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Röntgenröhre mit scheibenförmiger Drehanode
Bei Durchleuchtung mit Röntgenstrahlen soll die Untersuchungsdauer nicht durch die Belastbarkeit der Röntgenröhre begrenzt werden, wie es bei Herstellung einer Aufnahme der Fall wäre, wenn die Röntgenröhre beim Überschreiten der zulässigen Belastungsdauer beschädigt würde.
Um dieser Bedingung zu entsprechen, wird an die Röntgenröhre die Anforderung gestellt, dass man sie fast ununterbrochen betreiben kann.
Während einer kurzen Zeit nach Betätigung der Röhre wird die von den auf die Anode aufprallenden Elektronen erzeugte Wärme im wesentlichen von der Anode aufgenommen. In dem Masse, als die Anodentemperatur ansteigt, wird immer mehr Wärme abgeführt, bis schliesslich die durchschnittliche, je Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge und die Wärmeabfuhr je Zeiteinheit gleich sind. Bei Verwendung einer Drehanodenröhre, bei der die in der Anode erzeugte Wärme durch Strahlung abgeführt werden muss, wird die Belastung durch die Anodentemperatur, die einen höchstzulässigen Wert nicht überschreiten darf, und durch die Grösse der Strahlungsoberfläche bestimmt.
Vergrösserung der Oberfläche einer scheibenförmigen Anode, zur Steigerung der Belastung, hat den Nachteil, dass die bei der Herstellung von Anodenscheiben auftretenden Schwierigkeiten in dem Masse zunehmen, als der Scheibendurchmesser wächst. Ausserdem werden die inneren Materialspannungen bei schneller Umdrehung der Scheibe dann so gross, dass die Gefahr von Rissbildung im Material entsteht. Schliesslich beeinflusst ein grosser Scheibendurchmesser die Röhrenbemessung in dem Sinne, dass die Vorrichtung grösser wird und ein grösseres Gewicht hat, namentlich wenn die Röhre in einer ölgefüllten Hülle angeordnet wird.
Es sind Röntgenröhren bekannt, bei denen die Anodenscheibe durch eine Welle in wärmeleitender Verbindung mit einem Kühlkörper steht, der eine grosse Oberfläche und eine hohe Wärmekapazität hat, so dass ein Teil der in der Anode erzeugten Wärme abgeführt wird und vom Kühlkörper bei verhältnismässig niedriger Temperatur ausgestrahlt wird. Dieser Kühlkörper ist an einer Stelle in der Röhre angeordnet, wo er die Halterungsorgane für die drehbare Anodenanordnung umschliesst, so dass genau darauf geachtet werden soll, dass die Temperatur dieses Körpers unterhalb derjenigen bleibt, die schädlich für die Lebensdauer der drehbaren Anordnung ist.
Es hat sich gezeigt, dass diese Bedingung die Wärmeübertragung von der Anode zum Kühlkörper bis zu höchstens 15% der in der Anode erzeugten Wärme beschränkt, wenn man die Abmessungen des Rotors innerhalb angemessener Grenzen zu halten wünscht.
In einer anderen Ausführungsform einer Röntgenröhre mit scheibenförmiger Drehanode ist die Treffscheibe für die Elektronen auf einer Scheibe aus einem Metall mit hohem Schmelz punkt angeordnet, das leichter als Wolfram bearbeitbar ist. Diese Massnahme dient dazu, die Wärmekapazität der Anode zu steigern, ist aber fast ohne Einfluss auf das Wärmestrahlungsvermögen.
Diese bekannte Ausbildung macht es aber möglich, die Belastbarkeit einer Röntgenröhre mit scheibenförmiger Anode, die ununterbrochen betrieben werden kann, zu erhöhen. Die Erfindung benutzt diese Tatsache und betrifft eine Röntgenröhre mit scheibenförmiger Anode, bei der die Trefferscheibe für die Elektronen auf einer Scheibe angeordnet ist, die aus Nickel oder aus einem anderen Metall, dessen Schmelzpunkt wenigstens gleich hoch ist, besteht und das leichter als Wolfram bearbeitbar ist. Nach der Erfindung ist die Tragscheibe mit einem aufstehenden Rand versehen, dessen wärmeausstrahlende Oberfläche so gross ist, dass bei der höchstzulässigen Temperatur wenigstens ein Drittel der in der Anode erzeugten Wärme abgeführt wird.
Es ist bekannt, bei einer Drehanode die Treffscheibe für die Elektronen auf einen Kupferkörper anzuordnen. Die niedrige Schmelztemperatur dieses Metalles steht seiner Verwendung als Wärmestrahler im Wege. Zwar wird auf diesem Wege bereits während der Belastung Wärme abgeführt, aber die Wärmeabgabe ist gering im Vergleich zur Wärmeabfuhr. Der Körper wirkt infolgedessen als Wärmebehälter. Die Belastung soll unterbrochen werden, sobald die höchstzulässige Temperatur erreicht wird.
