CH639798A5

CH639798A5 - X-ray tube with an electron gun.

Info

Publication number: CH639798A5
Application number: CH264579A
Authority: CH
Inventors: Hans-Joerg Bittorf
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-03-21
Publication date: 1983-11-30
Also published as: GB2021310B; FR2426331A1; DE2821597A1; GB2021310A; JPS6138575B2; FR2426331B1; JPS54150997A

Description

639 798 639 798

2 2nd

PATENTANSPRUCH Röntgenröhre mit einer Elektronenkanone, die ein Elek-tronenstrahl-Erzeugungssystem mit rein elektrostatischer Fokussierung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Kathode, eine blendenförmige Zuganode und mindestens eine Strahlformungselektrode enthält, die zusammen einen Elektronenstrahl flachen Querschnitts erzeugen, in dem die wirksame Kathodenoberfläche um 90° gedreht seitlich von der Zuganode angeordnet ist, welche an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls in das Beschleunigungsfeld der Röntgenröhre senkrecht zur Elektronenstrahlbahn sich erstreckt und das im Raum des Strahlenerzeugungssystems vorhandene elektrostatische Feld vom Beschleunigungsfeld der Röntgenröhre trennt, während an einer Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, eine angenähert mit Kathodenpotential beaufschlagte Umlenkelektrode vorhanden ist, wobei seitlich von der Kathode im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Katho-denumlenkelektrode andererseits Strahlformungselektroden angeordnet sind, welche mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sind, derart, dass die von der Kathode ausgehende Elektronenströmung um 90° in Richtung auf die Blendenöffnung der Zuganode umgelenkt wird und dass die Elektronenströmung anschliessend an letztgenannte Umlenkung auf den Brennfleck der Anode der Röntgenröhre zu beschleunigt wird. PATENT CLAIM X-ray tube with an electron gun that contains an electron beam generation system with purely electrostatic focusing, characterized in that the system contains a cathode, an aperture-shaped pull anode and at least one beam shaping electrode, which together produce an electron beam with a flat cross section, in which the effective cathode surface is rotated by 90 ° to the side of the traction anode, which extends perpendicular to the electron beam path at the point of entry of the electron beam into the acceleration field of the x-ray tube and separates the electrostatic field present in the space of the radiation generation system from the acceleration field of the x-ray tube, while on one side of the system, the opposite the cathode surface, there is a deflection electrode approximately charged with cathode potential, the side of the cathode in the area between the cathode and the anode on the one hand and between the cathode deflection electrode On the other hand, beam-shaping electrodes are arranged which are subjected to an electrical voltage lying between the cathode and pull anode potential, such that the electron flow emanating from the cathode is deflected by 90 ° in the direction of the aperture of the pull anode and that the electron flow then follows the latter deflection the focal spot of the anode of the x-ray tube is accelerated.

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Elektronenkanone, die ein System zur Erzeugung eines Elektro-nenflachstrahls mit rein elektrostatischer Fokussierung enthält. The invention relates to an X-ray tube with an electron gun, which contains a system for generating an electron flat beam with purely electrostatic focusing.

Bei Röntgenröhren von z.Z. üblicher Bauart, wie sie etwa in der US-PS 3885179 beschrieben sind, werden bekanntlich Kathoden verwendet, die eine heizbare Wendel aus schwerschmelzbarem Metall, etwa Wolfram, enthalten. Diese werden als Originalquelle für Elektronen verwendet, die dann zur Erzeugung von Röntgenstrahlen auf ein schwerschmelzbares Target geleitet werden, wo sie Bremsstrahlen auslösen, die zu röntgenologischen Zwecken verwendbar sind. Insbesondere für eine Anwendung, bei welcher Kurzzeitimpulse im Bereich von (xs erzeugt werden müssen, sind diese Röhren aber nachteilig. Einerseits sind sie wegen der benötigten hohen Schaltspannungen und relativ grossen Wehnelt-Kathodenkapazität nur schwer schaltbar; andererseits sind erwünschte Anodenströme von mehreren Ampere auf kleine Brennfleckflächen nur schwer zu erhalten, weil die Emissionsstromdichte der Wendeln begrenzt ist und die mit Wendeln verbundene Oberflächenstruktur der Kathode hohen Stromverdichtungen entgegenwirkt. For X-ray tubes of currently Conventional design, as described, for example, in US Pat. No. 3,885,179, is known to use cathodes which contain a heatable coil made of refractory metal, such as tungsten. These are used as the original source of electrons, which are then directed to a fusible target to generate X-rays, where they trigger brake beams that can be used for X-ray purposes. However, these tubes are disadvantageous in particular for an application in which short-term pulses in the range of (xs) have to be generated. On the one hand, they are difficult to switch due to the high switching voltages and relatively large Wehnelt cathode capacity required; Focal spot areas are difficult to obtain because the emission current density of the filaments is limited and the surface structure of the cathode connected with filaments counteracts high current densities.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Röntgenröhren mit einer Elektronenkanone ein Elektronenerzeugungssystem anzugeben, das es erlaubt, Elektronenströme von mehreren Ampere a) zu erzeugen, The invention is based on the object of specifying an electron generation system for X-ray tubes with an electron gun which allows electron currents of several amperes a) to be generated,

