Kersting, Elmar (2019)
Hochauflösende Röntgenspeicherleuchtstoffplatten auf Basis von europiumdotiertem Cäsiumbromid.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Röntgenspeicherleuchtstoffe werden in Form von Bildplatten seit den späten 80er Jahren vor allem wegen ihrer hohen PSL-Empfindlichkeit in der bildgebenden Röntgendiagnostik verwendet. Die räumliche Auflösung klassischer Röntgenfilme wurde jedoch mit Bildplatten aus Speicherleuchtstoffen bis heute nicht erreicht. Kommerzielle Bildplatten basieren auf granularem, mit Europium(II) dotiertem, Bariumfluorobromid, welches aufgrund seiner Lichtstreueigenschaften kein Potenzial für ein hohes räumliches Auflösungsvermögen hat. Höhere Auflösungen ohne Einbußen bei der Empfindlichkeit konnten bisher nur durch nadelförmig strukturierte Bildplatten aus Europium(II) dotiertem Cäsiumbromid (CsBr) erzielt werden. Die höchste Auflösung ist allerdings bei transparenten Bildplatten zu erwarten. Das hier verwendete Material CsBr kann aufgrund seiner kubischen Kristallstruktur in transparenter Form hergestellt werden.

In dieser Arbeit wird der Einfluss verschiedener Synthese- und Fertigungsparameter der Bildplatten auf die erreichbare räumliche Auflösung und die PSL-Empfindlichkeit sowie deren Abhängigkeit von den strukturellen und funktionellen Eigenschaften und Mechanismen untersucht.

Es wurde ein neues Verfahren zur Herstellung des Ausgangspulvers der Bildplatten mit Hilfe einer Fällungsreaktion aus einer wässrigen CsBr-Lösung und Ethanol entwickelt. Durch die Variation der Prozessparameter lassen sich die Eigenschaften des Pulvers wie eine homogene Korngrößenverteilung und die Kornform steuern. Aus diesem Pulver wurden Bildplatten in Form von Pellets gepresst und ihre resultierenden Eigenschaften wie PSL-Empfindlichkeit und Auflösung bestimmt. Eine Aussetzung an Luftfeuchtigkeit (Hydration) bewirkt eine von der Oberfläche ausgehende Rekristallisation der Pellets. Die Rekristallisation verursacht eine Abnahme der PSL-Empfindlichkeit und eine Zunahme der räumlichen Auflösung. Eine anschließende Temperaturbehandlung führt zu einem Aufbrechen der polykristallinen Struktur in kleinere Körner, einem starken Anstieg der PSL-Empfindlichkeit und einer geringen Abnahme der Auflösung. Wird die Temperaturbehandlung als erster Schritt durchgeführt, wird eine starke Zunahme der Empfindlichkeit und keine Veränderung der Auflösung festgestellt. Eine folgende Hydration führt nun nur noch zu einer geringen strukturellen Veränderung des gepressten Pulvers. Die PSL-Empfindlichkeit nimmt mit zunehmender Hydrationsdauer leicht ab, während die Auflösung stark abfällt. Der Zusammenhang zwischen den PSL-Eigenschaften und der Struktur der Bildplatten wird mithilfe eines einfachen Modells erläutert.

Weiterhin bilden sich während der einzelnen Behandlungsschritte in den Bildplatten verschiedene europiumreiche Phasen, welche durch die Temperaturbehandlung bzw. Hydration in CsBrEu3 bzw. Cs2BrEu5 * 10 H2O umgewandelt werden. Diese Phasen besitzen einen starken Einfluss auf die Empfindlichkeit und die strukturellen Veränderungen während der oben genannten Behandlungsschritte. Während der Hydration werden durch die Rekristallisation die Europium-Ionen der im eindringenden Wasser gelösten Korngrenzenphasen in die CsBr-Matrix eingebaut. Die Temperaturbehandlung führt zu einer Reduktion der Europim(III)-Ionen und zu einer Bildung einer in Wasser schlecht löslichen Phase, welche für die behinderte Rekristallisation während einer folgenden Hydration verantwortlich ist.

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