DE3317778A1 - GLASS - Google Patents

GLASS

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DE3317778A1
DE3317778A1 DE19833317778 DE3317778A DE3317778A1 DE 3317778 A1 DE3317778 A1 DE 3317778A1 DE 19833317778 DE19833317778 DE 19833317778 DE 3317778 A DE3317778 A DE 3317778A DE 3317778 A1 DE3317778 A1 DE 3317778A1
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Thomas Joseph 01518 Fiskdale Mass. Loretz
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Galileo Electro Optics Corp
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    • H01J43/24Dynodes having potential gradient along their surfaces
    • H01J43/246Microchannel plates [MCP]

Description

-A--A-

11448 Dr.v.B/Ri11448 Dr.v.B / Ri

GALILEO ELECTRO-OPTICS CORPORATIONGALILEO ELECTRO-OPTICS CORPORATION

Galileo Park
Sturbridge, Mass. 01518 V.St.A.
Galileo Park
Sturbridge, Mass. 01518 V.St.A.

GlasGlass

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Glas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung Gläser, die sich für die Herstellung von Mikrokanalplatten eignen.The present invention relates to a glass according to the preamble of claim 1. In particular The invention relates to glasses which are suitable for the production of microchannel plates.

.5 '.5 '

Zur Herstellung von .sogenannten Mikrokanalplatten werden häufig Alkalibleisilikatgläser verwendet. Mikrokanalplatten enthalten eine Vielzahl von parallelen, engen Kanälen und werden als Sekundärelektronenvervielfächer verwendet, wobei die in einen Kanal eintretenden Elektronen beim Auftreffen auf die .Wand des Kanals Sekundärelektronen auslösen und so vervielfacht werden.Alkali disilicate glasses are often used to produce so-called microchannel plates. Microchannel plates contain a multitude of parallel, narrow channels and are used as secondary electron multipliers used, the electrons entering a channel when they hit the wall of the channel Release secondary electrons and are thus multiplied.

Der vorliegenden.Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glas anzugeben, mit dem Mikrokanalplatten hergestellt werden, die einen hohen und stabilen Sekundäremissionsfaktor aufweisen.The present invention is based on the object indicate a glass with which microchannel plates are produced which have a high and stable secondary emission factor exhibit.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Glas gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltung dieses Glases sowie vorteilhafte Verwendungen solcher Gläser sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by the glass characterized in claim 1. Further training and advantageous The design of this glass and advantageous uses of such glasses are the subject of subclaims.

Es wur.de festgestellt, daß Mikrokanalplatten, die aus Gläsern hergestellt wurden, welche 63-73 Mol.% Siliziumdioxid, 20-30 Mol.% Bleimonoxid, 3-7 Mol.% Alkalioxidanteile, 1-3,5 Mol.% Erdalkalioxidanteile und weniger als 1 Mol.% As?0_, Bi„0, und Al-O3 enthalten, besonders wünschenswerte Sekundäremissionsei'genschaften sowie einen stabilen Verstärkungsfaktor zeigen.It was found that microchannel plates made from glasses containing 63-73 mol% silicon dioxide, 20-30 mol% lead monoxide, 3-7 mol% alkali oxide, 1-3.5 mol% alkaline earth oxide and less than 1 mole% As ? 0_, Bi "0, and Al-O 3 , show particularly desirable secondary emission properties and a stable gain factor.

Das Glas enthält vorzugsweise mehr als 65 Mol.% und einen größeren Anteil an den Alkalien Kalium, Rubidium und Cäsium als an den Alkalien Lithium oder Natrium, um größere Arbeitstemperaturen zu ermöglichen= Die Glasübergangstemperatur T des Glases ist vorzugsweise größer als 4500C um die Mikrokanalplatte widerstandsfähig gegen thermische Deformationen zu machen und die Durchsack- oder Erweichungstemperatur T (oberhalb derer sich das Material durch sein eigenes Gewicht viskos deformiert)liegt vorzugsweise mehr als 8O0C über der Übergangstemperatur T , um eine aus-The glass preferably contains more than 65 mol% and a greater proportion of the alkalis potassium, rubidium and cesium than the alkalis lithium or sodium in order to enable higher working temperatures = the glass transition temperature T of the glass is preferably greater than 450 ° C. To make microchannel plate resistant to thermal deformations and the sagging or softening temperature T (above which the material is viscously deformed by its own weight) is preferably more than 80 0 C above the transition temperature T in order to

g reichende Flexibilität der Prozeßsteuerung bei derg sufficient flexibility of the process control in the

Herstellung der Mikrokanalplatten zu gewährleisten.Ensure production of the microchannel plates.

Eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Glases die sich besonders für Mikrokanalplatten in Gammastrahlkameras für medizinische Zwecke eignet, enthält niedrige Konzentrationen an Alkalielementen, die einen erheblichen Anteil an radioaktiven Isotopen enthalten (z.B. Kaliumoxid, das 1 ,,K , und Rubidiumoxid, dasA preferred embodiment of the present glass, which is particularly suitable for microchannel plates in gamma ray cameras for medical purposes, contains low concentrations of alkali elements which contain a considerable proportion of radioactive isotopes (e.g. potassium oxide, the 1 ,, K, and rubidium oxide, the

8787

37Rt> enthält) , welche ein Untergrundrauschen verursachen können, das die Bildauflösung und den Bildkontrast beeinträchtigt.37 Rt> contains), which can cause background noise that affects the image resolution and the image contrast.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der ein Teil einer MikrokanalplatteIn the following, preferred exemplary embodiments of the invention are described in more detail with reference to the drawing explained in which part of a microchannel plate

stark vergrößert und schematisch im Schnitt dargestellt ist, welche aus einem Glas gemäß der Erfindung besteht.greatly enlarged and shown schematically in section, which consists of a glass according to the invention consists.

Die in der Zeichnung dargestellte Mikrokanalplatte 10 weist eine Vielzahl von parallelen Mikrokanälen auf, die durch rohrförmige, die Kanäle begrenzende Wände 14 aus einem Glas der im folgenden angegebenen Zusammensetzungen gebildet werden.The microchannel plate 10 shown in the drawing has a plurality of parallel microchannels on, by tubular walls 14 delimiting the channels made of a glass of the type indicated below Compositions are formed.

Die Zusammensetzung eines Glases gemäß einer bevorzugten Aus führung:: form' der Erfindung ist in der folgenden Tabelle in der Spalte "Glas 6" aufgeführt-The composition of a glass according to a preferred embodiment of the invention is as follows Table listed in the column "Glass 6" -

— 7 —- 7 -

GlaszusammenSetzung und -eigenschaftenGlass composition and properties

Glas 1 Glas 2 Glas 3 Glas 4 Glas 5 Glas 5 Glass 1 Glass 2 Glass 3 Glass 4 Glass 5 Glass 5

SiO2 68,00 69,90 64,40 69,00 71,2 65,72SiO 2 68.00 69.90 64.40 69.00 71.2 65.72

Zusammensetzung (Mol.% an Oxid)Composition (mol% of oxide)

SiO2 68,00 69,90 64,40SiO 2 68.00 69.90 64.40

PbO 24,00 21,15 28,06 23,18 21,55 27,91PbO 24.00 21.15 28.06 23.18 21.55 27.91

AlkalimetalloxideAlkali metal oxides

1Li2O 1,60 1 Li 2 O 1.60 -- -- -- 472472 -- 0,200.20 - -- - Na2O 2,80Na 2 O 2.80 -- 2,402.40 -- 560560 -- 0,450.45 -- k2o
Rb2O
k 2 o
Rb 2 O
1,381.38 0,090.09 2,202.20 1,6941.694 5,24
1,10
5.24
1.10
3,35 ■
1 ,20
3.35 ■
1, 20
2,122.12
1515th Cs2O 0,30Cs 2 O 0.30 4,774.77 0,050.05 2,052.05 8484 0,180.18 -- 0,970.97 ErdalkalimetalloxideAlkaline earth metal oxides 0,260.26 SrO 3,00SrO 3.00 -- -- 1,631.63 -- BaOBaO 3,003.00 1,141.14 0,300.30 2,962.96 2020th As2O3 0,06As 2 O 3 0.06 0,070.07 0,130.13 0,080.08 0,100.10 Bi3O3 0,04Bi 3 O 3 0.04 -- 0,030.03 0,040.04 -- Al3O3 0,30Al 3 O 3 0.30 0,220.22 -- - 0,220.22 PhysikalischePhysical EigenschaftonPropertyon 2525th Glastrans-
formations,
T ,0C 452
g
Glass trans-
formations,
T, 0 C 452
G
523523 ^55^ 55 489489 474474
3030th Glaserwei-
chungs-
punkt
T , 0C 533
Glass white
ching-
Point
T, 0 C 533
608608 546546 575575 566566
Brechungs
index
(nd) 1,672
Refractive
index
(n d ) 1.672
1,6421.642 1,6541.654 1,6401.640 1,6961.696
3535 Wärmedeh
nungskoeffi
zient 7
(αχ 10V°C,
20-3000C) 80
Thermal expansion
voltage coefficient
efficient 7
(αχ 10V ° C,
20-300 0 C) 80
7676 8686 8282 7777