b) zu fokussieren und c) kapazitätsarm zu schalten. b) to focus and c) to switch capacitance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Röntgenröhre mit einer Elektronenkanone, die ein System zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls mit rein elektrostatischer Fokussierung aufweist, gelöst, wobei die Strahlverdichtung im wesentlichen durch eine Umlenkung des Elektronenstrahls aus der Kathodenebene um 90° erreicht wird, wofür die Zuganode seitlich von der Kathodenfläche um 90° gedreht angeordnet ist, während im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Kathode und einer dieser gegenüberliegenden Umlenkelektrode andererseits Strahlumformungselektroden vorgesehen sind. Es wird eine Röntgenröhre mit folgenden Eigenschaften erhalten: This object is achieved according to the invention by an X-ray tube with an electron gun, which has a system for generating a flat electron beam with purely electrostatic focusing, the beam compression being achieved essentially by deflecting the electron beam from the cathode plane by 90 °, for which purpose the traction anode is located laterally of the cathode surface is arranged rotated by 90 °, while in the region between the cathode and the pulling anode on the one hand and between the cathode and a deflection electrode opposite this, on the other hand, beam shaping electrodes are provided. An X-ray tube with the following properties is obtained:

a) Es wird mittels elektrostatischer Umlenkfokussierung ein Elektronenflachstrahl erzeugt, wie er in der Regel für Röntgenröhren benötigt wird. a) A flat electron beam is generated by means of electrostatic deflection focusing, as is generally required for X-ray tubes.

b) Der Flachstrahl ist in seinen Dimensionen weitgehend stromunabhängig, weil er rein elektrostatisch fokussiert ist. b) The dimensions of the flat jet are largely independent of the current because it is purely electrostatically focused.

c) Die Stromstärke ist durch Verwendung einer Oxid- oder Metallkapillarkathode und nahezu vollständiger Abschirmung des Anodenpotentials über die Kanonen-Anodenspannung von Null bis zum Grenzstrom, d.h. bis beispielsweise 6 A, regelbar. c) The current intensity can be reduced from zero to the limit current by using an oxide or metal capillary cathode and almost completely shielding the anode potential via the gun anode voltage, i.e. adjustable up to 6 A, for example.

d) Mit entsprechender Gestaltung (z.B. der Strahlformelektroden, wie 26,29,30, der Fig. 2 und Krümmung der Kathodenoberfläche) der Elektroden ist eine Optimierung im Sinne von bestimmten Stromdichteverteilungen im Brennfleck für den Einsatz in Röntgenröhren, d.h. Gestaltung der Stromdichteverteilung für maximale Belastbarkeit der Anode oder auch zur Erzielung optimaler Abbildungseigenschaften, möglich. Durch Änderung der Spannungen, insbesondere an den Elektroden 29 und 30 (Fig. 2), kann der Strahlquerschnitt geändert werden z.B. in einem Verhältnis von etwa 1:3. d) With an appropriate design (e.g. the beam shape electrodes, such as 26, 29, 30, Fig. 2 and curvature of the cathode surface) of the electrodes, an optimization in terms of certain current density distributions in the focal spot for use in X-ray tubes, i.e. Design of the current density distribution for maximum resilience of the anode or to achieve optimal imaging properties possible. By changing the voltages, particularly at electrodes 29 and 30 (Fig. 2), the beam cross section can be changed e.g. in a ratio of about 1: 3.

