DE10020266A1 - Thermionischer Flachemitter - Google Patents

Abstract

Es wird ein thermionischer Flachemitter vorgestellt, dessen Emissionsfläche durch im wesentlichen spiral- oder mäanderförmig verlaufende Leiterbahnen (15) gebildet ist, welche von Stromführungen bildenden Emitterbeinen (9) getragen werden. Um insbesondere ein Aufschmelzen und "Durchbrennen" der Leiterbahnen des Emitters zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Emissionsfläche im Fokusbereich mit einer Öffnung (16) zu versehen, durch die die Ionen hindurchtreten können.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermionischen Flachemitter, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Thermionische Flachemitter der vorgenannten Gattung, wie sie beispielsweise in der DE 199 19 620 beschrieben sind, werden in Röntgenröhren, insbesondere in Drehkolbenröntgenröhren eingesetzt. Der die Emissionsfläche bildende Teil des Emit­ ters ist scheibenförmig ausgebildet und besteht aus einem dünnen, geschlitzten Wolframblech von etwa 100 bis 200 µm Dicke.

Bei Betrieb der Röntgenröhre werden infolge der Spannungsdif­ ferenz zwischen Kathode und Anode aus dem Wolframblech des Emitters Elektronen emittiert. Durch die Wechselwirkung der fokussierten Elektronen mit der Wolfram-Anode kommt es in der Röntgenröhre zu einer starken lokalen Temperaturerhöhung bis hin zu einem Aufschmelzen des Wolframs an der Anode. Die Tem­ peraturerhöhung an der Anode führt dazu, dass aus der Anode und deren Umgebung Gase freigesetzt werden, die zu einem Druckanstieg in der Röhre führen. Darüber hinaus wird durch den Aufschmelzprozess auch Wolframdampf erzeugt.

In der Praxis hat es sich gezeigt, dass trotz verschiedener Maßnahmen, wie das Entgasen der Röhre bei deren Herstellung und die Verwendung von Gettermaterialien zur Adsorbtion der Gase, weder ein Freisetzen der Gase noch ein Abdampfen von Wolfram vom Anodenteller verhindert werden kann.

Es wurde herausgefunden, dass, wenn sich Gas- oder Dampfmole­ küle im Bereich großer Feldstärken zwischen Kathode und Anode befinden, diese dann zum Teil ionisiert und in Richtung Kathode beschleunigt werden. Durch den Verlauf der Feldlinien tritt ein Fokussierungseffekt auf; der Ionenstrahl trifft konzentriert auf den Emitter auf und erhitzt dort das Wolf­ ramblech lokal sehr stark. Durch diesen zusätzlichen Energie­ eintrag steigt auch der Röhrenstrom deutlich an. Bei längerer Betriebs- und damit Einwirkungszeit kann es sogar zu einem teilweisen Aufschmelzen mit anschließendem 'Durchbrennen' des Emitters kommen.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Auf­ gabe zugrunde, einen Flachemitter der eingangs genannten Gat­ tung anzugeben, mit dem die vorgenannten Nachteile, insbeson­ dere ein Aufschmelzen und 'Durchbrennen' des Emitters, ver­ mieden werden können.

Dadurch, dass in der Mitte des Emitters eine Öffnung vorhan­ den ist, kann das Wolframblech nicht mehr so stark aufgeheizt werden. Die Ionen fliegen an dieser Stelle durch die Öffnung hindurch in Richtung Emitterbeine bzw. des Sockels, an dem die Emitterbeine befestigt sind. An beiden Stellen kann die dabei entstehende Wärme problemlos abgeleitet werden.

Die durch den Öffnungsquerschnitt fehlende Emissionsfläche in der Mitte des Emitters wird einerseits durch Elektronen, die von der Rückseite des Emitters durch die Öffnung hindurch in Richtung zur Anode hin beschleunigt werden, kompensiert. An­ dererseits kann das elektromagnetische System, mit dem das Quadrupolfeld erzeugt und bei einem Drehkolbenstrahler der Elektronenstrahl fokussiert und ablenkt wird, so eingestellt werden, dass Elektronen, die von äußeren Emitterbahnen ab­ gehen, in der Mitte des Brennfleckes abgebildet werden.

Vorteilhaft ist es, wenn unterhalb der Öffnung ein Körper mit vergleichsweise großer Masse und hohem Schmelzpunkt angeord­ net ist, der die Wärmeenergie durch den Ionenaufprall auf­ nimmt. So kann beispielsweise unterhalb der Öffnung eine an den Emitterbeinen befestigte Scheibe aus Keramik, Tantal, Molybdän oder Wolfram angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Sockel, in welchem die Stützelemente zur Befestigung der Emitterbeine eingebettet sind, den Körper bil­ det. Der Sockel, der an sich wärmeleitend mit dem (gekühlten) Röhrengehäuse verbunden ist, besteht vorteilhafterweise aus Keramik.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung einer Röntgenröhre mit dem erfin­ dungsgemäßen Emitter, in einem Längsschnitt,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Emitter und seine Halterung in einer Seitenansicht,

Fig. 3 den erfindungsgemäßen Emitter in einer Draufsicht, in stark vergrößerter Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung den Auf­ bau eines Röntgenstrahlers mit einer Drehkolbenröhre. Nachdem solche Röntgenstrahler an sich bekannt sind, werden im fol­ genden nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile bezeichnet und näher beschrieben.

