Indium (In) legiert ist. Die Zusätze werden etwa in Mengen, die von 0,1 Gewichtsprozent
bis 10 Gewichtsprozent betragen, dem Blei zugefügt, um einerseits mit geringen Mengen
schon eine Wirkung des Zusatzes zu erreichen und andererseits bei hohen beigefügten
Mengen nicht eine erhöhte Schmelztemperatur und eine Bildung von die Lötung erschwerenden
materiellen Inhomogenitäten hinnehmen zu müssen. Als günstig hat sich eine Legierung
aus Blei und 2,5 Gewichtsprozent Silber erwiesen.
[0010] Die Benetzung und Haftung des Lots an zu verbindenden Teilen kann durch Anpassung
ihrer Oberflächen, etwa durch einfache Beschichtung bzw. Belegung mit einem System
von Schichten aus aufeinander abgestimmten Materialien gefördert werden. Eine einfache
Haftschicht bzw. die erste Schicht einer geeigneten Schichtenfolge sollte für Glas
aus einem Stoff bestehen, der große Affinität zu Sauerstoff besitzt, da die Verbindung
zur Glasoberfläche über Metalloxid zustandekommt. Sowohl das Metall der Beschichtung
als auch das an der Grenze gebildete Oxid müssen für die erwünschte Befestigung ausreichende
Zugfestigkeit besitzen.
[0011] Die zweite Schicht ist Schutzschicht für die erste Schicht und kann auch Lötschicht
sein. Die zweite Schicht muß den Lotfluß stoppen, und zwar so, daß sie sich nicht
von der ersten löst.
[0012] Die dritte Schicht schützt die beiden ersten vor Oxidation und kann auch Lötschicht
sein.
[0013] Geeignete Materialien sind für die
1. Schicht: Titan (Ti), Niob (Nb), Tantal (Ta), NiCr, Cr, Fe,
2. Schicht: Ni, Gold (Au), Platin (Pt), Molybdän (Mo), Fe und für die
3. Schicht: Au, Silber (Ag), Ni, Kupfer (Cu), Pt, Palladium (Pd).
[0014] Geeignete Systeme aufeinander abgestimmter Schichten können z.B. für die Anlötung
einer Glasscheibe aus Schichtfolgen bestehen, bei denen auf das Glas zuerst Chrom
in einer Dicke von 30 bis 300 nm aufgedampft ist. Beim Hochvakuumniederschlagen dieser
Schicht ist davon auszugehen, daß das metallische Chrom in der Dampfphase und auf
der Glasoberfläche mit Sauerstoff reagiert- bzw. mit dünnen Oxidbelägen. Die eigentliche
Haftung entsteht also über eine sehr dünne, in ihrer Zusammensetzung nicht näher definierbare
Chromoxidschicht. Auf diese erste Schicht kann dann als zweite eine Schicht aus Nickel
und anschließend als dritte eine solche aus Silber folgen, deren Dicken derjenigen
aus Chrom entsprechen.
[0015] Die Chromschicht kann aber auch mit Eisen beschichtet sein, das mit Nickel belegt
wird und auf das dann eine Nickel-Silber-Legierung folgt, oder es wird eine Eisen-Chrom-Nickel-Legierung
oder eine Chrom-Nickel-Legierung aufgedampft. Bei der Schichtung ist lediglich darauf
zu achten, daß die glasnächsten Schichten in der Reihenfolge Chromoxid-Chrom aufgebaut
sind, eine Schicht von mindestens 30
/um Dicke aus reinem Chrom besteht, da dieses keine festen Lösungen mit Blei bildet,
und daß die oberste Schicht aus Nickel respektive Ag besteht, da in diesen gute Löslichkeit
von Blei und daher gute Bindungsfähigkeit mit dem Lot vorliegt. Schließlich kann die
gesamte, die Haftung verbessernde Schichtung mit Gold abgedeckt werden. Diese bewirkt
bei ausreichender Dichtigkeit, die bei Dicken von etwa 400 nm erreichbar ist, daß
eine Oxidation der obersten Schicht, d.h. etwa die Bildung von Nickel- oder Silberoxid,
vermieden wird.