HerstellungManufacturing

Die vorliegenden Gläser werden aus geeigneten Rohmaterialien in Anteilen, die die oben angegebenen prozentualen Anteile ergeben/ durch übliche Schmelzverfahren in einer sauerstoffreichen Atomosphäre in mit Keramik ausgekleideten Schmelztiegeln hergestellt. Die Zusammensetzungen der vorliegenden Gläser sind oben in Mol.%-Oxid angegeben, wie es in der Glastechnik üblich ist, selbstverständlich lassen sich auch Carbonate, Nitrate, Sulfate oder Halogenide als Rohmaterialien verwenden.The present glasses are made from suitable raw materials in proportions similar to those given above percentages result from / by conventional melting processes in an oxygen-rich atomosphere made in ceramic-lined crucibles. The compositions of the present glasses are given above in mol.% - oxide, as it is in the glass technology It is customary, of course, that carbonates, nitrates, sulfates or halides can also be used use as raw materials.

Aus den Gläsern der angegebenen Zusammensetzungen lassen sich Glasröhren in bekannter Weise durch Extrusion herstellen. Das oben angegebene Glas 6 hat eine Glasübergangs- oder Glastransformationstemperatur T , die über 4500C liegt und eine Durchsack- oder Erweichungstemperatur T , die mehr als 8O0C über T liegt, so daß man hinsichtlich der Prozeßsteuerung flexibel ist ohne während der Herstellung der Mikrokanalplatten bei hohen Temperaturen und Drücken ein zu großes Risiko hinsichtlich einer thermischen Verformung eingehen zu müssen. Hohe Arbeitstemperaturen werden durch große Anteile an SiO2 und das Fehlen von Alkalimetallbestandteilen niedriger Ordnungszahl, nämlich Lithium und Natrium, ermöglicht.From the glasses of the specified compositions, glass tubes can be produced in a known manner by extrusion. The above glass 6 has a glass transition or glass transformation temperature T which is above 450 0 C and a sagging or softening temperature T which is more than 80 0 C above T, so that one is flexible with regard to process control without during the production of the Microchannel plates at high temperatures and pressures to have to take too great a risk with regard to thermal deformation. High working temperatures are made possible by the large proportions of SiO 2 and the lack of alkali metal constituents with a low atomic number, namely lithium and sodium.

Weitere AusführungsformAnother embodiment

Weitere Beispiele der vorliegenden Gläser sind außer dem in der Tabelle angeführten Glas 6 auch die mit Glas bis Glas 5 bezeichneten Gläser der Tabelle, die 63-72 Mol.% SiO2, 20-30 Mol.% PbO, 3-7 Mol.* Alkalioxidanteile,Other examples of the present glasses are, in addition to the glass 6 listed in the table, the glasses in the table labeled glass to glass 5, which contain 63-72 mol.% SiO 2 , 20-30 mol.% PbO, 3-7 mol. * Alkali oxide components,