e) Als Kathoden können Oxid- oder Vorratskathoden verwendet werden, die im Pulsbetrieb im Vergleich zu den üblichen Metallwendeln wegen der niedrigen Austrittsarbeit sehr hohe Stromdichten erlauben. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die dazu notwendigen Kathodentemperaturen um rund 1000 °C niedriger liegen als bei W-Wendeln. Als Oxidkathoden sind die bekannten Barium-Strontium-Oxid(Ba-Sr-0)-Be-schichtungen mit Nickelunterlage anwendbar. Andererseits ist die Verwendung von Vorratskathoden wegen der Robustheit und Regenerierfähigkeit im Betrieb vorteilhaft. e) Oxide or storage cathodes can be used as cathodes, which allow very high current densities in pulsed operation compared to the usual metal filaments due to the low work function. It is particularly advantageous that the cathode temperatures required for this are around 1000 ° C lower than for W helixes. The known barium strontium oxide (Ba-Sr-0) coatings with a nickel base can be used as oxide cathodes. On the other hand, the use of supply cathodes is advantageous because of the robustness and regenerability in operation.

f) Wegen der Umlenkfokussierung ist hohe Strahlverdichtung (ca. 10:1) erreichbar. Die Einzeldimensionierung der Elektronenkathode wird zweckmässig so ausgelegt, dass der Elektronenstrahl den Austrittsspalt konvergent verlässt. Bei anderer Auslegung würde der Nachteil eintreten, dass die Strahlaufweitung infolge der Raumladungskräfte zu unerwünschter Verbreiterung des Brennflecks führt. f) Because of the deflection focusing, high beam compression (approx. 10: 1) can be achieved. The individual dimensioning of the electron cathode is expediently designed such that the electron beam leaves the exit gap in a convergent manner. A different design would have the disadvantage that the beam expansion leads to undesired broadening of the focal spot due to the space charge forces.

g) Durch die Umlenkfokussierung wird erreicht, dass die Kathode weitgehend vor dem in Röntgenröhren besonders problematischen Ionenrückfluss geschützt ist. g) The deflection focusing means that the cathode is largely protected from the ion reflux, which is particularly problematic in X-ray tubes.

h) Durch den geschlossenen Aufbau der Elektronenkanone kann Abdampfung von Kathodenmaterial weitgehend aus den kritischen Hochspannungsbereichen, d.h. Austrittsebene - Kanone (33, Fig. 2) - Anode (9, Fig. 1), ferngehalten werden. h) Due to the closed structure of the electron gun, evaporation of cathode material can largely from the critical high-voltage areas, i.e. Exit plane - cannon (33, Fig. 2) - anode (9, Fig. 1), be kept away.

i) Eine Schaltung des Elektronenstroms ist wegen der niedrigen Kanonenanodenspannung mit einer Spannung von wenigen kV möglich, indem die Wehneltelektrode entsprechend getastet wird. Bei den z.Z. in der Röntgendiagnostik üblichen Röntgenröhren mit geheizter Drahtwendel als Elektronenquelle und Beschleunigungsspannungen bis 150 keV ist in der Regel eine Schaltspannung von ca. 6 kV nötig. Bei der Röntgenröhre nach der Erfindung kann diese auf 1 bis 2 kV herabgesetzt werden. Dies bringt den Vorteil, dass mit wesentlich kleineren Steuerleistungen rechteckförmige Pulse im Mikrosekundenbereich erzeugt werden können. i) A switching of the electron current is possible because of the low gun anode voltage with a voltage of a few kV by the Wehnelt electrode being keyed accordingly. With the z.Z. In X-ray diagnostics, the usual X-ray tubes with a heated wire coil as an electron source and acceleration voltages up to 150 keV generally require a switching voltage of approx. 6 kV. In the X-ray tube according to the invention, this can be reduced to 1 to 2 kV. This has the advantage that rectangular pulses in the microsecond range can be generated with significantly lower control powers.