[0016] Auch der metallene Rahmen kann an seinen zu verlötenden Flächen mit den obengenannten
Haftschichten bzw. Schichtung versehen sein. Insbesondere bei Verwendung von Niromed
44 oder Vacon 20 bzw. Vacon 70 als Rahmenmaterial wird so auch an diesem Teil gute
Haftung des Lotes erreicht. Die eigentliche Lötung erfolgt vorzugsweise im Hochvakuum
mit Schichtdicken von 100 bis 300 nm je Einzelschicht. Gelötet wird bei Temperaturen
um 350° C und statt des Hochvakuums kann auch eine Schutzgasatmosphäre benutzt werden,
etwa eine solche aus Wasserstoff.
[0017] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in
den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
In der Figur 1 ist der Querschnitt durch einen schematisch dargestellten einstufigen
Vakuumröntgenbildverstärker gezeichnet,
in der Figur 2 eine Ausschnitt aus der Verbindung des Ausgangsfensters mit dem elektronischen
Vakuumkolben des Bildverstärkers und
in den Figuren 3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Haftschichten am Ausgangsfenster.
[0018] In der Figur 1 ist mit 1 der Vakuumkolben eines Röntgenbildverstärkers bezeichnet.
Dieser Kolben 1 besteht aus einer Kathodenkappe 2, welche eine Öffnung eines ein Rohr
abgestuften Durchmessers darstellenden Keramikkörpers 3 abschließt, dessen andere,
gegenüber der ersten kleineren Durchmesser aufweisende Öffnung durch einen Anodenansatz
4 abgeschlossen ist. Im Inneren des Kolbens 1 befindet sich der an sich bekannte Aufbau
eines elektronischen Bildverstärkers, d.h. an der Innenwand der Kappe 2 gegenüber
dem Ansatz 4 liegt eine Leuchtschicht 5, die mit einer Fotokathodenschicht 6 bedeckt
ist. Dann folgen elektronenoptische Elektroden 7 und 8, die am Keramikkörper 3 befestigt
sind, und schließlich die eigentliche Anode 9. Zum Abschluß der nach außen gehenden
Öffnung der Anode 9 ist mittels einer Lötung 10 die am Rahmen 11 liegende Scheibe
12 des Ausgangsfensters eingesetzt. Die Scheibe 12 trägt an ihrer Innenseite den Ausgangsleuchtschirm
13 und ist mit einer Lötstelle 14 mit dem Rahmen 11 vakuumdicht verbunden.
[0019] Die Wirkungsweise des Bildverstärkers beruht bekanntlich darauf, daß durch die Wand
der Kappe 2 in die Leuchtschicht 5 eindringende Röntgenbilder in der Fotokathode 6
ein Elektronenbild auslösen. Dieses wird dann mittels der Elektroden 7 und 8 und der
Anode 9 auf die Leuchtschicht 13 abgebildet, indem die entsprechenden Potentiale an
die Kappe 2, die Verbindungsleitungen 15 und 16, zu den Elektroden 7 und 8 und an
den Ansatz 4 für die Anode 9 angelegt werden.
[0020] Aus der Figur 2 ist ersichtlich, daß die Lötstelle 14 zwischen der Scheibe 12 und
der Innenseite des Rahmens 11 aus Haftschichten 20 der Scheibe 12 und 21 des Rahmens
11 besteht, die durch die eigentliche Lotschicht 22 miteinander verbunden sind. Letztere
besteht aus einem Legierungsprodukt von Blei mit 2,5 Gewichtsprozent Silber und ist
0,05 bis 1 mm stark. Die Schichten 20 und 21 stellen Doppelschichten dar, die denjenigen
entsprechen, die in Figur 3 mit 23 und 24 bezeichnet sind. Die Schicht 23 besteht
aus Nickel und ist etwa 200/um stark. Die Schicht 24 besteht aus einer Aufdampfschicht
aus Chrom und ist mindestens 30
/um stark.