In einem feststehenden Strahlergehäuse 1 ist eine Drehkolben­ röhre 2 mit einer Kathode 3 und einem Anodenteller 4 rotier­ bar gelagert. Die Drehkolbenröhre 2 wird mit Öl gekühlt, wozu im Gehäuse entsprechende Maßnahmen getroffen sind die jedoch hier nicht näher erläutert zu werden brauchen. Der Antrieb der Drehkolbenröhre 2 erfolgt mittels eines Motors S. der in einer separaten Gehäusekammmer untergebracht ist. Am Strah­ lergehäuse 1 ist im Bereich des Halsteils der Drehkolbenröhre 2 ein elektromagnetisches System 6 zur Erzeugung eines sog. Quadrupolfeldes angeordnet, mit dem der durch Pfeil angedeu­ tete Elektronenstrahl zwischen Kathode und Anodenteller fokussiert und abgelenkt werden kann.

Die Kathode 3 enthält einen Flachemitter 7 aus Wolfram oder einem anderen geeigneten Material. Der Aufbau und die Anord­ nung des Flachemitters wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Der Flachemitter 7 besteht aus einem runden Blechteil 8 von etwa 5 mm Durchmesser an dem diametral einander gegenüber zwei Emitterbeine 9 angeformt sind. Die beiden Emitterbeine 9 sind an Stützelementen 10 befestigt, die wiederum in einem Sockel 11 aus Keramik eingebettet sind. Die Verbindung mit dem Gehäuse 12 der Drehkolbenröhre 2 (Fig. 1) erfolgt über eine den Sockel 11 umgebende Hülse 13.

Das Blechteil 8 ist durch Schlitze 14 in spiralförmig verlau­ fende Leiterbahnen 15 unterteilt, die die Emissionsfläche bilden und durch die der Heizstrom vom einen Emitterbein kom­ mend über die Mitte zum anderen Emitterbein verlaufen kann.

Erfindungsgemäß ist das Blechteil 8 im Zentrum mit einer Öff­ nung 16 von etwa 0,5 bis 1,5 mm Durchmesser versehen. Die bei Röntgenbetrieb in der Drehkolbenröhre 2 entstehenden und in Richtung Kathode zum Emitter hin beschleunigten und wegen des Fokussierungseffekts auf das Zentrum des Emitters konzent­ rierten Ionen werden wegen des dort fehlenden Materials durch die Öffnung 16 fliegen und treffen zum Teil auf die Emitter­ beine 9 und die Stützelemente 10, zum Teil auf den unterhalb der Öffnung 16 befindlichen Keramiksockel 11. Nachdem Keramik einen sehr hohen Schmelzpunkt und der Sockel auch eine aus­ reichend große Masse hat, kann die dort entstehende Wärme keinen negativen Einfluß auf den Emitter ausüben. Die Wärme wird vielmehr letztlich über das ölgekühlte Gehäuse 12 der Drehkolbenröhre 2 abgeleitet.

Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen wird eine zu starke Er­ hitzung des Emitters vermieden und ein Aufschmelzen des Emit­ terbleches 8 verhindert.

Eine homogene Temperaturverteilung kann durch Veränderung der Abmessungen, insbesondere der Breite der Leiterbahnen 15 und der Emitterbeine 9 herbeigeführt werden.

Alternativ, oder auch additional zu der gezeigten Version kann unterhalb der Öffnung 16 ein vorzugsweise der äußeren Form des Emitters angepasstes Blech aus Wolfram oder einem anderen geeigneten Material angeordnet sein, welches die durch die Öffnung hindurchfliegenden Ionen auffängt. Ein sol­ ches Auffangblech sollte dann zweckmäßigerweise eine größere Masse haben als das Emitterblech 8 und wegen der Wärmeablei­ tung an den Emitterbeinen 9 befestigt sein.

Claims (5)

1. Thermionischer Flachemitter, dessen Emissionsfläche durch im wesentlichen spiral- oder mäanderförmig verlaufende Lei­ terbahnen (15) gebildet ist, die von Stromführungen bildenden Emitterbeinen (9) getragen werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Emissionsfläche im Fokus­ bereich eine Öffnung (16) für einen Ionendurchtritt aufweist.

2. Thermionischer Flachemitter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter­ halb der Öffnung (16) ein Körper (11) mit vergleichsweise großer Masse und hohem Schmelzpunkt angeordnet ist.

3. Thermionischer Flachemitter nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Körper als Scheibe ausgeführt ist, die an den Emitterbeinen (9) be­ festigt ist.

4. Thermionischer Flachemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterbeine (9) an Stützelementen (10) befestigt sind, die in einem Sockel (11) aus keramischem Material eingebettet sind.

5. Thermionischer Flachemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er in einer Drehkolbenröhre (2) eingebaut ist, die ein elektro­ magnetisches System (6) zur Erzeugung eines Quadrupolfeldes aufweist.