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.
X-ray tube with relative movement of the anticathode in relation to the focal spot. The invention relates to X-ray tubes in which the anticathode and the focal point can be with respect to each other. Such tubes offer the great advantage that the surface on which the focal spot is formed is much less stressed with a certain energy than with a fixed position of the focal spot on the anticathode. Such tubes can therefore bezw much stronger. can be loaded much longer, or they can be built smaller for a specific load.
In our earlier patent no. 144417 we have already proposed to give the focal spot an elongated shape with the longitudinal direction perpendicular to the rela tive direction of movement of the surface elements of the anticathode in an X-ray tube with a circumferential anticathode. This creates a tube that combines the advantages of a tube with a movable anticathode and those of an elongated focal point.
The X-rays are allowed to emerge from the tube at a very small angle with the surface so that sharp images can be obtained.
With each revolution of the anticathode, each point of the surface part that passes through the focal point is loaded for a certain time, whereby the material is exposed to heating.
We have found that with the focal spot shapes used up to now, the heating is not uniform, that is, it is not the same at every point on the surface that passes through the focal spot. This is not a disadvantage in and of itself, but since the maximum load on the tube is due to the highest temperature that occurs somewhere, it is only possible to work with an energy that is lower than that which corresponds to uniform heating up to the maximum permissible temperature . According to the invention, uniform heating is achieved through a special design of the focal point.
The period of time during which a point on the surface of the anticathode is loaded with each revolution of the relative movement of the anticathode with respect to the focal point depends on the speed at which the focal point is traversed and on the length of the path described in the focal point from this point .
If the different parts of the anticathode move at different speeds with respect to the focal point, the material is subjected to the shortest load and consequently the least heated if the paths in the focal point are the same length in the points that have the greatest speed. With a rotating anticathode and a rectangular focal point, this is the case with the part that is furthest away from the axis of rotation.
In an X-ray tube according to the invention, the elongated focal spot has at least for the most part in the relative direction of movement of the surface elements of the anti-cathode such a width that it is traversed by all surface elements passing through it in practically the same time periods.
In this case, its longitudinal axis is expediently perpendicular to the relative direction of movement of the surface elements of the anticathode. @ The tube can have a rotating anticathode and have a focal spot, the width of which increases proportionally with the distance from the axis of rotation. In this case, the focal point is usefully delimited by two lines which intersect in or near the axis of rotation.
The drawing illustrates by Figure 1 an embodiment of an X-ray tube with a rotating anticathode according to the invention, partially in section; 2 and 3 show the part of the anti-cathode on which the cathode rays impinge, namely FIG. 2 shows the shape of a previously used, known focal point, while the in FIG. 3, for example, the focal point shown is designed according to the invention.
Fig. 1 shows an X-ray tube, the outer wall of which is made of two glass parts 1 be, which are to give from cans 2 from an X-ray poorly permeable substance. A part 3 made of metal, expediently made of chrome iron, is melted onto these glass parts. Part 3 has a window 4 through which the X-rays can pass outside.
The tube contains an incandescent cathode 5, which is arranged in a metal vessel 6 and whose ends, one by means of a pole wire, the other via the metal vessel 6, are connected to contact pins 7 to which the supply wires for the heating current are connected can be connected. The electron beam emitted by this cathode is concentrated on a small area of the anticathode 8 by this vessel, the collecting device. The shape of the average of the cathode ray bundle depends on that of the opening 9 of the collecting device.
As a result of the eccentric position of the hot cathode and the opening 9, the cathode rays hit a part of the anti-cathode located on one side of the apex of the conical end face. The anticathode is rotatably mounted on a spindle 10, into which the metal part 11, which is fused to the glass wall of the tube and connected to the contact part 20, runs out. The rotating movement of the anticathode is caused by the fact that the latter forms the rotor of an induction motor.
For this purpose, it consists of a cylinder made of a material that conducts well, for example copper, which encloses a second cylinder made of a material with high permeability.
The stator 15 of the motor is completely outside the tube. Magnetic windings 17 located on this stator supply the field of the motor and can be connected to a multiphase alternating current network or, when using devices that cause a mutual phase shift, to an ordinary alternating current source, so that a rotating field is created The anti-cathode body used as the rotor of an asynchronous motor is given a rotating movement.
The housing 16 of the stator is attached to a metal sleeve 18 and thus connected to earth, so that contact with high-voltage parts is not to be feared. This sleeve surrounds the me tallenen wall part Ä. A pre-provided between this metal part and the sleeve 18 lead layer 19 prevents unwanted X-rays from occurring.
Fig. 2 is an individual representation of the weakly conical end face of the anti-cathode B. A focal point, as it was produced earlier, is denoted by 21. The shape of the focal point is determined by that of the opening 9 of the collecting device.
In FIG. 2, the focal spot has the shape of a rectangle, the long axis of which lies along a generating line of the conical surface. If the width of this focal spot is denoted by d, the time t is during one point of the anticathode surface with each revolution is in the focal spot, proportionally to
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if r is the distance of the point in question from the vertex of the cone. It is evident that the increase in temperature caused by the load is greater, the greater the time t.
If Ti is the highest permissible temperature, then the highest permissible load is that which allows the temperature of the focal spot part, which is the axis of rotation and is loaded with each rotation during a period t1, to increase to this value T1, since the tem Temperatures that occur in the other parts of the focal point with a larger r and thus with a lower t are lower.
A greater load could be achieved if the temperature in the other points of the focal point were also allowed to rise to the value T1.
This can be achieved with the dargestell th in Fig. 3 shape of the focal spot 22 who the. Here it has been ensured that the period during which it is in the focal spot for each revolution is the same for each point, namely by the fact that the dimension that the focal spot has in the direction of movement is proportional to the distance from the axis of rotation increases. Since yes t proportional to
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t can be influenced by changing d. If now d is made proportional to r, then -
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is a constant number and so t is constant. In this case, the heating is uniform and the highest efficiency is achieved.
Since the focal spot in the described embodiment is generated on the conical end face of the anticathode, this theoretically ideal focal spot can thus be limited by two straight lines that intersect in the axis of rotation, namely by two generating lines of the conical surface, versions in which this is not exactly is the case, suffice if. It is also not absolutely neces sary that the short sides of the focal point are parts of what is described around the axis; the focus can also be rounded on one or both sides.
It is essential that the proportionality between the width and the distance from the axis exist over a considerable part of the length of the focal point. The shape of the focal spot shown is also favorable with regard to the emerging cone of rays.
The part of the conical surface that passes the cathode ray beam during rotation can be made of a tungsten ring that has the same thickness everywhere. If necessary, the thickness can be made slightly smaller at the edges.
With tubes like the one described above, it is generally advantageous if the anticathode mirror is very thin, for example less than 0.3 mni. In this case, it is possible to load in such a way that the surface of the tungsten, as well as the separation surface with the underlying material, which is advantageously copper, are thermally loaded to the maximum. In this case, the useful effect of the tube is as high as possible.