DE102012206180B4 - Radiation detector, method for producing a radiation detector and X-ray machine - Google Patents
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Abstract
Strahlungsdetektor (10) zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, umfassend wenigstens eine erste und eine zweite Elektrode (12a, 12b), zwischen welchen mindestens ein Szintillatorelement zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse sowie mindestens ein Photoleiter (20) zum Umwandeln von Lichtimpulsen in elektrische Signale angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (10) wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckende Szintillatorschicht (14) umfasst, wobei innerhalb der Szintillatorschicht (14) wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12a, 12b) erstreckender Hohlraum (18a–c) vorgesehen ist, in welchem wenigstens ein Photoleiter (20) angeordnet ist.Radiation detector (10) for converting X-rays into electrical signals, comprising at least one first and one second electrode (12a, 12b), between which at least one scintillator element for converting X-rays into light pulses and at least one photoconductor (20) for converting light pulses into electrical ones Signals are arranged, characterized in that the radiation detector (10) comprises at least one between the first and the second electrode (12a, 12b) extending scintillator layer (14), wherein within the scintillator layer (14) at least one between the first and the second electrode (12a, 12b) extending cavity (18a-c) is provided, in which at least one photoconductor (20) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Strahlungsdetektors sowie ein Röntgengerät mit einem solchen Strahlungsdetektor.The invention relates to a radiation detector for the conversion of X-radiation into electrical signals. The invention further relates to a method for producing a radiation detector and to an x-ray device having such a radiation detector.
Ein Strahlungsdetektor ist beispielsweise aus der
Aus der
Aus der
Weiterhin sind Strahlungsdetektoren bekannt, die Szintillatorkörper umfassen, welche als Pulverschicht, Einkristall oder polykristalline Keramik ausgebildet sind und auf einer Schicht eines Photodetektors wie beispielsweise einer Photodiode oder einem Photoelektronenvervielfacher (Photomultiplier) optisch gekoppelt angeordnet sind.Furthermore, radiation detectors are known which comprise scintillator bodies, which are formed as a powder layer, monocrystal or polycrystalline ceramic and are optically coupled to a layer of a photodetector such as a photodiode or a photomultiplier (photomultiplier).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlungsdetektor zu schaffen, welcher kostengünstig herstellbar ist und eine besonders hohe Lebensdauer besitzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Röntgengerät mit einem solchen Strahlungsdetektor bereitzustellen.Object of the present invention is to provide a radiation detector, which is inexpensive to produce and has a particularly long life. Another object of the invention is to provide an X-ray machine with such a radiation detector.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Strahlungsdetektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie durch ein Röntgengerät gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The objects are achieved by a radiation detector with the features of claim 1, by a method having the features of claim 12 and by an X-ray apparatus according to claim 18. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Strahlungsdetektor wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckende Szintillatorschicht umfasst, wobei innerhalb der Szintillatorschicht wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Hohlraum vorgesehen ist, in welchem wenigstens ein Photoleiter angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, dass das Szintillatorelement nicht aus nanoskaligen Partikeln besteht, sondern sich als makroskopische Szintillatorschicht zwischen den Elektroden erstreckt, wobei in der Szintillatorschicht ein Hohlraum oder mehrere Hohlräume enthalten sind, die sich ebenfalls zwischen den Elektroden erstrecken. In dem oder den Hohlräumen ist der Photoleiter, das heißt eine photoleitende Verbindung bzw. ein photoleitendes Verbindungsgemisch eingebracht, so dass einerseits die erforderliche Umsetzung der von der Szintillatorschicht generierten Photonen in Ladungsträger direkt, das heißt entstehungsnah, und andererseits der Ladungstransport zu den Elektroden entstehungsnah durch den in dem oder den Hohlräumen angeordneten Photoleiter erfolgen können. Die Geometrie des oder der Hohlräume kann dabei grundsätzlich frei gewählt werden. Beispielsweise kann der Hohlraum kanalförmig oder flächig ausgebildet sein. Im Unterschied zu Strahlungsdetektoren mit nanoskaligen Szintillatorpartikeln besitzt der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor keine Begrenzung der Packungsdichte, so dass höhere Schichtdicken mit entsprechend verbesserter Röntgenabsorption ermöglicht sind. Darüber hinaus kann der Ladungstransport senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Elektroden