CN103871808B - X射线管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有真空罩（1）的X射线管，在所述真空罩中至少一个阴极（2）和一个阳极（3）通过分别至少一个绝缘元件（4）绝缘地被布置，其中所述阴极（2）在施加高压（UC）的情况下发射电子作为电子束击中阳极，其特征在于带有绝缘路径（s）的电压放电器装置（10，11），所述绝缘路径（s）具有如此高于绝缘元件（4）处场强的场强，使得在出现电压击穿的情况下通过电压放电器装置（10，11）进行电压放电。在这种X射线管中，在整个运行期间可靠地保护功能部件以免遭受过电压的损害。

Description

X射线管
技术领域
本发明涉及一种X射线管。
这种X射线管包括真空罩，在所述真空罩中至少一个阴极和一个阳极通过分别至少一个绝缘元件绝缘地被布置，其中所述阴极（平面发射极（Flachemitter），螺旋型灯丝（Glühwendel））在施加高压的情况下发射电子作为电子束击中阳极。
背景技术
电子束朝向阳极加速并且击中阳极的表面。随之在阳极材料中产生X射线辐射，其作为X射线有用辐射从X射线辐射出射窗口离开真空罩并且例如可以应用于医学或非医学领域的成像方法。
尤其在旋转的阳极（旋转阳极-X射线管或旋转活塞-X射线管（Drehkolben-））的情况下阳极的旋转必须被补偿。这借助偏转电极来执行。在这里在较小的内部空间的情况下借助偏转电极取得尤其好的电子束的聚集，所述偏转电极被布置在非常接近阴极处（例如在焦头（Fokuskopf）处）且可变偏转电压可以被施加到阴极电压上并被保持。这种偏转电极必须和阴极绝缘（例如和焦头绝缘）地布置。为此所必需的绝缘元件例如实现为玻璃或陶瓷-绝缘套管，但是其与阴极电压（阴极的HV-电势）有关。
基于在阴极的区域内可供使用的内部空间，绝缘元件的物理尺寸仅能够为了正常运行而被配置且在这种情况下也是没有问题的。
在技术上无法避免的“飞弧”的情况下，出现在所描述的示例中涉及阴极的电势降。借助概念“飞弧”来标识电压击穿和电压穿透（额定电压的公差范围被超过），其瞬变地、也就是随机地出现并且因此在时间上是无法预测的。
时间分辨地通过上述的电势降将至少一个偏转电极的电势和/或焦头的电势降低。其它绝缘布置的偏转电极短时间内保持为全电势，其中可能情况下在该偏转电极上额外还加载偏转电压。
因为高压不直接于阴极处生成，所以耗费一定时间直至焦头连同偏转电极适配到相同的电势上。在此期间，几乎全部电压降落在偏转电极的绝缘元件上。在这里可以在飞弧之后短时内出现其它放电，其可能导致偏转电极的敏感绝缘元件的加速毁坏。因为富含能量的放电其除了导致绝缘元件上的放电痕迹之外还导致绝缘元件上的材料裂隙，其对于真空罩之中的真空极为不利且随之对于X射线管的运行不利。
上述解释的问题，不仅仅存在于阴极，而是也存在于所有其它在X射线管的真空罩之中绝缘布置的功能部件，例如阳极、反向散射电子捕捉器或偏转装置。
发明内容
本发明由此要解决的技术问题是，实现一种X射线管，其功能部件在整个运行期间被可靠地保护以免遭受过电压的损害。
具有本发明技术特征的X射线管具有真空罩，在所述真空罩中至少一个阴极和一个阳极通过分别至少一个绝缘元件绝缘地被布置，其中所述阴极在施加高压的情况下发射电子作为电子束击中阳极。根据本发明X射线管包括带有绝缘路径的电压放电器装置（Spannungsableiter-Einrichtung），所述绝缘路径具有如此高于绝缘元件处场强的场强，使得在出现电压击穿的情况下通过电压放电器装置进行电压放电。
由于电压放电器装置的绝缘路径的场强高于绝缘元件处场强而在电压放电器装置上产生了较高的穿透可能性，从而随之可靠地防止损坏所涉及的绝缘元件。
通过根据本发明的措施可靠地阻止真空罩之中绝缘地布置的功能部件（例如焦头）的毁坏性的放电过程。通过在X射线管中布置的电压放电器装置获得位于各个功能元件和其附属的绝缘元件之间的“电气预定断点（elektrische Sollbruchstelle）”。在可能导致毁坏性放电过程的大电势差的情况下，通过该始终比绝缘元件更快被穿透或击穿的预定断点，由绝缘元件吸收电负荷。
