Röntgenröhre mit relativer Bewegung der Antikathode in bezug auf den Brennfleek. Die Erfindung bezieht sich auf Röntgen röhren, bei denen die Antikathode und der Brennfleck sich in bezug aufeinander be wegen können. Derartige Röhren bieten den grossen Vorteil, dass die Oberfläche, auf der sich der Brennfleck bildet, bei einer be stimmten Energie viel weniger stark belastet wird als bei einer unveränderlichen Lage des Brennfleckes auf der Antikathode. Solche Röhren können daher viel stärker bezw. viel länger belastet werden, oder sie können für eine bestimmte Belastung kleiner gebaut werden.
In unserem früheren Patent Nr. 144417 haben wir schon vorgeschlagen, in einer Röntgenröhre mit umlaufender Antikathode dem Brennfleck eine langgestreckte Gestalt mit der Längsrichtung senkrecht zu der rela tiven Bewegungsrichtung des Oberflächen elemente der Antikathode zu geben. Dadurch entsteht eine Röhre, die die Vorteile einer Röhre mit beweglicher Antikathode und die eines langgestreckten Brennfleckes in sich vereinigt.
Die Röntgenstrahlen lässt man da bei unter einem sehr kleinen Winkel mit der Oberfläche aus der Röhre nach aussen treten, so dass scharfe Bilder erhalten wer den können.
Bei jeder Umdrehung der Antikathode ist jeder Punkt des Oberflächenteils, der den Brennfleck durchläuft, während einer be stimmten Zeit belastet, wodurch das Material einer Erhitzung ausgesetzt ist.
Wir haben gefunden, dass bei den bis her angewendeten Brennfleckformen die Er hitzung nicht gleichmässig ist, das heisst sie ist nicht dieselbe in jedem Punkt der Ober fläche, der den Brennfleck durchläuft. Dies ist an und für sich kein Nachteil, aber da die Höchstbelastung der Röhre durch die irgendwo auftretende höchste Temperatur be dingt ist, kann nur mit einer Energie gearbeitet werden, die geringer ist als die, welche einer gleichmässigen Erhitzung bis auf die höchstzulässige Temperatur ent spricht. Gemäss der Erfindung wird eine gleich mässige Erhitzung durch eine besondere Aus gestaltung des Brennfleckes erzielt.
Der Zeitraum, während dessen ein Punkt der Antikathodenoberfläche bei jeder Umdrehung der relativen Bewegung der Antikathode in bezug auf den Brennfleck belastet wird, hängt ab von der Geschwindigkeit, mit der der Brennfleck durchlaufen wird, und von der Länge der im Brennfleck von diesem Punkt beschriebenen Bahn.
Wenn die ver schiedenen Teile der Antikathode sich in bezug auf den Brennfleck mit verschiedener Geschwindigkeit bewegen, wird bei gleicher Länge der Bahnen im Brennfleck in den Punkten, die die grösste Geschwindigkeit be sitzen, das Material am kürzesten belastet und infolgedessen am wenigsten erhitzt. Bei einer umlaufenden Antikathode und einem rechteckigen Brennfleck ist dies der Fall mit dem Teil,, der am weitesten von der Drehachse entfernt ist.
In einer Röntgenröhre gemäss der Er findung hat der längliche Brennfleck wenig stens grösstenteils in der relativen Bewegungs- richtnug der Oberflächenelemente der Anti kathode eine solche Breite, dass er von sämt lichen ihn durchlaufenden Oberflächen elementen in praktisch gleichen Zeiträumen durchlaufen wird.
Zweckmässig steht dabei seine Längsachse senkrecht zur relativen Be- wegungsrichtung der Oberflächenelemente der Antikathode. @ Die Röhre kann eine um laufende Antikathode besitzen und einen Brennfleck aufweisen, dessen Breite propor tional mit dem Abstand von der Drehachse zunimmt. Der Brennfleck wird in diesem Falle zweckmässig durch zwei sich in oder in der Nähe der Drehachse schneidende Li nien begrenzt.