erfolgen, so dass kurze Transportwege und ein entsprechend besseres Zeitverhalten des Strahlungsdetektors gegeben sind. Daher können grundsätzlich auch vergleichsweise kostengünstigere Photoleiter verwendet werden. Weiterhin können unterschiedlichste Szintillatormaterialien verwendet und einfach zur Szintillatorschicht verarbeitet werden, so dass der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor besonders schnell und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin besteht im Unterschied zum Stand der Technik nicht die Gefahr, dass nanoskalige Szintillatorpartikel ihre Anordnung zwischen den Elektroden durch Sedimentation oder Koagulation und damit auch die Detektoreigenschaften verändern. Darüber hinaus werden auch grundsätzliche Probleme von Nanopartikeln wie beispielsweise eine aufgrund der großen spezifischen Oberfläche erhöhte chemische Reaktivität sowie eine schlecht steuerbare räumliche Verteilbarkeit mit entsprechenden Ungleichmäßigkeiten der Struktur und Detektoreigenschaften von vornherein vermieden. Die Szintillatorschicht des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors besitzt eine hohe chemische und mechanische Stabilität und damit eine besonders hohe Lebensdauer. Dabei kann die Szintillatorschicht des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors mit geringen Schichtdicken bzw. hohe Packungsdichten bei gleichzeitig hoher struktureller Präzision und gestalterischer Freiheit (Design) hergestellt sein.A first aspect of the invention relates to a radiation detector for converting X-radiation into electrical signals, wherein it is provided according to the invention that the radiation detector comprises at least one scintillator layer extending between the first and second electrodes, at least one between the first and the second inside the scintillator layer second electrode extending cavity is provided, in which at least one photoconductor is arranged. In other words, in contrast to the prior art, it is provided that the scintillator element does not consist of nanoscale particles, but extends as a macroscopic scintillator between the electrodes, wherein in the scintillator one or more cavities are included, which are also between the electrodes extend. In the one or more cavities of the photoconductor, that is, a photoconductive compound or a photoconductive compound mixture is introduced, so that on the one hand, the required implementation of the scintillator layer generated photons in charge carriers directly, ie close to the origin, and on the other hand, the charge transport to the electrodes near the genesis the photoconductors arranged in the cavity or cavities can take place. The geometry of the cavity or cavities can basically be chosen freely. For example, the cavity may be channel-shaped or flat. In contrast to radiation detectors with nanoscale scintillator particles, the radiation detector according to the invention has no limitation of the packing density, so that higher layer thicknesses with correspondingly improved X-ray absorption are made possible. In addition, the charge transport can be perpendicular or at least substantially perpendicular to the electrodes, so that short transport paths and a correspondingly better time response of the radiation detector are given. Therefore, in principle, comparatively less expensive photoconductors can be used. Furthermore, a wide variety of scintillator materials can be used and easily processed to scintillator, so that the radiation detector according to the invention is particularly fast and inexpensive to produce. Furthermore, in contrast to the prior art, there is no risk that nanoscale scintillator particles change their arrangement between the electrodes by sedimentation or coagulation and thus also the detector properties. In addition, fundamental problems of nanoparticles such as an increased due to the large surface specific chemical reactivity and a poorly controlled spatial distributability with appropriate Unevenness of the structure and detector properties avoided from the outset. The scintillator layer of the radiation detector according to the invention has a high chemical and mechanical stability and thus a particularly long service life. In this case, the scintillator layer of the radiation detector according to the invention can be produced with low layer thicknesses or high packing densities with simultaneously high structural precision and creative freedom (design).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Szintillatorschicht wenigstens zwei voneinander beabstandete Szintillatorkörper umfasst, zwischen welchen jeweils wenigstens ein Photoleiter angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Szintillatorschicht zwei oder mehr Szintillatorkörper umfasst, zwischen welchen jeweils ein sich der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Hohlraum angeordnet ist, wobei der Hohlraum mit dem Photoleiter, das heißt mit der photoleitenden Verbindung bzw. dem photoleitenden Verbindungsgemisch, gefüllt ist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor besonders variabel ausgebildet werden, da die Anzahl der Szintillatorkörper und Photoleiter-Schichten optimal an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst werden kann. