Leuchtschirm

Leuchtschirme sind flächige Vorrichtungen zur Sichtbarmachung von ionisierender Strahlung, insbesondere von Röntgen- und Elektronenstrahlen.[1] Sie spielen eine wichtige Rolle vor allem in der Radiologie, Werkstoffprüfung, Teilchenphysik und Kathodenstrahlröhrenbildschirmen. Diese Schirme wandeln die für das menschliche Auge unsichtbare ionisierende Strahlung in sichtbares Licht um.

Funktionsweise und Produktion

Schattenwurf auf den Leuchtschirm einer Schattenkreuzröhre

Leuchtschirme für Röntgen- oder Elektronenstrahlen bestehen aus einer Platte, die mit lumineszierenden Substanzen (Leuchtstoffe) beschichtet ist. Wenn diese Strahlen auf diese Beschichtung treffen, regen sie die Atome darin an, wodurch Photonen (Lichtquanten) im sichtbaren Spektralbereich emittiert werden. Dieser Prozess wird als Lumineszenz bezeichnet.

Zwei Typen von Leuchtstoffen werden für Leuchtschirme verwende: Fluorophore, deren Leuchten nach der Anregung mit ionisierender Strahlung sehr schnell abklingt und „Phosphore“, die nach der Anregung noch sichtbar nachleuchten (phosphorizieren). Häufig verwendete Leuchtstoffe für Leuchtschirme sind:

Für die Produktion von Leuchtschirmen sind zwei Verfahren üblich: der Direktguss und der Umkehrguss. Beim Umkehrguss wird zunächst eine optionale Haftschicht und ein reflektierender Hintergrund gegossen. Danach wird die Leuchtschicht mit dem Leuchtstoff aufgetragen. Der Leuchtstoff ist zumeist mit einem Bindemittel verdickt. Die Auftragung kann durch Streichen oder Aufgießen erfolgen. Danach wird durch Gießen, Spritzen oder Tauchen eine Schutzschicht aufgetragen. Beim Umkehrguss wird zunächst die Schutzschicht und danach die Leuchtschicht auf den Träger aufgebracht. Unabhängig vom Verfahren erfolgen die Auftragungs- und Trocknungsprozesse in staubfreine und klimatisierten Räumen.[10]

Anwendungen

Ein Spinthariskop aus den 1950er Jahren.
Der Leuchtschirm einer Bildwandlerröhre.

Leuchtschirme finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. In der medizinischen Radiologie werden sie zur Durchleuchtung und Echtzeitbildgebung. Die medizinische Anwendung hat über die letzten Jahrzehnte betrachtet stark abgenommen. Technologien wie Röntgenbildverstärker (RBV) und Flachbilddetektoren, die eine deutlich geringere Strahlenbelastung für die Patienten ermöglichen und oft eine deutlich bessere Bildqualität liefern, haben die Leuchtschirme in der Medizintechnik weitgehend abgelöst. In der Film-basierten Radiographie werden Röntgenverstärkerfolien verwendet, die Leuchtstoffe und das Prinzip des Leuchtschirms nutzen, um die Effizienz der Filmentwicklung zu verbessern.

In Kathodenstrahlröhren wandeln Leuchtschirme die Kathodenstrahlen (Elektronenstrahlen) in sichtbares Licht um. In Farbbildröhren sind im Leuchtschirm drei Leuchtstoffe (für die Erzeugung der drei Grundfarben rot, grün und blaue) in Punkten oder Streifen getrennt voneinander aufgebracht.[11]

In der industriellen Durchstrahlungsprüfung werden Leuchtschirme zur Detektion von Materialfehlern verwendet. In der wissenschaftlichen Forschung dienen Leuchtschirme zum Nachweis und zur Visualisierung von Röntgenstrahlung.

Das Spinthariskop ist eine spezielle Ausführungsform eines Leuchtschirms, das früher zur Sichtbarmachung von ionisierender Strahlung mittels der Szintillationsmethode.[12][13]

Geschichte

Die ersten Leuchtschirme wurden zusammen mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen entwickelt.[1] Wilhelm Conrad Röntgen entdeckte am 8. November 1895 die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen durch das gelb-grüne Aufleuchten eines mit Bariumplatinzyanür (Barium-Platin(II)-Cyanid) beschichteten Papiers.[14] Röntgen sagte dazu: „Ich arbeitete mit einer Hittorf-Crookesschen Röhre, welche ganz in schwarzes Papier eingehüllt war. Ein Stück Bariumplatinzyanüdpapier lag daneben auf dem Tisch. Ich schickte einen Strom durch die Röhre und bemerkte quer über das Papier eine eigentümliche schwarze Linie! […] Bald war jeder Zweifel ausgeschlossen. Es kamen ‚Strahlen‘ von der Röhre, welche eine lumineszierende Wirkung auf den Schirm ausübten.“[15]

