DE3840398A1 - Drehanoden-roentgenroehre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre und insbesondere eine Verbesserung einer solchen bezüglich der Erzeugung von Röntgenröhren mit unterschiedlicher Wellenlänge.

Im allgemeinen hat eine Drehanoden-Röntgenröhre zur Verwendung in einem Diffraktometer oder dergleichen eine rotierende, zylindrisch geformte Anode oder Target. Diese Anode ist so angeordnet, daß ihre Umfangsfläche einer Endfläche der Kathode gegenüberliegt. Wenn die Glühelektronen, die von der Kathode emittiert werden, auf die Umfangsfläche der Drehanode aufschlagen, werden dort Röntenstrahlen erzeugt und von der Anodenoberfläche in verschiedenen Richtungen emittiert. Bei der Röntgenstrahlröhre werden die so unter einem kleinen Winkel im Bezug auf die Drehachse der Anode emittierten Röntgenstrahlen herausgeführt und verwendet, wodurch die Röntgenstrahlen, die eine hohe Intensität aufweisen, von einem kleinen wirksamen Brennfleck aus gewonnen werden können.

Bei den herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhren haben jedoch die Röntgenstrahlen, die aus den Fenstern der Röhren austreten, üblicherweise nur eine Wellenlänge, da die Anodenoberfläche aus einer einzigen Materialart besteht.

Es gibt eine weitere, bekannte Art von Drehanoden-Röntgenröhren, bei denen eine Mehrzahl von Materialien jeweils an verschiedenen Stellen der Anodenoberfläche angebracht sind. Bei einer Drehanoden-Röntgenröhre dieser Art können Röntgenstrahlen erzeugt und aus der Röhre herausgeführt werden, die unterschiedliche Wellenlängen in Abhängigkeit von der Lage der Drehanode und dem Material, auf das die Thermo-Elektronen gerade auftreffen, haben. Die Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge können jedoch nicht gleichzeitig erzeugt und bereitgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorerwähnten Nachteile entwickelt und es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Drehanoden-Röntgenröhre zu schaffen, mit der es möglich ist, zwei Arten von Röntgenstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, gleichzeitig zu erzeugen und gleichzeitig aus zwei Fenstern, die im Abstand voneinander vorgesehen sind, nach außen zu führen.

Um das vorerwähnte und weitere Ziele zu erreichen, umfaßt die Drehanoden-Röntgenröhre nach der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse, das zumindest zwei Fenster aufweist, um die Röntgenstrahlen aus der Röhre herauszuführen, wobei die zwei Fenster im Bezug auf das Gehäuse diametral einander gegenüberliegen, das Gehäuse einen Innenraum begrenzt, in dem Innenraum des Gehäuses eine um ihre Drehachse drehbare Anode angeordnet ist, die zwei Kegelstumpfabschnitte aufweist, die Erzeugende und Umfangsflächen bilden, wobei jede der Erzeugenden um einen kleinen Winkel in entgegengesetzte Richtung jeweils in Bezug auf die Drehachse geneigt ist, und die Umfangsfläche aus voneinander verschiedenen Materialien bestehen und mit eine Kathode, die gegenüberliegend in Bezug auf die Anode zum Emittieren von zwei Elektronenstrahlen in unterschiedlichen Richtungen vorgesehen ist, wobei jeder der beiden Elektronenstrahlen auf eine der Umfangsflächen auftrifft, wodurch zwei Arten von Röntgenstrahlen an den Umfangsflächen erzeugt und jeweils durch eines der Fenster nach außen abgestrahlt werden. Da zwei Elektronenstrahlen, die von der Kathode emittiert werden, jeweils auf zwei Kegelstumpfabschnitte der Anode auftreffen, deren Oberflächen aus unterschiedlichen Materialien bestehen, werden erfindungsgemäß zwei Arten Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge gleichzeitig erzeugt und gleichzeitig durch die beiden, voneinander beabstandeten Fenster der Röhre nach außen geführt.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnitttsdarstellung, die einen wesentlichen Teil einer Drehanoden-Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung, gesehen von der Linie II-II nach Fig. 1 bzw. eine Teildraufsicht des Anodentellers der Drehanoden-Röntgenröhre nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung, die ein Diffraktometer unter Einbeziehung der Drehanoden-Röntgenröhre nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Drehanoden-Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die Drehanoden-Röntgenröhre ist in einem fluiddichten Metallgehäuse 1 in der Form einer polygonalen Säule angeordnet. Das fluiddichte Metallgehäuse 1 ist mit einer Vakuumpumpe verbunden, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist und das Innere des Gehäuses 1 ist in einem evakuierten Zustand gehalten, mit solch einem Evakuierungsgrad, daß seine elektrischen Eigenschaften im wesentlichen unbeeinflußt bleiben durch die Anwesenheit von Restgas oder -dampf. Die Seitenwandung des Gehäuses 1 ist mit einem Lager 2 versehen, durch das eine Drehwelle 3 drehbar gelagert ist. Die Drehwelle 3 besitzt ein Ende, das mit einer Riemenscheibe 4 versehen ist, die einen endlosen Riemen 5 trägt. Der endlose Riemen 5 ist über eine, in Fig. 1 nicht gezeigte, Antriebsriemenscheibe mit einer Antriebsquelle, wie z.B. einem Motor verbunden. Eine Drehanode 6 ist fest am anderen Ende der Drehwelle 3 vorgesehen und dreht sich gemeinsam mit dieser mit Drehung der Welle 3.