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass der Strahlungsdetektor n Szintillatorkörper und n – 1 Photoleiter-Schichten umfasst, wobei n ≥ 2 ist.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the scintillator layer comprises at least two scintillator bodies spaced apart from one another, between which at least one photoconductor is arranged in each case. In other words, it is provided that the scintillator layer comprises two or more scintillator bodies, between each of which one of the extending between the first and the second electrode cavity is arranged, wherein the cavity with the photoconductor, that is with the photoconductive compound or photoconductive compound mixture is filled. As a result, the radiation detector according to the invention can be designed to be particularly variable, since the number of Szintillatorkörper and photoconductor layers can be optimally adapted to the particular application. In principle, it may be provided that the radiation detector comprises n scintillator bodies and n-1 photoconductor layers, where n ≥ 2.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die wenigstens zwei Szintillatorkörper und der wenigstens eine Photoleiter lamellenartig zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet sind. Unter einer lamellenartigen Anordnung ist dabei eine Anordnung zu verstehen, bei welcher die Szintillatorkörper und der oder die Photoleiter-Schichten zumindest im Wesentlichen scheiben- bzw. quaderförmige Geometrien aufweisen und zu mehreren mit ihren Flächen zumindest annähernd parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kanten und Deckflächen der einzelnen Scheiben oder Quader jeweils mit den Elektroden in Verbindung stehen. Derartige Lamellenstrukturen verfügen über eine am Materialaufwand gemessen sehr große Oberfläche sowie über eine besonders hohe mechanische Stabilität.Further advantages result if the at least two scintillator bodies and the at least one photoconductor are arranged in the manner of a lamella between the first and the second electrode. In this case, a lamellar arrangement means an arrangement in which the scintillator body and the photoconductor layer (s) have at least substantially disc-shaped or cuboid geometries and are arranged at least approximately parallel to one another with their surfaces, the edges and cover surfaces the individual discs or cuboid are each in communication with the electrodes. Such lamellar structures have a very large surface measured on the cost of materials and a particularly high mechanical stability.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Stabilität wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass benachbarte Szintillatorkörper aneinander abgestützt sind.A further improvement of the mechanical stability is achieved in a further embodiment of the invention in that adjacent scintillator bodies are supported on each other.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn benachbarte Szintillatorkörper mittels mehrerer Materialbrücken aneinander abgestützt sind, wobei die Materialbrücken vorzugsweise einen Abstand zwischen 5 μm und 15 μm voneinander aufweisen. Die Materialbrücken können dabei grundsätzlich aus dem gleichen Material wie die Szintillatorkörper oder aus einem abweichenden Material bestehen. Die Verwendung von Materialbrücken bietet den Vorteil, dass einerseits der oder die Hohlräume für den Photoleiter zwischen benachbarten Szintillatorkörper zumindest überwiegend erhalten bleiben und andererseits die mechanische Stabilität gesteigert werden kann. Unter einem Abstand zwischen 5 μm und 15 μm sind dabei insbesondere Abstände von 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm und 15 μm sowie entsprechende Zwischenwerte zu verstehen.It has been shown in a further embodiment to be advantageous if adjacent Szintillatorkörper be supported by means of a plurality of material bridges to each other, wherein the material bridges preferably have a distance between 5 microns and 15 microns from each other. The material bridges can basically consist of the same material as the scintillator body or of a different material. The use of material bridges offers the advantage that, on the one hand, the cavity or cavities for the photoconductor between adjacent scintillator bodies are at least predominantly retained and, on the other hand, the mechanical stability can be increased. Distances of 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm and 15 μm as well as corresponding intermediate values are particularly suitable at a distance between 5 μm and 15 μm understand.