Literatur

  • Samuel Glasscheib: Allgemeine Röntgenkunde. Springer-Verlag, 2013, ISBN 3-709-19910-7, S. 95f (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Hanno Krieger: Strahlungsmessung und Dosimetrie. Springer-Verlag, 2012, ISBN 3-658-00386-3, S. 97 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ a b c d R. Theile, Th. Weyres: Grundlagen der Kathodenstrahlröhren. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2021, ISBN 3-112-42684-3, S. 81 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. ↑ Fluoreszenz eines Leuchtschirmes durch Röntgenstrahlung - Fluoreszenz eines Leuchtschirmes durch Röntgenstrahlung - Nachweis von Röntgenstrahlung - Röntgenstrah. In: leybold-shop.de. Abgerufen am 5. Januar 2025.
  4. ↑ Hanno Krieger: Strahlungsmessung und Dosimetrie. Springer-Verlag, 2012, ISBN 3-658-00386-3, S. 562 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5. ↑ Adolf F. Fercher: Medizinische Physik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 3-7091-7616-6, S. 509 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. ↑ Guido Albes et al.: Facharztprüfung Radiologie. Teil I: Technische Grundlagen und Strahlenschutz. 2013, doi:10.1055/b-0036-136633, S. 61f
  7. ↑ Werner Schlungbaum, Udo Flesch, Uwe Stabell: Medizinische Strahlenkunde. Walter de Gruyter, 2012, ISBN 3-110-88812-2, S. 93 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  8. ↑ a b Andreas Fuhrmann: Zahnärztliche Radiologie. Georg Thieme Verlag, 2013, ISBN 3-13-165351-5, S. 51 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  9. ↑ B. Sundarakannan, M. Kottaisamy: Synthesis and characterization of near UV excitable Y2O2S:Eu3+ entrapped ZnO for white light emitting diode applications. In: Journal of Solid State Chemistry. 2020, Band 293, S. 121739 doi:10.1016/j.jssc.2020.121739.
  10. ↑ U. Göring, K. Dümmling: Sichtbarmachen des Röntgenbildes mit Hilfe von Luminescenzschirmen In: L. Ackermann, A. Bouwers et al. (Hrsg.): Handbuch der medizinischen Radiologie. Physikalische Grundlagen und Technik Teil 1. Springer-Verlag, 2013, ISBN 3-642-95042-6, S. 143–208 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  11. ↑ Arunachalam Lakshmanan: Luminescence and Display Phosphors. Nova Publishers, 2008, ISBN 1-604-56018-5, S. 54 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  12. ↑ Thomas Rapp: Experimente mit selbst gebauten Geigerzählern, Funken- und Nebelkammern. Franzis Verlag, 2009, ISBN 3-772-33748-1, S. 72 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  13. ↑ Egon Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2019, ISBN 3-111-51029-8, S. 572 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  14. ↑ Otto Glasser: Wilhelm Conrad Röntgen und die Geschichte der Röntgenstrahlen. Springer-Verlag, 2013, ISBN 3-642-79312-6, S. 8 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  15. ↑ H.J. W. Dam: Interview in: McClure’s Magazine. Heft 6, 403, (April) 1896. Zitiert gemäß Heinz Otremba: Wilhelm Conrad Röntgen. Ein Leben im Dienst der Wissenschaft. Würzburg 1970, S. 16–25.

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Crookes tube two views.jpg
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Two photos of a Crookes tube; one by ordinary light and one showing it in operation lit by its own fluorescence. In operation several thousand volts of DC electricity is applied between the two electrodes in the tube. The electrode to the left is the cathode or negative electrode, the electrode in the L-shaped tube at bottom is the anode or positive electrode. Electrons released by the cathode are attracted toward the positive space charge in center of the tube, created by the positive anode at bottom, and they accelerate down the tube to the right. Because of inertia, many electrons speed past the anode rather than actually hitting it. They hit the glass wall of the tube, making the glass fluoresce green; after that, they eventually travel to the anode and leave the tube, passing through the wires and the power supply and back to the cathode. The cross-shaped metal plate blocks the electrons, casting a cross-shaped shadow on the glowing wall, demonstrating that the electrons travel in straight lines. The cross can be folded down against the floor of the tube, showing it is the cause of the shadow. The shadow can be moved and distorted by holding a permanent magnet to the side of the tube, demonstrating the bending effect that magnetic fields exert on electron rays. This 'Maltese cross' demonstration form of Crookes tube was first made by Juliusz Plucker in 1869, and was very popular in classrooms around the turn of the century. Alterations to image: Cropped component images and combined into one image.
Bildw2.jpg
(c) Ulfbastel, CC BY-SA 3.0
Bildwandlerröhre W-3M (vermutlich Sowjetunion, Bj. 1976)
  • andere Versionen: Bildw1
Spinthariscope.jpg
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Un spinthariscope bon marché contenu dans un jeu éducatif de chimie des années 50 "Atomic energy" de Chemcraft