由此，根据本发明的X射线管满足以下要求：
●电压放电器装置在X射线管的运行范围（在气压为10-8mbar到10-4mbar的情况下温度为20℃到2000℃）上适用于高真空。
●在正常运行（焦头处栅极闭塞运行，聚焦电压为例如大约6kV）中电压放电器装置是绝对防短路的。
●在飞弧情况下电压放电器装置在高压技术上“弱于”绝缘元件。
●电压放电器装置随之相较绝缘元件更快地“点燃”。
●这导致在绝缘元件中仅有较小的磨损-和破坏现象。
根据本发明的X射线管因此为了其功能部件的高效保护而不需要为了可能出现的过电压而设置的且从结构性观点来看必须过大和过重地设置的绝缘元件。在具有本发明技术特征的X射线管的情况下因此仅稍微提高绝缘元件的体积和重量。
在本发明的范围之内，电压放电器装置可以可靠地保护在真空罩内绝缘布置的不同功能部件以免遭受过电压的损害。
从而按照根据本发明技术特征的具有优势的构造将电压放电器装置布置在阴极的焦头处，其中阴极具有至少一个偏转电极。通过该措施可靠地防止了阴极的绝缘元件由于过电压而受到的损坏。
在优选的具有本发明技术特征的X射线管的实施方式中，电压放电器装置包括至少一个第一保护电极和至少一个第二保护电极，二者相互之间具有规定的距离。该距离定义电压放电器装置的绝缘路径。
在具有本发明技术特征的尤其具有优势的构造中，至少一个第一保护电极布置在焦头处而至少一个第二保护电极布置在至少一个偏转电极处。按照具有本发明技术特征的具有优势的实施例，焦头构成至少一个第一保护电极。替代或额外地，至少一个偏转电极可以构成第二保护电极。
因为在具有本发明技术特征的构造中在第一保护电极和第二保护电极之间的间隙里分别只存在真空罩中支配的真空，所以在电压击穿或电压穿透的情况下产生的电弧自行消失。
根据另外具有本发明技术特征的实施方式，电压放电器装置被布置在阴极和真空罩之间。
根据具有本发明技术特征的同样具有优势的构造，电压放电器装置被布置在阳极和真空罩之间。
此外根据具有本发明技术特征的实施方式，电压放电器装置被布置在阴极和阳极之间。
对于第一保护电极和第二保护电极，例如钼被证明作为耐真空的（）金属电极材料是尤其合适的。
取决于X射线管的运行条件和/或待保护的功能部件的种类和数目，对于第一保护电极和第二保护电极的构造分别可以具有优势地实现不同的轮廓（对称或不对称布置）。
在根据具有本发明技术特征的优选实施方式中至少一个第一保护电极具有球状轮廓。
替代地或额外地在根据具有本发明技术特征的构造中至少一个第二保护电极具有球状轮廓。
在根据具有本发明技术特征的实施例中至少一个第一保护电极具有板状轮廓。
具有本发明技术特征的另一变形的特征在于，至少一个第二保护电极具有板状轮廓。
取决于各自的应用情况，前述的实施方式实现了关于可能的电极形式的多种具有优势的组合，从而不会出现飞狐或只出现强烈减弱的飞弧，原因在于，第一和第二保护电极不具有微尖（Mikrospitze）。因而在功能部件的绝缘元件端仅仅出现较小的磨损-和破坏现象。
替代所述的两个保护电极的轮廓，还有其它可能的轮廓适用于保护电极。对此例如有Borda轮廓和Rogowski轮廓。
前述的电极形式引起轻微不均匀的电场，由此在X射线管正常运行时避免了保护电极的不必要的预放电。
附图说明
下面借助附图对示意性图示的实施例进一步说明，而不局限于此。其中：
图1图示根据现有技术的X射线管，
图2图示根据本发明的X射线管的实施方式，
图3图示在阴极区域的电压放电器装置，
图4图示与偏转电极和保护电极之间的距离相关的场强变化曲线。
具体实施方式
图1示出真空罩1，在真空罩中阴极2和阳极3通过多个绝缘元件绝缘地被布置。出于清晰性的原因仅仅示出用于阴极2的两个绝缘元件4。
在施加阴极电压UC（高压）的情况下阴极2以公知方式发射电子作为电子束5击中阳极3，在阳极上存在阳极电压UA。在阳极3的材料中，电子束5的电子在焦斑处产生X射线辐射6。所述X射线辐射6作为X射线有用辐射从X射线辐射出射窗口7离开真空罩。