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Szintillatorschicht einen Einkristall und/oder ein dotiertes und/oder undotiertes keramisches Material umfasst. Geeignete keramische Materialien umfassen beispielsweise (Y. Gd)2O3, Y3Al5O12 und Lu2SiO5, wobei diese Verbindungen mit Lanthanoiden wie beispielsweise Europium, Praseodym, Cer dotiert sein können. Denkbar sind auch keramische Materialien aus Lu-Tb-Al-O-Ce-Systemen, Y-Gd-Eu-O-Pr-Systemen, Lu-Tb-Al-O:Ce Verbindungen, Y2O3-Gd2O3-Eu2O3-Mischungen, Gd2O3-Ga2O3:Cr, Gd2O2S:Pr/Ce, (LuxTby)3Al5O12:Ce, CsI:Tl, CsI:Na und CdWO4. Hierdurch können die Eigenschaften des Szintillatorkörpers insbesondere im Hinblick auf sein Absorptions- und Emissionsverhalten optimal an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the scintillator layer comprises a single crystal and / or a doped and / or undoped ceramic material. Suitable ceramic materials include, for example, (Y. Gd) 2 O 3 , Y 3 Al 5 O 12 and Lu 2 SiO 5 , which compounds may be doped with lanthanides such as europium, praseodymium, cerium. Also conceivable are ceramic materials of Lu-Tb-Al-O-Ce systems, Y-Gd-Eu-O-Pr systems, Lu-Tb-Al-O: Ce compounds, Y 2 O 3 -Gd 2 O 3 -Eu 2 O 3 mixtures, Gd 2 O 3 -Ga 2 O 3 : Cr, Gd 2 O 2 S: Pr / Ce, (Lu x Tb y ) 3 Al 5 O 12 : Ce, CsI: Tl, CsI: Na and CdWO 4 . As a result, the properties of the scintillator body can be optimally adapted to the respective intended use, in particular with regard to its absorption and emission behavior.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Photoleiter eine anorganische und/oder organische Elektronenakzeptor-Verbindung und/oder eine anorganische und/oder organische Elektronendonator-Verbindung umfasst. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, um die Absorptions- und Emissionseigenschaften des Photoleiters optimal an den jeweiligen Einsatzzweck des Strahlungsdetektors und an die Eigenschaften des Szintillatorkörpers sowie an das Material der Elektroden anzupassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Photoleiter anorganische Verbindungen wie etwa amorphes Selen, Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmium-Zink-Tellurid (CdZnTe) und/oder Wismuttrijodid (BiI3) umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Photoleiter ein elektrisch leitfähiges Polymer umfasst, wobei das oder die elektrisch leitfähigen Polymere zusätzlich auch p-dotiert und/oder n-dotiert sein können.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the photoconductor comprises an inorganic and / or organic electron acceptor compound and / or an inorganic and / or organic electron donor compound. This is a simple way to optimally adapt the absorption and emission properties of the photoconductor to the particular intended use of the radiation detector and to the properties of the scintillator body as well as to the material of the electrodes. For example, it may be provided that the photoconductor comprises inorganic compounds such as amorphous selenium, cadmium telluride (CdTe), cadmium zinc telluride (CdZnTe) and / or bismuth triiodide (BiI 3 ). Alternatively or additionally, it may be provided that the photoconductor comprises an electrically conductive polymer, wherein the one or more electrically conductive polymers may additionally also be p-doped and / or n-doped.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Photoleiter ausgewählt ist aus einer Gruppe, die substituierte und/oder unsubstituierte Fullerene, Polyacetylene, Poly(paraphenylene), Polyphenylenvinylene, Polythiophene, Polyethylendioxythiophene, Polyaniline, Polysulfonsäuren, Polysilane, Polycarbazole und/oder Polypyrrole umfasst. Die genannten Gruppenmitglieder können zusätzlich p-dotiert und/oder n-dotiert sein. Beispielhafte Verbindungen für die genannten Gruppenmitglieder sind [6,6]-Phenyl-C61-buttersäuremethylester (PCBM), bei welchem es sich um einen n-Typ Halbleiter bzw. ein Eletronenakzeptormaterial handelt, Poly(3-hexylthiophen) (P3HT), bei welchem es sich um einen p-Typ Halbleiter handelt, Poly-3,4-Ethylendioxythiophen (PEDOT), Polystyrolsulfonat (PSS), Poly(1,4-phenylen) (PPP), Poly(p-phenylenvinylen) (PPV), Poly(2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-p-phenylenvinylen) (MEH-PPV), das Cyano-Derivat hiervon (CN-PPV), Polythiophen (PT), Polypyrrol (PPy), Polyanilin (PANI) oder Polyacetylene, die grundsätzlich eine trans-transoide und/oder eine cis-transoide bzw. trans-cisoide Konfiguration aufweisen können.Furthermore, it has proved to be advantageous if the photoconductor is selected from a group comprising substituted and / or unsubstituted fullerenes, polyacetylenes, poly (paraphenylenes), polyphenylenevinylenes, polythiophenes, polyethylenedioxythiophenes, polyanilines, polysulfonic acids, polysilanes, polycarbazoles and / or polypyrroles , The group members mentioned may additionally be p-doped and / or n-doped. Exemplary compounds for said group members are [6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), which is an n-type semiconductor or an electron acceptor material, poly (3-hexylthiophene) (P3HT), in which it is a p-type semiconductor, poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT), polystyrene sulfonate (PSS), poly (1,4-phenylene) (PPP), poly (p-phenylene vinylene) (PPV), poly ( 2- (2-ethylhexyloxy) -5-methoxy-p-phenylenevinylene) (MEH-PPV), the cyano derivative thereof (CN-PPV), polythiophene (PT), polypyrrole (PPy), polyaniline (PANI) or polyacetylenes, which can in principle have a trans-transoid and / or a cis-transoid or trans-cisoid configuration.