1-3/5 Mol.% Erdalkalioxidanteile und weniger als 1 Mol»% As3O3/ Bi2°3 und A12°3 enthalten. Die vorliegenden Gläser enthalten vorzugsweise mehr als 65 Mol.% Siliziumdioxid, und mehr Kalium, Rubidium und Cäsium-enthaltende Alkalianteile als Lithium oder Natrium enthaltende Anteile, um größere Ärbeitstemperaturen zu ermöglichen,1-3 / 5 mol.% Alkaline earth oxide and less than 1 mol » % As 3 O 3 / Bi 2 ° 3 and A1 2 ° 3 ent hold. The present glasses preferably contain more than 65 mol.% Silicon dioxide, and more potassium, rubidium and cesium-containing alkali parts than lithium or sodium-containing parts, in order to enable higher working temperatures,

Wenn das Glas zur Herstellung von Mikrokanalplatten für Gammastrahlkameras für medizinische Zwecke ver~ wendet werden soll, ist es wünschenswert, daß das Glas möglichst geringe Anteile an Alkalielementen j mit einem hohen Prozentsatz an radioaktiven Isotopen enthalten (wie z.B. Kaliumoxid, das -QK und Rubidium-Is to be, when the glass for the manufacture of microchannel plates for gamma ray cameras ver for medical purposes ~ uses, it is desirable that the glass as low as possible proportions of alkali elements j with a high percentage of radioactive isotopes (such as, for example, potassium oxide, the - Q K, and rubidium -

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oxid, das---Rb enthält). Gammastrahlkameras arbei-
87
oxide containing --- Rb). Gamma ray cameras

Ί5 ten nämlich typischerweise mit Expositionszeiten von 5 bis 10 Minuten, und jede Eigenstrahlung des Mikrokanalplattendetektors verringert die Auflösung und den Kontrast des Bildes. Glas 1 ist ein Beispiel eines Glases mit sehr niedrigem Eigenrauschen, es enthält keinen feststellbaren Anteil an Kaliumoxid oder Rubidiumoxid. Die Gläser 2,3 und β sind Ausführungsbeispiele mit niedrigem Eigenrauschen, die einen geringen Anteil an Rubidiumoxid und keinen feststellbaren Anteil an Kaliumoxid enthalten.Ί5 th typically with exposure times of 5 to 10 minutes, and any natural radiation from the microchannel plate detector reduces the resolution and the contrast of the image. Glass 1 is an example of a very low noise glass that it contains no detectable amount of potassium oxide or rubidium oxide. The glasses 2, 3 and β are exemplary embodiments with low self-noise, a small amount of rubidium oxide and no detectable Contains a proportion of potassium oxide.

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Claims (14)