Die Drehanode 6 hat die Form eines Kegelstumpf-Doppelkegels, bei dem jeweils die Kegelflächen mit großem Durchmesser aneinanderliegen, um im wesentlichen ein tonnenförmiges Profil zu bilden. Die Umfangsfläche 7 a, 8 a der beiden Kegelstumpfabschnitte 7, 8 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wie z.B. aus Kupfer und Molybdän. Jede Erzeugende der Kegelstumpfabschnitte 7, 8 ist um ungefähr 6° in Bezug auf eine Drehachse P der Drehanode 6 geneigt. Eine Kathode, die zwei Elektronen-Emittierelemente 9, 10 aufweist, ist innerhalb des Inneren des fluiddichten Metallgehäuses 1 vorgesehen, um Elektronenstrahlen q, r, wie z.B. Thermoelektronen, zu emittieren, die durch unterbrochene Linien in Fig. 1 angedeutet sind. Jede Elektronenquelle 9, 10 umfaßt Wehnelt-Zylinder 11, 12 und Heizwicklungen 13, 14. Leiter 16 A und 16 B sind mit beiden Enden der Spulenheizelemente 13 und 14 verbunden und die Heizspulen 13 und 14 sind hierdurch schwimmend gelagert. Freie Endanschlüsse jener Leiter 16 sind nach außen aus dem Gehäuse 1 herausgeführt. Die Elektronenschleuder 9 ist so angeordnet, daß sie der Umfangsfläche 7 a des Gegenstumpfabschnittes 7 mit einem bestimmten Abstand gegenüberliegt.

Andererseits ist die Elektronenschleuder 10 so angeordnet, daß sie der Umfangsfläche 8 a des Kegelstumpfabschnittes 8 mit einem bestimmten Abstand gegenüberliegt.

Außerdem ist, wie in den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, das Gehäuse 1 mit zwei Fenstern 17, 18 versehen, die es gestatten, daß die Röntgenstrahlen durch diese hindurch nach außen dringen, um auf diese Weise die Röntgenstrahlen an diametral gegenüberliegenden Stellen in Bezug auf das Gehäuse 1 aus diesem herauszuführen. Die beiden Fenster 17, 18 liegen den Röntgenstrahlen-Erzeugungsabschnitten As, At an den Kegelstumpfabschnitten 7, 8 gegenüber, wobei auf diese Fläche As, At die Elektronenstrahlen, die von den Elektronenstrahlquellen 9, 10 emittiert werden, gerichtet sind, um in diesem Gebiet jeweils die Röntgenstrahlen zu erzeugen. Die Linie La, die durch die Mitte der beiden Fenster 17, 18 verläuft, erstreckt sich parallel zu Drehachse p der Drehanode 6. Die Linie La, die Drehachse p und die Mitte der beiden Elektronenstrahlquellen 9, 10 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Die Mitte des Fensters 17, das benachbart zu der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche As angeordnet ist, ist zwischen der Drehachse p und einer geneigten Linie Lb angeordnet, die eine Verlängerung von der Oberfläche 8 a ist, und liegt benachbart zu der Linie Lb, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Mitte des Fenster 18, das benachbart zu der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche At angeordnet ist, ist zwischen der Drehachse p und einer geneigten Linie Lc angeordnet, die eine Verlängerung von der Oberlfäche 7 a ist, und liegt benachbart bzw. in der Nähe der Linie Lc. Falls erforderlich kann ein geeigneter Schlitz außerhalb des Fensters vorgesehen sein, um alle nur verfügbaren Röntgenstrahlen herauszuführen.