Durch Auswahl einer oder mehrerer Verbindungen aus den genannten Gruppen können wichtige Eigenschaften des Photoleiters wie beispielsweise seine Löslichkeit, sein Absorptionsverhalten, seine Emissionswellenlängen sowie seine thermische und chemische Stabilität optimal eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Polymerblend aus PEDOT und/oder P3HF, welche als Absorber bzw. Lochtransportkomponenten fungieren, mit PCBM als Elektronenakzeptor als sogenannte „bulkheterojunction” fungieren, das heißt, dass sich die Ladungsträger an den Grenzflächen der einzelnen Materialien trennen. Unter einem Polymerblend wird dabei eine makroskopisch homogene Mischung von zwei oder mehr Polymerarten verstanden, welcher beispielsweise durch mechanische Vermischung von geschmolzenen Polymeren hergestellt werden kann, wobei sich ein homogenes Material ergibt. Beim Abkühlen der Schmelze bleiben die einzelnen Polymerketten fein verteilt und sorgen dafür, dass sich das Eigenschaftsprofil des Polymerblends aus den Eigenschaften der verwendeten Polymere zusammensetzt.By selecting one or more compounds from the groups mentioned, important properties of the photoconductor such as, for example, its solubility, its absorption behavior, its emission wavelengths and its thermal and chemical stability can be optimally adjusted. For example, a polymer blend of PEDOT and / or P3HF, which act as absorbers or hole transport components, with PCBM as an electron acceptor function as a so-called "bulk heterojunction", that is to say that the charge carriers separate at the interfaces of the individual materials. A polymer blend is understood to mean a macroscopically homogeneous mixture of two or more types of polymer, which can be prepared, for example, by mechanical mixing of molten polymers, resulting in a homogeneous material. Upon cooling of the melt, the individual polymer chains remain finely divided and ensure that the property profile of the polymer blend is composed of the properties of the polymers used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Hierdurch kann insbesondere die Aus- bzw. Eintrittsarbeit der Elektroden optimal an das Material des Szintillatorkörpers und/oder des Photoleiters angepasst werden. Geeignete Materialien für die Elektroden sind beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO), Calcium oder Silber.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first electrode and the second electrode consist of the same or different materials. In this way, in particular the discharge or entry work of the electrodes can be optimally adapted to the material of the scintillator body and / or of the photoconductor. Suitable materials for the electrodes are, for example, indium tin oxide (ITO), calcium or silver.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zwischen 80 μm und 2500 μm, insbesondere zwischen 100 μm und 2000 μm beträgt. Unter einem Abstand zwischen 80 μm und 2500 μm sind dabei insbesondere Abstände von 80 µm, 90 µm, 110 µm, 130 μm, 150 μm, 170 μm, 190 μm, 210 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 290 μm, 310 μm, 330 μm, 350 μm, 370 μm, 390 μm, 410 μm, 430 μm, 450 μm, 470 μm, 490 μm, 510 μm, 530 μm, 550 μm, 570 μm, 590 μm, 610 μm, 630 μm, 650 μm, 670 μm, 690 μm, 710 μm, 730 μm, 750 μm, 770 μm, 790 μm, 810 μm, 830 μm, 850 μm, 870 μm, 890 μm, 910 μm, 930 μm, 950 μm, 970 μm, 990 μm, 1010 μm, 1030 μm, 1050 μm, 1070 μm, 1090 μm, 1110 μm, 1130 μm, 1150 μm, 1170 μm, 1190 μm, 1210 μm, 1230 μm, 1250 μm, 