Bei dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem ist die wirksame Kathodenoberfläche um 90° gedreht seitlich von einer Zuganode angeordnet, welche an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls in das Feld eines Zylinderkondensators senkrecht zur schraubenlinienförmigen Elektronenstrahlbahn sich erstreckt und das im Raum des Strahlenerzeugungssystems vorhandene elektrostatische Feld vom Feld des Zylinderkondensators trennt, während an der Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, eine angenähert mit In the electron beam generation system, the effective cathode surface is rotated by 90 ° to the side of a pull anode, which extends perpendicular to the helical electron beam path at the point of entry of the electron beam into the field of a cylinder capacitor and separates the electrostatic field present in the space of the radiation generation system from the field of the cylinder capacitor , while on the side of the system opposite the cathode surface, approximates with

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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Kathodenpotential beaufschlagte Umlenkelektrode vorhanden ist, wobei seitlich von der Kathode im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Kathode und Umlenkelektrode andererseits Strahlformungselektroden angeordnet sind, welche mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sind, derart, dass die von der Kathode ausgehende Elektronenströmung um 90° in Richtung auf eine Blendenöffnung der Zuganode umgelenkt wird. Deflection electrode acted upon by cathode potential is present, with beam-shaping electrodes being arranged laterally from the cathode in the region between the cathode and the pulling anode on the one hand and between the cathode and the deflecting electrode on the other hand, which are acted upon by an electrical voltage lying between the cathode and the pulling anode potential, such that the voltage emanating from the cathode Electron flow is deflected by 90 ° in the direction of an aperture of the pull anode.

Mit einem in vorgenannter Weise ausgestalteten System ist bei relativ geringer Kathodenbelastung sehr hohe Stromdichte in einem Elektronenstrahl erzielbar. Beispielsweise ist bei einer Kathodenbelastung von etwa 1 A/cm2 ein Flachstrahl mit einer Stromdichte von etwa 10 A/cm2 erreichbar. Der Elektronenstrahl lässt sich ausserdem durch Regulierung der Spannungen, die an den einzelnen Elektroden, insbesondere 29 und 30 (Fig. 2), angelegt sind, verstellen, etwa der Öffnungswinkel am Strahlenaustritt 33, so dass die Fokusbreite verändert wird. Das innerhalb des Systems liegende Feld (Kanonenfeld) ist dabei gegenüber dem Beschleunigungsfeld zwischen Zuganode 25 (Fig. 2) und Röntgenanode 9 (Fig. 1) durch die blendenförmige Zuganode abgeschirmt, so dass eine Spannungsregulierung am System sich nicht störend auf die Strahlführung im eigentlichen Laufraum der Röhre auswirkt. Falls es notwendig erscheint, kann auch noch hinter der Zugelektrode etwa mittels eines kleinen Plattenkondensators eine weitere Korrektur der Form und Richtung des Strahls erfolgen. Dies ist insbesondere bei Röntgenröhren interessant, weil beispielweise durch Anlegen einer HF-Spannung eine Strahlverbreiterung erzeugt werden kann. With a system designed in the aforementioned manner, a very high current density can be achieved in an electron beam with a relatively low cathode load. For example, with a cathode load of approximately 1 A / cm2, a flat beam with a current density of approximately 10 A / cm2 can be achieved. The electron beam can also be adjusted by regulating the voltages applied to the individual electrodes, in particular 29 and 30 (FIG. 2), for example the opening angle at the beam exit 33, so that the focus width is changed. The field located within the system (cannon field) is shielded from the acceleration field between train anode 25 (FIG. 2) and X-ray anode 9 (FIG. 1) by the diaphragm-shaped train anode, so that voltage regulation in the system does not interfere with the beam guidance itself Impact of the tube. If it appears necessary, a further correction of the shape and direction of the beam can also take place behind the pulling electrode, for example by means of a small plate capacitor. This is of particular interest in the case of X-ray tubes because, for example, a beam broadening can be generated by applying an RF voltage.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Further details and advantages of the invention are explained below using the exemplary embodiments shown in the figures.

In der Fig. 1 ist das Schaubild einer Röntgenröhre dargestellt mit einer Elektronenkanone, bei welcher die Kathode aufgebrochen gezeichnet ist, 1 shows the diagram of an X-ray tube with an electron gun in which the cathode is shown broken away,

