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Röntgenröhre mit kegelförmiger Anode.
Bei allen bekannten Konstruktionen von Röntgenröhren ist die Zeichenschärfe in einem Bild- punkt mehr oder weniger von dem Neigungswinkel der Brennfleckfläche zu dem nach dem betreffenden Punkt des Bildträgers (photographische Platte, Leuchtschirm usw. ) führenden Projektionsstrahl ab- hängig. Bei senkrechter Aufsicht auf die Brennfleckfläche sieht man den Brennfleck in voller Grösse, bei schräger Betrachtung je nach dem Neigungswinkel mehr oder weniger verkürzt. Jeder Punkt des scheinbaren Brennfleckes erzeugt von jedem Punkt des Objekten einen Bildpunkt auf der lichtempfindlichen Platte.
Die von den verschiedenen punkten des Brennfleckes herrührenden Bildpunkte eines und desselben Objektpunktes setzen sieh auf der Platte zu einem Flächengebilde zusammen, das der Form des Brennfleckes entspricht und um so grösser ist, je grösser man von dem betreffenden Objektpunkt aus den Brennfleck sieht. Daraus folgt eine entsprechende Unschärfe des Bildes, die übrigens mit dem Winkel zwischen Projektionsrichtnng und Anodenfläche zunimmt. Gerade beim strich-oder bandförmigen Brennfleck, mit dem man besonders scharfe Bilder erzielen wollte, ist diese UngleiehmässiEkeit der Bildschärfe sehr beträchtlich.
Diese Eigenschaft der Röntgenröhre, Bilder ungleicher Schärfe zu erzeugen, wird meist als #Astigmatismus" bezeichnet. Strenggenommen könnte nur ein punktförmiger Brennfleck oder eine kugelförmige Brennfläche anastigmatische Bilder liefern. Ein kreisförmiger Brennfleck, dessen Fläche parallel zur Bildebene liegt, würde praktisch anastigmatisch zeichnen, darf jedoch im Interesse der Gesamtschärfe nur sehr klein sein.
Gemäss vorliegender Erfindung wird nun die Wirkung eines kreisförmigen Brennfleckes dadurch beträchtlich vergrössert, dass die Anode schlanke Kegelform mit einem Spitzenwinkel von 300 oder weniger erhält und die Kegelfläche gleichmässig belegt wird, im wesentlichen durch besondere Anordnung der Kathode. Man erzielt mit einer solchen Anode, wenn sie im Gebrauch mit der Kegelaehse senkrecht zur Bildebene steht, bei kleiner scheinbarer Grösse und entsprechend grosser Bildschärfe eine hohe Leistung.
Eine mit ihr ausgestattete Röntgenröhre übertrifft hinsichtlich der Belastbarkeit die Strichfokusröhren. arbeitet jedoch anastigmatisch, weil innerhalb des praktischen Bildbereichs der Brennfleck von allen Punkten des Bildes aus ungefähr gleich gross erscheint. Der Kegel muss natürlich aus einem schwerschmelzenden Metall, z. B. Wolfram, bestehen, damit er die grosse Belastung aushält.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Fig. 1 zeigt die Röntgenröhre teilweise im Schnitt durch ihre Achse. Fig. 2 dient zur Erläuterung der Wirkung der kegelförmigen Anode. Fig. 3 zeigt eine Einzelheit in grösserem Massstabe. Fig. 4-6 zeigen schematisch verschiedene Anordnungsmöglichketen für Hilfselektroden.
Gemäss Fig. 1 ist die kegelförmige Anode a in dem in üblicher Weise mit dem Glasgehäuse R der Röntgenröhre verbundenen Anodenstiel A. so befestigt, dass die Kegelachse senkrecht zur Röhrenachse steht. Zur gleichmässigen Belegung der Kegelanode a mit Kathodenstrahlen (Elektronen) können mehrere den Kegel a umgebende, zweckmässig aus schraubenförmig gewundenem Draht bestehende Glüh- kathoden n dienen, die in einer vom Kathodenstiel K getragenen Sammelvorrichtung h untergebracht sind.
In der schematischen Erläuterungsfigur. 2 ist b die Randlinie der Grundfläche des wirksamen Teils des Anodenkegels, c die Kegelachse, deren Verlängerung im Punkt e die Bildebene durchdringt.