Bei dieser Anordnung sind die Fenster 17 und 18 so angeordnet, daß der Röntgenstrahl-Abstrahlungswinkel durch jedes Fenster ungefähr 6° in Bezug auf jede Oberfläche der Anode 6 beträgt. Eine Berrylliumplatte ist für diese Fenster verfügbar, da Berryllium hervorragende Röntgenstrahl-Übertragungseigenschaften aufweist. Eine Blende (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um jedes der Fenster für eine Unterbrechung der Röntgenstrahlen zu bedecken und ein Heraustreten der Röntgenstrahlen zu verhindern, wenn der Röntgenstrahl nicht verwendet wird und die nur geöffnet ist, wenn der Röntgenstrahl verwendet wird.

Die Arbeitsweise der Drehanoden-Röntgenröhre, die so aufgebaut ist, wird nachfolgend unter Bezugnahem auf Fig. 1 erläutert.

Der Motor wird mit Energie versorgt und die Drehwelle 3 wird um ihre Achse p durch den endlosen Riemen 5 drehend angetrieben. Die Drehanode 6 wird gemeinsam mit der Drehung der Welle 3 gedreht. Wenn eine Hochspannung an die Elektronenquellen 9, 10 gelegt wird, werden die Heizwendeln 13, 14 erhitzt und Thermoelektronen werden von diesen emittiert. Die Thermoelektronen werden auf eine hohe Geschwindigkeit infolge einer Hochspannungsdifferenz zwischen den Elektronenquellen 9, 10 und der Drehanode 6 beschleunigt und schlagen unter Erzeugung von Röntgenstrahlen auf die Gebiete As, At auf. Zwei Arten von Röntgenstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, werden von den Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche As, At erzeugt und werden durch die beiden jeweiligen Fenster 17 und 18 gleichzeitig abgestrahlt, da die Drehanode 6 zwei Kegelstumpfabschnitte 7, 8 aufweist, deren Oberflächen 7 a, 8 a aus unterschiedlichen Materialien, wie z.B. aus Kupfer und Molybdän bestehen. Der Röntgenstrahl-Austrittswinkel durch jedes Fenster beträgt ungefähr 6° auf jede Oberfläche der Anode 6.

Bei dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel ist, wie oben beschrieben, die Drehanode 6 in Form eines Doppel-Kegelstumpfes ausgeführt, wobei die Kegelstumpfgrundflächen mit großem Durchmesser miteinander verbunden sind, um ein im wesentlichen tonnenförmiges Profil zu bilden und die Umfangsflächen 7 a, 8 a der beiden Kegelstumpfabschnitte 7, 8 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, die sich voneinander unterscheiden, wie z.B. aus Kupfer und Molybdän. Daher sind die Röntgenstrahlen, die durch das Fenster 17 oder den Spalt außerhalb der Drehanoden-Röntgenröhre hindurchtreten, auf Röntgenstrahlen beschränkt, die von der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche As erzeugt werden und die Röntgenstrahlen, die durch das Fenster 18 hindurchtreten sind ebenfalls beschränkt auf solche Röntgenstrahlen, die von der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche At erzeugt werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine Analysiereinrichtung, wie z.B ein Diffraktometer, das die Drehanoden-Röntgenröhre nach der vorliegenden Erfindung, erläutert.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, enthält das Diffraktometer die Drehanoden-Röntgenröhre T, Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtungen 20, 21 mit Goniometer, Szintillationszähler, sowie Datenverarbeitungseinheit oder dergleichen. Die Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtungen 20, 21 sind so angeordnet, daß sie jeweils den Fenstern 17, 18 gegenüberliegen. Die Röntgenstrahlen werden aus den Fenstern 17, 18 in eine Richtung herausgeführt, die senkrecht zur Längsachse Ld der Drehanoden-Röntgenröhre verläuft. Das heißt die Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 20 ist so angeordnet, daß die Röntgenstrahlen, die aus dem Fenster 17 austreten, in das Innere der Vorrichtung 20 eintreten, während die Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 21 so angeordnet ist, daß die Röntgenstrahlen, die aus dem Fenster 18 austreten, in das Innere der Vorrichtung 21 eintreten.