in der Fig. 2 der Querschnitt durch das System der Elektronenkanone zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls und in der Fig. 3 eine Ansicht des Systems quer zur Fig. 1 in Blickrichtung auf III-III. in FIG. 2 the cross section through the system of the electron gun for generating a flat electron beam and in FIG. 3 a view of the system transversely to FIG. 1 looking in the direction III-III.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine Röntgenröhre bezeichnet, in deren gläsernem Kolben 2 am einen Ende eine Kathodenanordnung 3 und am anderen eine Anodenanordnung 4 angebracht ist. Die Kathodenanordnung enthält als Elektronenquelle eine Kathode 5 und ein Umlenksystem 6 für den Elektronenstrahl 7, der auf einen Brennfleck 8 einer Drehanode 9 gelenkt wird, die aus einer Wolframplatte 10 besteht, deren Unterseite mit einer Platte 11 aus Graphit belegt ist. Die Anode 9 ist über eine Achse 12 mit einem Rotor 13 verbunden, so dass sie mittels eines nicht dargestellten Stators in an sich bekannter Weise in Rotation versetzt werden kann. In Fig. 1, 1 denotes an X-ray tube, in the glass bulb 2 of which a cathode arrangement 3 is attached at one end and an anode arrangement 4 at the other. The cathode arrangement contains as the electron source a cathode 5 and a deflection system 6 for the electron beam 7, which is directed onto a focal spot 8 of a rotating anode 9, which consists of a tungsten plate 10, the underside of which is covered with a plate 11 made of graphite. The anode 9 is connected to a rotor 13 via an axis 12, so that it can be set in rotation in a manner known per se by means of a stator (not shown).

Zur Inbetriebsetzung der Röhre werden einerseits über Leitungen 15 bis 19 die zur Erzeugung des Elektronenstrahls 7 und seine Fokussierung notwendigen Spannungen angelegt. Andererseits wird ausserdem noch über die Leitung 19 und den Anschluss 20 des Anodensystems 4 eine Beschleunigungsspannung angelegt, um dem Elektronenstrahl 7 die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen erforderliche Geschwindigkeit zu geben. To start up the tube, the voltages required to generate the electron beam 7 and to focus it are applied via lines 15 to 19. On the other hand, an acceleration voltage is also applied via the line 19 and the connection 20 of the anode system 4 in order to give the electron beam 7 the speed required for generating X-rays.

Der Aufbau des Elektronenerzeugungssystems ist aus der Fig. 2 in schnittbildlicher Darstellung ersichtlich. Mit 5 ist dabei die Kathode bezeichnet, die aus einem Träger 21 und einer Schicht 22, beispielsweise einer Ba-Sr-O-Schicht, mit rechteckförmigem Querschnitt von beispielsweise 2x5 mm2 besteht. Sie ist von einer Wehneltelektrode 23 umgeben. Diese hat einen Schlitz 24 von beispielsweise 1,8 mm Breite und 5 mm Höhe. Mit seiner Hilfe wird aus der von der Schicht 22 der Kathode 5 emittierten Elektronenströmung ein Elektronenbündel 7 von 1,8 mm Breite und 5 mm Höhe ausgeblendet. Gegenüber der wirksamen Kathodenoberfläche ist um 90° gedreht eine blendenförmige Zuganode 25 angeordnet, welche sich senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls 7 in ein auf die Zuganode folgendes Beschleunigungsfeld erstreckt. Die Zuganode 25 ist an ihrem der Kathode 5 benachbarten Ende mit einem Fortsatz 26 versehen, der im wesentlichen parallel zur wirksamen Kathodenoberfläche verläuft und sich bis in die Nähe der Elektronenströmung über der Kathode 5 erstreckt. An der Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, ist eine plattenförmige Umlenkelektrode 27 vorhanden, die angenähert mit Kathodenpotential beaufschlagt sein soll. The structure of the electron generation system is shown in FIG. 2 in a sectional representation. 5 denotes the cathode, which consists of a carrier 21 and a layer 22, for example a Ba-Sr-O layer, with a rectangular cross section of, for example, 2x5 mm 2. It is surrounded by a Wehnelt electrode 23. This has a slot 24, for example 1.8 mm wide and 5 mm high. With its help, an electron beam 7 of 1.8 mm wide and 5 mm high is hidden from the electron flow emitted by the layer 22 of the cathode 5. A diaphragm-shaped pull anode 25 is arranged opposite the effective cathode surface and rotated 90 °, which extends perpendicular to the electron beam direction at the entry point of the electron beam 7 into an acceleration field following the pull anode. The pull anode 25 is provided at its end adjacent to the cathode 5 with an extension 26 which extends essentially parallel to the effective cathode surface and extends up to the vicinity of the electron flow over the cathode 5. On the side of the system that lies opposite the cathode surface, there is a plate-shaped deflection electrode 27 which is said to have approximately cathode potential applied to it.