阴极2包括焦头8，其上通过绝缘元件4布置有多个偏转电极9。出于清晰性原因同样仅仅示出两个偏转电极9。在偏转电极上施加有偏转电压UD。通过对阴极电压UC加载偏转电压±UD可以有针对性地影响电子束5。
在图2示出的X射线管同样包括真空罩1，在真空罩中阴极2和阳极3通过分别至少一个绝缘元件绝缘地布置，其中又仅仅示出用于阴极2的两个绝缘元件4。
在施加阴极电压UC（高压）的情况下阴极2以公知方式发射电子作为电子束5击中阳极3，在阳极上存在阳极电压UA。在阳极3的材料中，电子束5的电子在焦斑处产生X射线辐射6。所述X射线辐射6作为X射线有用辐射从X射线辐射出射窗口7离开真空罩。
阴极2包括焦头8，其上通过绝缘元件4布置有多个偏转电极9。出于清晰性原因又仅仅示出两个偏转电极9。在偏转电极上施加有偏转电压UD。通过对阴极电压UC加载偏转电压±UD可以有针对性地影响电子束5。
在技术上无法避免的电压击穿和电压穿透（额定电压的公差范围被超过）的情况下，出现一个电势降，其在所描述的示例中涉及阴极2。所述瞬变地、也就是随机地和因此在时间上无法预测地出现的电压击穿或电压穿透也被标识为“飞弧”。
时间分辨地通过上述的电势降使至少一个偏转电极9的电势UD和/或焦头8的电势UK降低。其它的绝缘地布置的偏转电极9保持短时间内为全电势UC，其中可能情况下在该偏转电极9上额外还加载偏转电压UD。
因为不直接于阴极2处生成高压，所以耗费一定时间直至焦头8连同偏转电极9适配到相同的电势上。在此期间，几乎全部电压降落在偏转电极9的绝缘元件4上。在这里可以在飞弧之后短时内出现其它放电，这可能导致偏转电极9的敏感绝缘元件4的加速毁坏。因为富含能量的放电，这除了导致绝缘元件4上的放电痕迹之外还导致绝缘元件4上的材料裂隙，其对于真空罩1之中的真空极为不利且随之对于X射线管的运行不利。
为了在图1示出的根据现有技术的X射线管中在整个运行期间可靠地保护阴极3和尤其是焦头8以免遭受过电压的损害，根据本发明设置带有绝缘路径的电压放电器装置。所述绝缘路径具有如此地高于绝缘元件4处场强的场强，使得在出现电压击穿的情况下通过电压放电器装置进行电压放电。
在图2中示出根据本发明的X射线管的实施方式，其中在真空罩之内布置有电压放电器装置。
在图2示出的实施方式中，电压放电器装置包括至少一个第一保护电极10和至少一个第二保护电极11，其中所述第一保护电极10与第二保护电极11分别具有规定的距离s。该距离定义了电压放电器装置的绝缘路径。出于清晰性的原因分别仅仅示出两个第一和第二保护电极10和11。
保护电极10和11的数量和形式可以以简易方式适配于各自实际结构情况以及各自应用情况。
在图2示出的实施例中将第一保护电极10布置于焦头8处而将第二保护电极11布置于偏转电极9处。随之可靠地保护绝缘元件4以免遭受过电压和由其导致的后续损坏（例如材料裂隙、破坏）的损害。
在图3中示出的实施例中，电压放电器装置包括第一保护电极10，其作为指状电极（Fingerelektrode）被构造并且布置在焦头8处。第二保护电极11由偏转电极9构成。
指状电极10（第一保护电极）的头部具有半径r（“头部半径”）且相距偏转电极9距离为s（亦被标识为“击穿距离”）。通过半径r和距离s（电压放电器装置的绝缘路径）的选择可以以简易方式为正常运行来调节场强。通过“球-板”布置获得轻微不均匀电场，以此可靠地避免了预放电。
如同从图3所示的构造中一目了然可见，可以通过对焦头8的实际几何外形的细微干涉以真空-绝缘路径的形式组建电压放电器装置。通过该措施，也就是说将第一保护电极作为指状电极10实施于焦头8和偏转电极9之间，可以保护绝缘地悬挂于阴极2或阳极3处的功能部件以免遭受瞬变的电势位移的损害。
因为焦头8的引线通常由钼棒实现，所以可以在彼此具有定义好的距离的位置上装上这些（钼棒），从而这些钼棒可以承担放电间隙的功能。然而对此的前提条件是，存在足够的机械稳定性和相对于放电的耐破坏性。
图4示出对于三种不同的在偏转电极9和第一保护电极10之间的距离s，随着第一保护电极10的半径r变化的场强变化曲线图。