Die Punkte, in denen die Verlängerungen der einzelnen Erzeugenden des Kegels a über seine Spitze
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des Kreisdurehmessers cl selbst von einem Punkt des Kreises f aus betrachtet äusserst gering. Beträgt beispielsweise der Winkel r. J. an der Spitze des Kegels 22 , so ist die grösste perspektivische Verkürzung des Durchmessers d der Kegelgrundfläche, von einem Punkt der Kreislinie f aus betrachtet, gleich d.
. cos-= d. cos 11 == 0'9916 . Die perspektivisfhe Verkürzung beträgt somit weniger als 2%, also beispielsweise bei einem Durchmesser des Kegelgrundkreises von 6 mm weniger als 0'12 wen. Man erhält hienaeh innerhalb des Kreises f eine praktisch völlig gleichbleibende Zeichenscharfe.
Bei der praktischen Ausführung braucht der Kegel nicht unbedingt eine gerade Erzeugende zu haben ; diese kann gegebenenfalls etwas konkav oder konvex gekrümmt sein, etwa so, dass die Kegel- fläche ein Rotationshyperboloid ist.
Die Kühlung des Kegels kann durch Wärmestrahlung oder Wärmeableitung erfolgen. Zu letzterem Zwecke kann man den Kegel in ein gut wärmeleitendes Material, z. B. Kupfer, einbetten. Wird die Kegelanode als Hohlkörper ausgeführt, so kann die Kühlung durch ein in ihrem Innern rasch zirkulierendes Medium erfolgen.
Die dargestellte Sammelvorrichtung besteht aus einem trommelförmigen Metallgehäuse & , dessen Achse mit der Kegelachse zusammenfällt. Die der Grundfläche des Kegels zugekehrte ebene Wand i des Gehäuses weist eine Durchtrittsöffnung A für die Kegelanode auf. Die andere Stirnwand j des Gehäuses hat gegenüber der Spitze des Kegels a eine Strahlenaustrittsöffnung m. Das aus Metall bestehende Gehäuse h erhält ein der Anode entgegengesetztes Potential. Die Öffnung k wird so gross bemessen, dass bei Hochvakuum keine selbständigen Entladungen zwischen Anode und Gehäuse stattfinden können.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 verlaufen die mit der Achse des Kegels a in einer Ebene liegenden Schraubenachse der Glühdrähte n parallel zur Kegelaehse. Sie können aber auch ungefähr in Richtung der in der erwähnten Ebene liegenden Erzeugenden der Kegelfläche verlaufen, so dass sie sich vorzugs-
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der trommelförmigen Sammelvorrichtung die Sehraubenaehsen parallel zur Kegelaehse verlaufen können, ohne dass dadurch die Belegung der Kegelmantelfläehe, sei es bei geringer Elektronenemission (wenige Milliampere Röhrenstrom), sei es bei sehr hoher Elektronenemission (Röhrenstrom bis 1000 und mehr Milliampere), eine ungleichmässige wird.
Die Glühdrähte M sind ein-oder zweipolig isoliert in die Sammelvorrichtung eingeführt. Man kann sie parallel oder hintereinander schalten und ihnen eventuell das gleiche Potential wie der Sammelvorrichtung geben.
Um bei gleichbleibender Glühdrahtheizung, speziell bei Verwendung eines pulsierenden Röhrenstromes, den Emissionswert zu variieren, kann man in der Nähe der Glühdrähte Hilfselektroden, z. B. in Form von Gittern oder Stäben o (Fig. 2), anordnen, deren Potential verschieden von dem der Glüh- drähte ist. Durch verschiedenartige Anordnung dieser Hilfselektroden (vgl. Fig. 4,5 und 6) und Regelung ihres Potentials kann man ferner auf die Art der Verteilung der Belegung der Kegelfläehe der Anode einwirken.
Bei Verwendung von nur zwei Glühdrähten in der dargestellten Anordnung gibt man der Trommel A zweckmässig eine ovale Quersehnittsform mit der langen Achse in der durch die beiden Glühdrähte gehenden Ebene. Kommen mehr als zwei Glühdrähte in Anwendung, so erhält die Trommel vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt.
Die Wandung der die Kegelanode praktisch vollständig einhüllenden Sammelvorrichtung kann so dick genommen werden, dass der vorschriftsmässige Röntgenstrahlenschutz bereits innerhalb des Glaskörpers der Röhre erreicht wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Röntgenröhre mit kegelförmiger Anode, die die Röntgenstrahlen im wesentlichen axial aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenwinkel des Anodenkegels kleiner ist als 30 und die Kathoden aus sich in der Höhenriehtung des Kegels erstreckenden vorzugsweise schraubenförmig gewundenen Glühdrähten bestehen.