1270 μm, 1290 μm, 1310 μm, 1330 μm, 1350 μm, 1370 μm, 1390 μm, 1410 μm, 1430 μm, 1450 μm, 1470 μm, 1490 μm, 1510 μm, 1530 μm, 1550 μm, 1570 μm, 1590 μm, 1610 μm, 1630 μm, 1650 μm, 1670 μm, 1690 μm, 1710 μm, 1730 μm, 1750 μm, 1770 μm, 1790 μm, 1810 μm, 1830 μm, 1850 μm, 1870 μm, 1890 μm, 1910 μm, 1930 μm, 1950 μm, 1970 μm, 1990 μm, 2010 μm, 2030 μm, 2050 μm, 2070 μm, 2090 μm, 2110 μm, 2130 μm, 2150 μm, 2170 μm, 2190 μm, 2210 μm, 2230 μm, 2250 μm, 2270 μm, 2290 μm, 2310 μm, 2330 μm, 2350 μm, 2370 μm, 2390 μm, 2410 μm, 2430 μm, 2450 μm, 2470 μm, 2490 μm und 2500 μm sowie entsprechende Zwischenwerte wie beispielsweise 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105 μm, 106 μm, 107 μm, 108 μm, 109 μm, 110 μm, 111 μm, 112 μm, 113 μm, 114 μm, 115 μm, 116 μm, 117 μm, 118 μm, 119 μm, 120 μm usw. zu verstehen. Hierdurch können insbesondere die Empfindlichkeit, Absorptionscharakteristik und mechanische Stabilität des Strahlungsdetektors optimal eingestellt werden. Eine besonders hohe Empfindlichkeit des Strahlungsdetektors wird alternativ oder zusätzlich dadurch erzielt, dass der wenigstens eine Photoleiter in Erstreckungsrichtung der Elektroden betrachtet eine Breite zwischen 2 μm und 25 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 20 μm aufweist. Unter einer Breite zwischen 2 μm und 25 μm sind Breiten von 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm, 15 μm, 16 μm, 17 μm, 18 μm, 19 μm, 20 μm, 21 μm, 22 μm, 23 μm, 24 μm und 25 μm sowie entsprechende Zwischenwerte zu verstehen.Further advantages result in that a distance between the first and the second electrode is between 80 μm and 2500 μm, in particular between 100 μm and 2000 μm. Distances between 80 μm and 90 μm, in particular distances of 80 μm, 90 μm, 110 μm, 130 μm, 150 μm, 170 μm, 190 μm, 210 μm, 230 μm, 250 μm, 270 μm, 290 μm, 310, 330, 350, 370, 390, 410, 430, 450, 470, 490, 510, 530, 550, 570, 590, 610, 630 , 650, 670, 690, 710, 730, 750, 770, 790, 810, 830, 850, 870, 890, 910, 930, 950, 970 μm, 990 μm, 1010 μm, 1030 μm, 1050 μm, 1070 μm, 1090 μm, 1110 μm, 1130 μm, 1150 μm, 1170 μm, 1190 μm, 1210 μm, 1230 μm, 1250 μm, 1270 μm, 1290 μm, 1310 μm, 1330 μm, 1350 μm, 1370 μm, 1390 μm, 1410 μm, 1430 μm, 1450 μm, 1470 μm, 1490 μm, 1510 μm, 1530 μm, 1550 μm, 1570 μm, 1590 μm, 1610 μm, 1630 μm , 1650, 1670, 1690, 1710, 1730, 1750, 1770, 1790, 1810, 1830, 1850, 1870, 1890, 1910, 1930, 1950, and 1970, respectively μm, 19 90 μm, 2010 μm, 2030 μm, 2050 μm, 2070 μm, 2090 μm, 2110 μm, 2130 μm, 2150 μm, 2170 μm, 2190 μm, 2210 μm, 2230 μm, 2250 μm, 2270 μm, 2290 μm, 2310 μm , 2330 μm, 2350 μm, 2370 μm, 2390 μm, 2410 μm, 2430 μm, 2450 μm, 2470 μm, 2490 μm and 2500 μm as well as corresponding intermediate values such as 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, and so on understand. As a result, in particular the sensitivity, absorption characteristics and mechanical stability of the radiation detector can be optimally adjusted. A particularly high sensitivity of the radiation detector is alternatively or additionally achieved in that the at least one photoconductor considered in the direction of extension of the electrodes has a width between 2 microns and 25 microns, in particular between 5 microns and 20 microns. Widths between 2 μm and 25 μm are widths of 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 11 μm, 12 μm, 13 μm, 14 μm , 15 μm, 16 μm, 17 μm, 18 μm, 19 μm, 20 μm, 21 μm, 22 μm, 23 μm, 24 μm and 25 μm as well as corresponding intermediate values.