Durch diese Anordnung treffen in der Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 20, die benachbart zu dem Fenster 17 angeordnet ist, charakteristische Röntgenstrahlen auf der Grundlage des Materials der Oberfläche 7 a des Gegenstumpfabschnittes 7 auf eine Probe 22 und gebeugte Röntgenstrahlen, die von dieser reflektiert werden, und werden durch das Goniometer, den Szintillationszähler, die Datenverarbeitungseinheit oder dergleichen erfaßt und verarbeitet, um hierdurch eine Elementaranalyse auszuführen.

Außerdem werden, wenn anstelle des Diffraktometers als Erfassungsvorrichtung 20 eine Laue-Kamera verwendet wird, die gebeugten Röntgenstrahlen, die durch die Probe 22 hindurchtreten, direkt durch die Laue-Kamera aufgezeichnet, um hierdurch eine Kristallstruktur zu analysieren.

In gleicher Weise werden in der Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 21, die benachbart zu dem Fenster 18 vorgesehen ist, andere charakteristische Röntgenstrahlen auf der Grundlage des Materiales der Oberfläche 8 a des Kegelstumpfabschnittes 8 verwendet und wird eine Elementaranalyse, Kristallstrukturanalyse und/oder weitere, andere Analysen ausgeführt.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung deutlich ist, werden nach der vorliegenden Erfindung zwei Arten von Röntgenstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, gleichzeitig aus den beiden Fenstern der Röntgenröhre herausgeführt, die getrennt voneinander vorgesehen sind. Außerdem verlassen die Röntgenstrahlen die Röntgenröhre durch die Fenster in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Drehachse der Röntgenröhre. Entsprechend hat die fertige Analysiereinrichtung, die die Drehanoden-Röntgenröhre nach der vorliegenden Erfindung anwendet, einen einfachen und kompakten Aufbau.

Die Erfindung wird selbstverständlich durch das Ausführungsbeispiel nicht begrenzt sondern es können von diesem verschiedenartigste Modifikationen und Abweichungen vorgenommen werden ohne das Wesen der Erfindung, wie es insbesondere in den Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.

Claims (5)

1. Drehanoden-Röntgenröhre zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, gekennzeichnet durch:
ein Gehäuse (1), das zumindest zwei Fenster (17, 18) aufweist, um die Röntgenstrahlen aus dem Gehäuse (1) herauszuführen, wobei die beiden Fenster (17, 18) diametral gegenüberliegend in Bezug auf das Gehäuse (1) angeordnet sind und wobei das Gehäuse (1) einen Innenraum begrenzt,
eine Anode (6), die drehbar um ihre Drehachse innerhalb des Innenraumes angeordnet ist und die zwei Kegelstumpfabschnite (7, 8) aufweist, die Erzeugende und Umfangsflächen bilden, wobei jede der Erzeugenden (7 a, 8 a) um einen kleinen Winkel in jeweils entgegengesetzter Richtung in Bezug auf die Drehachse (p) geneigt ist und die Umfangsflächen (7 a, 8 a) aus Materialien bestehen, die voneinander verschieden sind, und
eine Kathode, die der Anode (6) gegenüberliegt, um zwei Elektronenstrahlen (q, r) in unterschiedlichen Richtungen zu emittieren, wobei jeder der beiden Elektronenstrahlen (q, r) auf eine jeweils zugehörige Umfangsfläche (7 a, 8 a) der Anode (6) auftrifft, wodurch zwei Arten von Röntgenstrahlen an den Umfangsflächen (7, 8) erzeugt werden und durch jedes der beiden Fenster (17, 18) nach außen geführt werden.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem fluiddichten Metall besteht.

3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (6) in Form eines Doppelkegelstumpfes (7, 8) ausgebildet ist, wobei die Grundflächen der Kegelstümpfe (7, 8) mit dem jeweils größten Flächenbereich jedes Kegelstumpfes (7, 8) miteinander verbunden sind, um im wesentlichen ein tonnenförmiges Profil der Doppelkegelstumpf-Drehanode (6) zu bilden.

4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der Kegelstumpfabschnitte (7) der Anode (6) aus Kupfer und der andere der Kegelstumpfabschnitte (8) der Anode (6) aus Molybdän besteht.

5. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (2) Elektronenquellen (9, 10) aufweist, die jeweils gegenüberliegend zu der zugehörigen Umfangsfläche (7 a, 8 a) der beiden Kegelstumpfabschnitte (7, 8) angeordnet sind.