[0021] Die Schichten 20 und 21 können aber entsprechend Figur 4 auch aus drei Schichten
25, 26 und 27 aufgebaut sein. Sie werden bei dieser Ausführung auf das Ausgangsfenster
12.1, das dem Fenster 12 der Figur 2 entspricht, aufgedampft, indem zuerst die aus
Chrom bzw. Chromoxiden bestehende und mindestens 30
/um starke Schicht 25, dann die mindestens 30
/um dicke Schicht 26 aus Nickel sowie abschließend die aus Silber bestehende und ca.
200
/um starke Schicht 27 aufgedampft sind.
[0022] Bei einer Vierfachschichtung der Haftschicht nach Figur 5, bei welcher die Scheibe
des Ausgangsfensters mit 12.2 bezeichnet ist, wird zuerst eine Schicht 28 aus Chrom/Chromoxid
auf den zu verlötenden Rand der Fensterscheibe 12.2 mindestens 30
/um stark aufgedampft. Darauf folgt eine Aufdampfschicht 29, die aus Nickel besteht
und 100
/um bis 300
/um dick ist.. Eine nunmehr folgende Schicht 30 aus Silber wird dann ca. 200
/um stark aufgedampft und schließlich eine aus Gold bestehende abdeckende Schicht 31.
[0023] Wegen der Verwendung von Weichlot kann die Scheibe 12 vom Kolben 1 des Bildverstärkers
wieder gelöst werden. Dies erfolgt durch Auslöten aus dem Rahmen 11. Dann kann die
als Substrat der Leuchtschicht 13 verwendete Scheibe 12 problemlos wiedergewonnen
und neu aufgearbeitet werden. Dies ist insbesondere bei Benutzung feiner optischer
Scheiben ein entscheidender Vorteil gegenüber einer Verlötung mit Glasloten, die nur
bei Temperaturen über 600° C gelöst werden kann. Während Weichlot leicht entfernbar
ist, weist eine mit Glas gelötete Scheibe an den Lotstellen nach dem Lösen der Lötung
immer Reste von Glaslot auf, die nur durch Schleifen abgetragen werden können.
1. Röntgenbildverstärker, dessen Ausgangsfenster in einen Metallrahmen gefaßt in den
Röhrenkolben eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterscheibe in den
Rahmen mittels Weichlot eingelötet ist.
2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Lot eine
Bleilegierung ist, etwa eine solche, die Blei, Zinn und Indium enthält.
3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Lot aus
Blei besteht, dem 2,5 Gewichtsprozent Silber zugesetzt sind.
4. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche
der Fensterscheibe an den Stellen, an denen die Lötung erfolgt, sogenannte Haftschichten
trägt.
5. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Haftschichten
in Form einer Schichtenfolge aufgetragen sind, wobei auf das Glas Chrom in einer Dicke
von mindestens 30/um, auf dieses Nickel in einer Dicke von ca. 200/um und darauf Silber in einer Dicke von 100 bis 400/um aufgetragen ist.
6. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Haftschichten
eine Schichtenfolge darstellen, deren auf das Glas aufgetragene Schicht aus Chrom
besteht und 3/um dick ist und daß auf die Chromschicht eine Schicht aus Eisen, darauf eine Schicht
aus Nickel und auf diese eine Schicht aus Silber aufgetragen sind.
7. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Haftschichten
mit einer Abdeckung aus Gold versehen sind.
8. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auch die Lötfläche
des Rahmens mit Haftschichten versehen ist.
9. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die oberste
Schicht der Haftschicht des Rahmens mit der obersten Schicht der Haftschicht der Fensterscheibe
übereinstimmt.
10. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Fensterscheibe
das die Leuchtschicht des Ausgangsschirms des Bildverstärkers tragende Substrat ist.