Die Zeichnung veranschaulicht durch Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Rönt genröhre mit einer umlaufenden Antikathode gemäss der Erfindung, teilweise im Schnitt; Fig. 2 und 3 zeigen den Teil der Anti kathode, auf den die Kathodenstrahlen .auf- treffen, und zwar zeigt Fig. 2 die form eines früher angewendeten, bekannten Brenn- fleckes, während der in Eig. 3 beispielsweise dargestellte Brennfleck erfindungsgemäss aus gestaltet ist.
Fig. 1 zeigt eine Röntgenröhre, deren Aussenwand aus zwei gläsernen Teilen 1 be steht, die von Büchsen 2 aus einem Röntgen strahlen schlecht durchlassenden Stoff um geben sind. An diese Glasteile ist ein Teil 3 aus Metall, zweckmässig aus Chromeisen, an geschmolzen. Der Teil 3 hat ein Fenster 4, durch das die Röntgenstrahlen nach aussen treten können.
Die Röhre enthält eine Glüh kathode 5, die in einem Metallgefäss 6 an geordnet ist und deren Enden, das eine mit- telst eines Poldrahtes, das andere über das Metallgefäss 6, mit Kontaktstifen 7 in Ver bindung stehen, an die die Zuleitungsdrähte für den Heizstrom angeschlossen werden kön nen. Das von dieser Kathode ausgesandte Elektronenbündel wird durch dieses Gefäss, die Sammelvorrichtung, auf einer kleinen Fläche der Antikathode 8 konzentriert. Die Form des Durchschnittes des Kathodenstrah lenbündels hängt von der der Öffnung 9 der Sammelvorrichtung ab.
Infolge der exzen trischen Lage der Glühkathode und der Öff nung 9 treffen die Kathodenstrahlen auf einen auf einer Seite des Scheitels der kegel förmigen Endfläche liegenden Teil der Anti kathode. Die Antikathode ist auf einer Spin del 10 drehbar befestigt, .in die der an die Glaswand der Röhre a-ngeschmolzene und mit dem Kontaktteil 20 in Verbindung stehende Metallteil 11 ausläuft. Die umlaufende Be wegung der Antikathode wird dadurch be wirkt, dass letztere den Rotor eines Induk tionsmotors bildet.
Sie besteht zu diesem Zwecke aus einem Zylinder aus gut leiten dem Stoff, zum Beispiel Kupfer, der einen zweiten Zylinder aus 'einem Stoff mit hoher Permeabilität umschliesst.
Der Stator 15 des Motors liegt ganz ausserhalb der Röhre. Auf diesem Stator be findliche Magnetwicklungen 17 liefern das Feld des Motors und können an ein mehr- phasiges Wechselstromnetz oder bei Verwen dung von Vorrichtungen, die eine gegen seitige Phasenverschiebung bewirken, an eine gewöhnliche Wechselstromquelle angeschlos sen werden, so dass ein Drehfeld entsteht, das dem Antikathodenkörper als Rotor eines Asynchronmotors eine umlaufende Bewegung erteilt.
Das Gehäuse 16 des Stators ist an einer Metallbüchse 18 befestigt und somit mit Erde verbunden, so dass ein Kontakt mit Hochspannung führenden Teilen nicht zu be fürchten ist. Diese Büchse umgibt den me tallenen Wandteil ä. Eine zwischen diesem metallenen Teil und der Büchse 18 vorge sehene Bleischicht 19 verhindert den Aus tritt von ungewünschten Röntgenstrahlen.
Fig. 2 ist eine Einzeldarstellung der schwach kegelförmigen Endfläche der Anti kathode B. Ein Brennfleck, wie er früher -er zeugt wurde, ist mit 21 bezeichnet. Die Form des Brennfleckes ist durch die der Öffnung 9 der Sammelvorrichtung bedingt.