Eine weitere Optimierung des Absorptionsverhaltens und der mechanischen Stabilität wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, dass die Szintillatorkörper in Erstreckungsrichtung der Elektroden betrachtet eine Breite zwischen 80 μm und 250 μm, insbesondere zwischen 100 μm und 200 μm aufweisen. Unter einer Breite zwischen 80 μm und 250 μm sind dabei Breiten von 80 μm, 90 μm, 100 μm, 110 μm, 120 μm, 130 μm, 140 μm, 150 μm, 160 μm, 170 μm, 180 μm, 190 μm, 200 μm, 210 μm, 220 μm, 230 μm, 240 μm und 250 μm sowie entsprechende Zwischenwerte wie beispielsweise 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105 μm, 106 μm, 107 μm, 108 μm, 109 μm, 110 μm usw. zu verstehen.A further optimization of the absorption behavior and the mechanical stability is achieved in a further embodiment of the invention in that the Szintillatorkörper viewed in the direction of extension of the electrodes have a width between 80 .mu.m and 250 .mu.m, in particular between 100 .mu.m and 200 .mu.m. Below a width of between 80 μm and 250 μm are widths of 80 μm, 90 μm, 100 μm, 110 μm, 120 μm, 130 μm, 140 μm, 150 μm, 160 μm, 170 μm, 180 μm, 190 μm, 200 μm, 210 μm, 220 μm, 230 μm, 240 μm and 250 μm and corresponding intermediate values such as 100 μm, 101 μm, 102 μm, 103 μm, 104 μm, 105 μm, 106 μm, 107 μm, 108 μm, 109 μm , 110 microns, etc. to understand.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strahlungsdetektors zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale, bei welchem mindestens ein Szintillatorelement zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtimpulse sowie mindestens ein Photoleiter zum Umwandeln von Lichtimpulsen in elektrische Signale zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnet werden. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der ersten und der zweiten Elektrode wenigstens eine sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckende Szintillatorschicht angeordnet wird, wobei innerhalb der Szintillatorschicht wenigstens ein sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckender Hohlraum vorgesehen wird, in welchem wenigstens ein Photoleiter angeordnet wird. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.A second aspect of the invention relates to a method for producing a radiation detector for converting X-radiation into electrical signals, in which at least one scintillator element for converting X-radiation into light pulses and at least one photoconductor for converting light pulses into electrical signals be arranged between at least a first and a second electrode. In this case, it is provided according to the invention that at least one scintillator layer extending between the first and the second electrode is arranged between the first and the second electrode, wherein at least one cavity extending between the first and the second electrode is provided within the scintillator layer, in which at least a photoconductor is arranged. The resulting advantages are to be taken from the preceding descriptions of the first aspect of the invention, wherein advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Herstellen der Szintillatorschicht wenigstens zwei grüne Szintillatorkörper aus einem keramischen Material hergestellt, gestapelt, laminiert und zur Szintillatorschicht gesintert werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und variable Herstellung des Strahlungsdetektors. In Abhängigkeit der gewünschten Ausgestaltung und Dimensionierung der Szintillatorschicht können dabei auch 3, 4, 5, 6 oder mehr grüne, d. h. ungesinterte Szintillatorkörper verwendet werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Szintillatorkörper aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Hierdurch kann das Absorptionsverfahren des Strahlungsdetektors besonders einfach und präzise eingestellt werden.In an advantageous embodiment of the invention, at least two green scintillator bodies made of a ceramic material are produced, stacked, laminated and sintered to form a scintillator layer for producing the scintillator layer. This allows a particularly simple and variable production of the radiation detector. Depending on the desired configuration and dimensioning of the scintillator layer can also be 3, 4, 5, 6 or more green, d. H. unsintered scintillator body can be used. Furthermore, it can be provided that scintillator bodies made of different materials are used. As a result, the absorption process of the radiation detector can be set particularly easily and precisely.
Durch die Verwendung eines keramischen Folienverfahrens, insbesondere Foliengießen, kann die Geometrie der einzelnen Szintillatorkörper besonders einfach eingestellt werden. Darüber hinaus ist hierdurch eine einfache Möglichkeit gegeben, durch das Stapeln unterschiedlicher Grünfolien auch einzelne Szintillatorkörper mit besonders spezifischen Eigenschaften herzustellen.By using a ceramic film process, in particular film casting, the geometry of the individual Szintillatorkörper can be easily adjusted. In addition, this provides an easy way to produce by stacking different green sheets and individual Szintillatorkörper with particularly specific properties.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Stabilität der Szintillatorschicht wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erreicht, dass wenigstens einer der grünen Szintillatorkörper vor dem Stapeln mit wenigstens einer Erhebung und/oder Vertiefung versehen wird. Auf diese Weise können besonders einfach Hohlräume und/oder Materialbrücken zwischen benachbarten Szintillatorkörpern bzw. in der gesinterten Szintillatorschicht ausgebildet werden.A further improvement in the mechanical stability of the scintillator layer is achieved in a further embodiment in that at least one of the green scintillator bodies is provided with at least one elevation and / or depression prior to stacking. In this way, it is particularly easy to form cavities and / or material bridges between adjacent scintillator bodies or in the sintered scintillator layer.