在这里纵轴上标示出现的场强Emax，其基于各自的理想化的均匀场强Ehom而标准化（无量纲参数）。
在横轴上以毫米（mm）标示第一保护电极10的头部半径r。
在这里出现的场强Emax基于各自理想化的均匀场强Ehom而标准化（无量纲参数）。所述均匀场强Ehom是对于理想化平板电容器通过各自的平板间距s（“击穿距离”）来定义的。第一保护电极10的头部半径r决定各自的百分比的场增强。
对于电压放电器装置的设计重要的是，电场不具有强烈的不均匀性，而是仅仅微弱不均匀。第一保护电极10的过小的头部半径r会导致不希望的在正常运行中的冷辐射（Kaltemission）和预放电。只有在在焦头8处出现过电压的情况下才会在该位置出现飞弧（例如在阳极3和阴极2之间的飞弧）。

Claims (13)

1.一种带有真空罩(1)的X射线管，在所述真空罩中至少一个阴极(2)和一个阳极(3)分别通过至少一个绝缘元件(4)被绝缘地布置，其中所述阴极(2)在施加高压(UC)的情况下发射电子作为电子束击中阳极，其特征在于带有绝缘路径的电压放电器装置(10，11)，所述绝缘路径具有如此高于在所述绝缘元件(4)处场强的场强，使得在出现电压击穿的情况下通过所述电压放电器装置(10，11)进行电压放电。
2.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电压放电器装置(10，11)被布置在所述阴极(2)的焦头(8)处，并且所述阴极(2)具有至少一个偏转电极(9)。
3.根据权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电压放电器装置(10，11)包括至少一个第一保护电极(10)和至少一个第二保护电极(11)，二者相互之间具有规定的距离(s)。
4.根据权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第一保护电极(10)被布置于焦头(8)上，并且所述至少一个第二保护电极(11)被布置于至少一个偏转电极(9)上。
5.根据上述权利要求4所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第一保护电极(10)由焦头(8)构成。
6.根据上述权利要求4或5所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第二保护电极(11)由偏转电极(9)构成。
7.根据上述权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第一保护电极(10)具有球状轮廓。
8.根据上述权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第二保护电极(11)具有球状轮廓。
9.根据上述权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第一保护电极(10)具有板状轮廓。
10.根据上述权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述至少一个第二保护电极(11)具有板状轮廓。
11.根据上述权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电压放电器装置(10，11)被布置在阴极(2)和真空罩(1)之间。
12.根据上述权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电压放电器装置(10，11)被布置在阳极(3)和真空罩(1)之间。
13.根据上述权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电压放电器装置(10，11)被布置在阴极(2)和阳极(3)之间。
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