Bei Verwendung von Metallen mit höherem Schmelzpunkt vergrössert die bei hoher Temperatur erhaltene Wärmestrahlung die Wärme-
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abfuhr, so dass ein Wärmebehälter entfallen und die Röhre längere Zeit betrieben werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung, in der eine Röntgenröhre teilweise schematisch dargestellt ist, beispielsweise näher erläutert.
In der Figur ist mit 1 der Glaskolben bezeichnet, der die Kathode 2 und die Anode 3 umschliesst.
Der Kolben und die Kathode sind schematisch dargestellt und können wie üblich ausgebildet sein.
Die Anode besteht aus zwei Teilen, die durch die Welle 4 miteinander verbunden sind.
Der eine Teil dient zum Auffangen des von der Kathode ausgesandten Elektronenbündels, während der andere Teil die drehbare Anordnung enthält. Die Anode wird von Kugellagern 5 getragen, die an der unbeweglichen Welle 6 befestigt und mit dem Rotor verbunden sind.
Letzerer wird von einem Kupfermantel 7 gebildet, der mit einer Futterung 8 versehen ist, die angesichts des elektromagnetischen Antriebes aus Eisen besteht. Der Mantel trägt die Welle 4 und die aus Wolfram bestehende Anodenscheibe 9.
Letzere ist auf einer Scheibe 10 angeordnet, die aus einem Metall besteht, das leichter als Wolfram bearbeitbar ist ; diese Scheibe ist mit einem aufstehenden Rand 11 versehen.
Durch die Berührungsfläche zwischen der
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Wärme auf letztgenannte übergeführt. Die Temperatur, bis zu der die Platte 10 erhitzbar ist, ist von dem Metall abhängig, aus dem diese hergestellt ist. Diese Temperatur soll bei der Belastung nicht überschritten werden.
Wählt man für die Scheibenanode eine Betriebs- temperatur von 1200 C, so beträgt für Wolfram die spezifische Wärmeausstrahlung 6. 5 Wattfcm2.
Wenn man für die Temperatur der Tragplatte z. B. 9000 C annimmt, wobei diese dann aus Molybdän oder sogar aus Eisen hergestellt sein kann, beträgt für eine richtig geschwärzte Oberfläche die spezifische Strahlung ebenfalls zirka 6. 5 Wattfcm2. Wenn man die Anode mit 500 Watt zu belasten wünscht, wovon die Hälfte von der Anode ausgestrahlt und die andere Hälfte nach der Tragplatte und durch die Welle nach dem Motor abgeführt wird, muss die Scheibenanode
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nicht beschädigt werden, soll die Temperatur des Rotors 300 C nicht übersteigen. Der Strahlungskoeffizient für eine geschwärzte Kupferfläche von 100 cm2 beträgt etwa 2-95x10-10.
Die Wärmeausstrahlung ist dem Strahlungskoeffizienten und der vierten Potenz der Temperatur proportional, woraus hervorgeht, dass die ausgestrahlte Wärmemenge E = 82, T4 gleich 39 Watt ist. Vom Tragkörper muss also noch 211 Watt ausgestrahlt werden, so dass die aus-
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aufstehende Rand eine Höhe von 24 mm.
Ohne Verwendung des Tragkörpers soll die
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haben.
Bei einer sehr günstigen Ausführungsform besteht die Tragscheibe aus Titaneisen mit einer durch Oxydation erhaltenen schwarzen Oberfläche.
Die Verbindung der schwarzen Schicht mit der Metalloberfläche erfährt bei Erhitzung der Tragscheibe bis zu Glühhitze keine merkliche Änderung, wodurch im Gegensatz zu anderen, entsprechend geschwärzten Metallfächen, eine dauernde Verbesserung des Strahlungskoeffizienten entsteht.
Bei Anwendung der Erfindung kann eine Röntgenröhre, die zur Durchleuchtung verwendet wird und mit einer scheibenförmigen Drehanode versehen ist, unbedenklich um 50% höher belastet werden, als es bisher möglich war. Diese Verbesserung wird nicht merklich verringert, wenn der aufstehende Rand mit Öffnungen versehen ist, um das Gewicht der Tragscheibe und das Massenträgheitsmoment herabzusetzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Röntgenröhre mit scheibenförmiger Drehanode mit im Verhältnis zur Oberfläche geringeren Wärmekapazität, bei der die Auftreffscheibe für die Elektronen auf einer Tragscheibe angeordnet ist, die aus Nickel oder aus einem anderen Metall, dessen Schmelzpunkt wenigstens gleich hoch wie der von Nickel ist, besteht und leichter als Wolfram bearbeitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragscheibe mit einem aufstehenden Rand versehen ist, dessen Oberfläche so gross ist, dass bei der höchstzulässigen Tempera-
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