Besonders schnell und einfach lassen sich mehrere Erhebungen und/oder Vertiefungen gleichzeitig herstellen, indem der grüne Szintillatorkörper mit einem Punktraster bedruckt wird.It is particularly quick and easy to produce several elevations and / or depressions at the same time by printing the green scintillator body with a dot matrix.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Photoleiter in fließfähigem Zustand in den wenigstens einen Hohlraum der Szintillatorschicht eingebracht und im Hohlraum verfestigt wird. Dies stellt eine besonders schnelle, einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, um den Photoleiter in dem oder den Hohlräumen der Szintillatorschicht anzuordnen. In Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung des Photoleiters kann dieser geschmolzen und/oder mit einem Lösungsmittel versetzt werden, um ihn in den fließfähigen Zustand zu überführen. Nach dem Abkühlen und/oder Entweichen des Lösungsmittels verbleibt der Photoleiter dann in dem oder den Hohlräumen der Szintillatorschicht. Bei der Verwendung von organischen Polymeren als Photoleiter besteht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung darüber hinaus die grundsätzliche Möglichkeit, die entsprechenden Monomere bzw. Edukte der betreffenden Polymere in den oder die Hohlräume einzubringen und im betreffenden Hohlraum auszupolymerisieren, um den Photoleiter direkt innerhalb des Hohlraums herzustellen.In a further embodiment of the invention, it has proven to be advantageous if the photoconductor is introduced in a flowable state in the at least one cavity of the scintillator and solidified in the cavity. This provides a particularly fast, easy and inexpensive way to place the photoconductor in the cavity (s) of the scintillator layer. Depending on the specific configuration of the photoconductor, it can be melted and / or mixed with a solvent in order to convert it into the flowable state. After cooling and / or the solvent has escaped, the photoconductor then remains in the cavity (s) of the scintillator layer. In the case of the use of organic polymers as photoconductors, in a further embodiment of the invention, moreover, there is the fundamental possibility of introducing the corresponding monomers or educts of the relevant polymers into the cavity (s) and polymerizing it out in the respective cavity in order to produce the photoconductor directly within the cavity.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Röntgengerät, welches zur Konversion von Röntgenstrahlung in elektrische Signale einen Strahlungsdetektor gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder einen mittels eines Verfahrens nach dem zweiten Erfindungsaspekt erhältlichen bzw. erhaltenen Strahlungsdetektor umfasst. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Ausführungen zum erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor sowie zum erfindungsgemäßen Verfahren zu entnehmen und gelten entsprechend für das Röntgengerät. Das Röntgengerät kann beispielsweise zur medizinischen Röntgenbildgebung oder zur Röntgenkontrolle an Flughäfen, Gebäuden und dergleichen ausgebildet sein. Es ist jedoch zu betonen, dass das Röntgengerät hinsichtlich seiner Ausgestaltung nicht auf die genannten Anwendungen beschränkt ist.A third aspect of the invention relates to an X-ray apparatus which, for the conversion of X-radiation into electrical signals, comprises a radiation detector according to the first aspect of the invention and / or a radiation detector obtainable or obtained by means of a method according to the second aspect of the invention. The resulting features and their advantages are shown in the comments on the radiation detector according to the invention and the method according to the invention and apply correspondingly for the X-ray machine. The X-ray device can be designed, for example, for medical X-ray imaging or X-ray control at airports, buildings and the like. However, it should be emphasized that the X-ray apparatus is not limited in terms of its design to the applications mentioned.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:Further features of the invention will become apparent from the claims, the embodiment and the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiment can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention. Showing:
Die Szintillatorschicht
Die Hohlräume
Man erkennt weiterhin, dass die Szintillatorkörper
Zum Einbringen des Photoleiters
Die Szintillatorkörper
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Keramikfolien organische Binder enthalten bzw. dass die grünen Keramikfolien mit Hilfe von organischen Bindern laminiert werden. Das Entbindern erfolgt dann vor dem Sinterschritt bei Temperaturen bis etwa 600°C.Furthermore, it can be provided that the ceramic films contain organic binders or that the green ceramic films are laminated with the aid of organic binders. The debinding then takes place before the sintering step at temperatures up to about 600 ° C.
Man erkennt aus der Zusammenschau von
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen – beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen – als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.The parameter values given in the documents for the definition of process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject invention are also within the scope of deviations - for example due to measurement errors, system errors, Einwaagefehlern, DIN tolerances and the like - as included in the scope of the invention ,
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