Diese Umlenkelektrode 27 weist an ihrem der Zuganode zugewandten Ende einen Ansatz 28 auf, der dem an der Zuganode 25 befindlichen Fortsatz 26 gegenübersteht. Eine derartige abgewinkelte Form der Umlenkelektrode ist dem Umstand förderlich, dass der obere Strahlrand des Elektronenstrahls 7 bei der Umlenkung stärker gekrümmt sein muss als der untere Strahlrand. Im Raum zwischen dem Teil 26 der Zuganode 25 und der Wehneltelektrode 23 befindet sich eine erste Strahlformungselektrode 29, die mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sein soll. Auf der anderen Seite des Elektronenstrahls 7 ist etwa in gleicher Entfernung von der Wehneltelektrode 23 und der Umlenkelektrode 27 eine zweite Strahlformungselektrode 30 angeordnet, die zylindrische Form hat und im wesentlichen mit dem gleichen Potential wie die erste Strahlformungselektrode 29 beaufschlagt sein soll. Ausserdem ist unterhalb der zylindrischen Strahlformungselektrode 30 eine weitere, plattenförmig ausgebildete Strahlformungselektrode 31 angeordnet, die seitlich vom Elektronenweg sich im wesentlichen senkrecht zur Kathodenebene erstreckt; an diese Elektrode soll ungefähr die gleiche Spannung wie an die Wehneltelektrode 23 angelegt sein. Senkrecht zu dieser Elektrodenanordnung (nur in Fig. 3 dargestellt) befinden sich plattenförmige Elektroden 34 auf Kathodenpotential, die ein seitliches Aufspreizen des Elektronenstrahls verhindern. This deflection electrode 27 has at its end facing the pull anode an extension 28 which faces the extension 26 located on the pull anode 25. Such an angled shape of the deflection electrode is conducive to the fact that the upper beam edge of the electron beam 7 must be more curved than the lower beam edge during the deflection. In the space between the part 26 of the pull anode 25 and the Wehnelt electrode 23 there is a first beam shaping electrode 29 which is to be acted upon by an electrical voltage lying between the cathode and pull anode potentials. On the other side of the electron beam 7, a second beam shaping electrode 30 is arranged at approximately the same distance from the Wehnelt electrode 23 and the deflection electrode 27, which has a cylindrical shape and is said to have essentially the same potential as the first beam shaping electrode 29. In addition, a further plate-shaped beam shaping electrode 31 is arranged below the cylindrical beam shaping electrode 30 and extends laterally from the electron path essentially perpendicular to the cathode plane; approximately the same voltage should be applied to this electrode as to the Wehnelt electrode 23. At right angles to this electrode arrangement (only shown in FIG. 3) are plate-shaped electrodes 34 at cathode potential, which prevent the electron beam from spreading sideways.