PatentansprücheClaims 1 „ Glas für die Herstellung von Mikrokanalplatten,. da durch gekennzeichnet1 “Glass for the production of microchannel plates. there marked by a) 63-72 Mol.% SiO2,a) 63-72 mol% SiO 2 , b) 20.-30 Mol.% PbO,b) 20-30 mol% PbO, c)'3-7 Mol.% Alkalioxidanteile undc) '3-7 mol.% alkali oxide and d) 1-3,5 Mol.% Erdalkalioxidanteile undd) 1-3.5 mol.% of alkaline earth oxide and e) weniger als 1 Mol.% As3O3, Bi2O3 und enthält.e) contains less than 1 mol.% As 3 O 3 , Bi 2 O 3 and. daß esthat it 2. Glas nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet , daß seine· Glasübergangstemperatur über 4500C liegt und daß seine Erweichungstemperatur mehr als 8O0C über der Glasübergangstemperatur liegt.2. Glass according to claim 1, characterized in that its · glass transition temperature is above 450 0 C and that its softening temperature is more than 80 0 C above the glass transition temperature. 3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine niedrige Konzentration an Alkalielementen mit nennenswerten Anteilen an radioaktiven Isotopen, zur Verringerung des Rauschüntergrundes.3. Glass according to claim 1 or 2, characterized due to a low concentration of alkali elements with significant proportions of radioactive elements Isotopes, to reduce the background noise. 4. Glas nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß es mehr als 65 Mol.% SiO2 enthält und daß die in Mol.% gerechnete Summe des Anteils ler Alkalien K, Rb und Cs größer als die Summe der Anteile an den Alkalien Li und Na ist.4. Glass according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it contains more than 65 mol.% SiO 2 and that the sum of the proportion of alkalis K, Rb and Cs calculated in mol.% Is greater than the sum of the proportions of the alkalis Li and Na. 5. Glas nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5. Glass according to claim 3 or 4, characterized by a content of 65,72 Mol.% SLO2,
2,12 Mol.% Rb2O und
0,97 Mol.% Cs2O.
65.72 mol% SLO 2 ,
2.12 mol.% Rb 2 O and
0.97 mole percent Cs 2 O.
6. Glas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 68,00 Mol.% SiO3, 1,60 Mol.% Li20' 2'80 Μο% Naund °/3° Mol.% Cs3O und keinen feststellbaren Gehalt an K oder Rb enthält.6. Glass according to claim 3, characterized in that it is 68.00 mol.% SiO 3 , 1.60 mol.% Li 2 0 ' 2 ' 80 Μο ~ · % Na 2 ° and ° / 3 ° mol.% Cs 3 O and contains no detectable content of K or Rb. 7. Glas nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß es 69,90 Mol.% SiO.., 1,38 Mol.% Rb-O und 4,77 Mol.% Cs-O enthält.7. Glass according to claim 3 or 4, characterized that it contains 69.90 mol.% SiO .., 1.38 mol.% Rb-O and 4.77 mol.% Cs-O. 8. Glas nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß es 64,40 Mol.% SiO2, 2,20 Mol.% Rb3O und 2,05 Mol.% Cs3O enthält.8. Glass according to claim 3 or 4, characterized in that it contains 64.40 mol.% SiO 2 , 2.20 mol.% Rb 3 O and 2.05 mol.% Cs 3 O. 9. Glas nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß es 69,00 Mol.% 5,24 Mol.% K2O, 1,10 Mol.% Rb3O und 0,18 Mol.%9. Glass according to claim 1 or 4, characterized in that it contains 69.00 mol.% 5.24 mol.% K 2 O, 1.10 mol.% Rb 3 O and 0.18 mol.% Cs3O enthält.
35
Contains Cs 3 O.
35
* OP* OP -3--3- T T
10. Glas nach Anspruch 1 oder 4, dadurch10. Glass according to claim 1 or 4, characterized g e k ennzeich.net , daß es 71,2 Mol.% SiO2, 0,20 Mol.% Li2Or 0,45 Mol.% Na3O, 3,35 Mol.% K2O und 1,20 Moi.% Rb3O enthält.gek ennzeich.net that it contains 71.2 mol.% SiO 2 , 0.20 mol.% Li 2 Or 0.45 mol.% Na 3 O, 3.35 mol.% K 2 O and 1.20 mol. % Rb 3 O contains. 11. Verwendung des Glases gemäß Anspruch 1 für eine Mikrokanalplatte.11. Use of the glass according to claim 1 for a Microchannel plate. 12. Verwendung eines Glases nach Anspruch 11, welches zur Verringerung des Rauschuntergrundes geringe Konzentrationen an Alkalielementen mit erheblichem Anteil an radioaktiven Isotopen enthält.12. Use of a glass according to claim 11, which low to reduce the background noise Concentrations of alkali elements with considerable Contains a proportion of radioactive isotopes. 13. Mikrokanalplatte, dadurch gekenn-' zeichnet , daß sie aus einem Glas hergestellt ist, das13. Microchannel plate, thereby marked ' draws that it is made from a glass is this 63-72 Mol.% SiO2,
20-30 Mol.% PbO,
3-7 Mol.% Alkalioxidanteile und 1-3,5 Mol.% Erdalkalioxidanteile und weniger als 1 Mol.% As3O3, Bi3O3 und Al3O3 enthält.
63-72 mol% SiO 2 ,
20-30 mol.% PbO,
Contains 3-7 mol.% Alkali oxide and 1-3.5 mol.% Alkaline earth oxide and less than 1 mol.% As 3 O 3 , Bi 3 O 3 and Al 3 O 3 .
14. Mikrokanalplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß es eine geringe . Konzentration an Alkalielementen mit einem erheblichen14. Microchannel plate according to claim 13, characterized marked that there is a low. Concentration of alkali elements with a significant Anteil an radioaktiven Isotopen enthält, um das . Untergrundrauschen gering zu halten.Content of radioactive isotopes to the. To keep background noise low.
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