In Fig. 2 hat der Brennfleck die Form eines Recht- eckes, dessen lange Achse längs einer er zeugenden Linie der Kegeloberfläche liegt, Wird die Breite dieses Brennfleckes mit d bezeichnet, so ist die Zeit t, während der eine Punkt der Antikathodenoberfläche bei jeder Umdrehung im Brennfleck liegt, pro portional zu
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wenn r den Abstand des betreffenden Punktes vom Scheitel des Ke gels angibt. Es ist einleuchtend, dass die durch die Belastung verursachte Temperatur erhöhung um so grösser ist, je grösser die Zeit t ist.
Ist nun Ti die höchste zulässige Temperatur, so ist die höchste zulässige Be lastung diejenige, welche die Temperatur des Brennfleckteils, der der Drehachse zunächst liegt und bei jeder Umdrehung während eines Zeitraumes t1 belastet wird, bis auf diesen Wert T1 zunnehmen lässt, da die Tem peraturen, die in den übrigen Teilen des Brennfleckes mit grösserem r und somit mit geringerem t auftreten, geringer sind.
Eine grössere Belastung könnte erreicht werden, wenn man in den übrigen Punkten des Brennfleckes die Temperatur ebenfalls zu dem Wert T1 ansteigen liesse.
Dies kann mit der in Fig. 3 dargestell ten Form des Brennfleckes 22 erzielt wer den. Hierbei hat man dafür gesorgt, dass von jedem Punkte der Zeitraum, während dessen er bei jeder Umdrehung im Brennfleck liegt, derselbe ist, und zwar dadurch, dass die Ab messung, die der Brennfleck in der Bewe gungsrichtung hat, proportional mit dem Ab stand von der Drehachse zunimmt. Da ja t proportional zu
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ist, kann t durch Än derung von d beeinflusst werden. Wird nun d proportional zu r gemacht, so ist -
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eine konstante Zahl und ist also t konstant. In diesem Falle ist auch die Erhitzung gleich mässig und wird der höchste Nutzeffekt er zielt.
Da der Brennfleck beim beschriebenen Ausführungsbeispiel auf der kegelförmigen Endfläche der Antikathode erzeugt wird, kann dieser theoretisch ideelle Brennfleck somit durch zwei gerade Linien begrenzt werden, die sich in der Drehachse schneiden, nämlich durch zwei erzeugende Linien der Kegeloberfläche, Ausführungen, bei denen dies nicht genau der Fall ist, genügen eben falls. Es ist auch nicht unbedingt notwen dig, dass die kurzen Seiten des Brennfleckes Teile von um die Achse herum beschriebenen greisen sind; der Fokus kann auch auf einer oder auf beiden Seiten abgerundet sein.
We sentlich ist, dass die Proportionalität zwi schen der Breite und dem Abstand von der Achse über einen erheblichen Teil der Länge des Brennfleckes besteht. Die dargestellte Form des Brennfleckes ist auch mit Rück sicht auf den austretenden Strahlenkegel günstig.
Der Teil der Kegeloberfläche, der bei der Umdrehung das Kathodenstrahlenbündel passiert, kann aus einem Wolframring be stehen, der überall dieselbe Dicke hat. Die Dicke kann gegebenenfalls an den Rändern etwas geringer genommen werden.
Bei Röhren wie der oben beschriebenen ist es im allgemeinen vorteilhaft, wenn der Antikathodenspiegel sehr dünn ist, zum Bei spiel weniger als 0,3 mni. In diesem Fall kann nämlich derart belastet werden, dass die Oberfläche des Wolframs, sowie die Trennungsfläche mit dem darunter liegen den Material, das zweckmässig Kupfer ist, thermisch maximal belastet werden. In die sem Falle ist die Nutzwirkung der Röhre möglichst hoch.