Die in Fig. 2 dargestellte Elektrodenanordnung mit den beschriebenen Potentialen ruft eine Potentialverteilung hervor, wie sie durch die Potentiallinien 32 in Fig. 2 angedeutet ist. Auf dieser Potentialverteilung beruht die Umlenkung und gleichzeitige Verdichtung der von der Kathode 5 ausgehenden Elektronenströmung in Richtung auf die Blendenöffnung 33 der Zuganode 25. Obwohl dabei die Einflüsse der einzelnen Elektroden sich nicht voneinander trennen lassen, kann man über ihre wesentliche Bedeutung folgende Angaben machen: Die Wehneltelektrode 23 mit dem Wehneltschlitz 24 dient in erster Linie der Begrenzung des Strahlquerschnitts. Sie verhindert ausserdem in bekannter Weise ein Aufspreizen des Elektronenstrahls durch Raumladungskräfte. Das Potential der Wehneltelektrode 23 liegt zwischen Kathodenpotential und einem negativen Zehntel des Zuganodenpotentials. Die Spannung an den beiden Strahlformungselektroden 29 und 30 soll ein bis vier Zehntel des Zuganodenpotentials betragen; die Grösse dieser Spannung bestimmt im wesentlichen die Stärke des Emissionsstromes und die Lage des Fokus des Elektronenflachstrahls 4. Dabei muss die Form der Strahlformungselektrode 30 nicht unbedingt kreiszylindrisch sein. Es kommt nur darauf an, dass die mit den Linien 32 angedeutete Feldverteilung im wesentlichen erhalten bleibt. Die zusätzliche plattenförmige Strahlformungselektrode 31, die auf einem Potential zwischen Kathodenpotential und einem um ein Zehntel des Zuganodenpotentials verringerten Kathodenpotential liegt, ermöglicht im Zusammenwirken mit der Strahlformungselektrode 29 und dem Teil 26 der Zuganode 25 eine Feinkorrektur des Strahlverlaufs. Insbesondere kann mit der Einstellung der Spannung an der plattenförmigen Strahlformungselektrode 31 The electrode arrangement shown in FIG. 2 with the potentials described produces a potential distribution, as indicated by the potential lines 32 in FIG. 2. The deflection and simultaneous compression of the electron flow emanating from the cathode 5 in the direction of the aperture 33 of the pulling anode 25 is based on this potential distribution. Although the influences of the individual electrodes cannot be separated from one another, the following can be said about their essential meaning: The Wehnelt electrode 23 with the Wehnel slot 24 primarily serves to limit the beam cross section. It also prevents spreading of the electron beam by space charge forces in a known manner. The potential of the Wehnelt electrode 23 lies between the cathode potential and a negative tenth of the pull anode potential. The voltage at the two beam shaping electrodes 29 and 30 should be one to four tenths of the pull anode potential; the magnitude of this voltage essentially determines the strength of the emission current and the position of the focus of the flat electron beam 4. The shape of the beam shaping electrode 30 does not necessarily have to be circular cylindrical. It is only important that the field distribution indicated by lines 32 is essentially retained. The additional plate-shaped beam shaping electrode 31, which lies at a potential between the cathode potential and a cathode potential reduced by one tenth of the pull anode potential, in cooperation with the beam shaping electrode 29 and the part 26 of the pull anode 25 enables a fine correction of the beam path. In particular, with the adjustment of the voltage at the plate-shaped beam shaping electrode 31

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ein Überschneiden der Strahlberandung vermieden werden, weil durch die Elektrode 31 vorwiegend der obere Strahlrand beeinflussbar ist, während der Verlauf des unteren Strahlrands durch die Strahlformungselektrode 29 und dem an der Zuganode 25 befindlichen Fortsatz 26 bestimmt wird. Die etwa auf Kathodenpotential liegende Umlenkelektrode 27 bewirkt hauptsächlich die Umlenkung des Elektronenstrahls. Diese Elektrode erlaubt es auch, den Austrittswinkel des Elektronenstrahls 7 aus der Blendenöffnung 33 der Zuganode 25 zu beeinflussen, wobei der Strahl auch etwas seitlich verschoben werden kann. Die Form der Zuganode 25 ist einerseits dadurch bestimmt, dass das Kanonenfeld vom Feld des eigentlichen Laufraums streng getrennt sein soll, um eine gegenseitige Beeinträchtigung der beiden Felder zu vermeiden. Andererseits ist der abgewinkelte Fortsatz 26 an der Zuganode 25 erforderlich, um zusammen mit den beiden wesentlichen Strahlformungselektroden 29 und 30 die gewünschte Strahl-form zu erreichen. Hierzu sei bemerkt, dass die Zuganode selbstverständlich auch aus zwei getrennten Teilen, nämlich der Platte mit der Blendenöffnung 33 und einer dazu senkrechten, dem Fortsatz 26 entsprechenden Platte, bestehen kann. an overlap of the beam boundary can be avoided because the upper beam edge can be influenced predominantly by the electrode 31, while the course of the lower beam edge is determined by the beam shaping electrode 29 and the extension 26 located on the pulling anode 25. The deflection electrode 27, which is approximately at cathode potential, mainly causes the deflection of the electron beam. This electrode also makes it possible to influence the exit angle of the electron beam 7 from the aperture 33 of the pulling anode 25, the beam also being able to be shifted somewhat laterally. The shape of the traction anode 25 is determined on the one hand by the fact that the cannon field is to be strictly separated from the field of the actual running area in order to avoid a mutual impairment of the two fields. On the other hand, the angled extension 26 on the pull anode 25 is required in order to achieve the desired beam shape together with the two essential beam shaping electrodes 29 and 30. In this regard, it should be noted that the traction anode can of course also consist of two separate parts, namely the plate with the aperture 33 and a plate perpendicular to it and corresponding to the extension 26.

Die Stromdichteverteilung eines Elektronenflachstrahls, der mit einer Kanone nach Fig. 2 erzeugt worden ist, zeigt eine Breite d des Strahlquerschnitts von einigen Zehntel mm (etwa 0,3) bei einer Höhe von 5 mm. Die Messung wurde mit folgenden Spannungen an den einzelnen Elektroden durchgeführt; die Spannung an der Kathode 5, der Wehneltelektrode 23, der Umlenkelektrode 27 und der zusätzlichen Strahlformungselektrode 31 betrug jeweils 0 Volt. Die Strahlformungselektrode 29 war mit einem Potential von 53 V und die zylindrische Strahlformungselektrode 29 mit einem Potential von 41 V beaufschlagt, während an der Zuganode 25 ein Potential von 410 V s liegt. Der Strahl ist bei einer Perveanz von 0,7 x 10-6 A/V372 im Verhältnis von 10:1 verdichtet, sein Öffnungswinkel liegt nach dem Austritt aus der Zuganode bei ungefähr 5°. The current density distribution of a flat electron beam, which was generated with a cannon according to FIG. 2, shows a width d of the beam cross section of a few tenths of a mm (approximately 0.3) at a height of 5 mm. The measurement was carried out with the following voltages on the individual electrodes; the voltage at the cathode 5, the Wehnelt electrode 23, the deflection electrode 27 and the additional beam shaping electrode 31 were each 0 volts. The beam shaping electrode 29 was subjected to a potential of 53 V and the cylindrical beam shaping electrode 29 to a potential of 41 V, while a potential of 410 V s is present at the pulling anode 25. The beam is compressed with a perveance of 0.7 x 10-6 A / V372 in a ratio of 10: 1, its opening angle is approximately 5 ° after exiting the traction anode.

Zur Erzielung der bei einer Röntgenröhre für Computer-Tomographie erwünschten Betriebseigenschaften ist beispiels-io weise ein Elektronenstrahlquerschnitt an der Röntgenanode von 1x16 mm2 erforderlich bei einer Impulsstromstärke bis 6 A. Für die Kathode ergibt sich dann bei einer Verdichtung von 5:1 bis 20:1, insbesondere 10:1, eine Fläche von 5x10 mm2 bis 20 x 10 mm2, insbesondere 10x10 mm2 bei einer Stromdichte 15 von 12 A/cm2 bis 3 A/cm2, insbesondere 6 A/cm2, an der Kathodenoberfläche. Diese Stromdichte lässt sich impulsbetrieben sowohl mit Oxid- als auch mit Vorratskathoden problemlos erreichen. Der wesentliche Unterschied gegenüber heute üblichen Glühkathoden, d.h. Metall (W)-Wendeln, ist, 20 dass die für derartige Emissionsstromdichten benötigten Temperaturen bei nur 700 °C bis 1300 °C liegen und die gesamte Kathodenoberfläche gleichmässig emittiert. To achieve the operating properties desired in an X-ray tube for computed tomography, an electron beam cross-section of 1x16 mm2 at the x-ray anode, for example, is required with a pulse current strength of up to 6 A. For the cathode, a compression of 5: 1 to 20: 1 results , in particular 10: 1, an area of 5x10 mm2 to 20 x 10 mm2, in particular 10x10 mm2 at a current density 15 of 12 A / cm2 to 3 A / cm2, in particular 6 A / cm2, on the cathode surface. This current density can be achieved pulse-operated with both oxide and storage cathodes without any problems. The main difference compared to hot cathodes common today, i.e. Metal (W) filaments, 20 is that the temperatures required for such emission current densities are only 700 ° C to 1300 ° C and the entire cathode surface emits evenly.

Die oben beschriebene Umlenkfokussierung lässt sich auch auf magnetischem Wege realisieren. Wegen der Abhän-25 gigkeit des Bahnkreisradius der Ladungsträger von ihrer Geschwindigkeit gehen dann aber Vorteile verloren. Dies ist insbesondere die Möglichkeit der Stromregulierung bei gleichbleibenden Brennfleckabmessungen. The deflection focusing described above can also be achieved magnetically. Because of the dependence of the orbital radius of the load carriers on their speed, however, advantages are lost. In particular, this is the possibility of current regulation with constant focal spot dimensions.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings