DE10021716A1 - Drehkolbenröhre - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenröhre (DR), die eine fest mit dem Vakuumgehäuse (1) verbundene Kathode (6) und Anode (7, 7') aufweist. Die Anode (7, 7') weist einen keramischen Grundkörper (29, 29') auf, wobei die röntgenemissive Schicht (31, 31') entweder direkt auf den keramischen Grundkörper (29') oder auf ein Target (30), das sich zwischen der röntgenemissiven Schicht (31) und dem keramischen Grundkörper (29) befindet, aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenröhre mit einem eine Kathode und eine Anode aufweisenden Vakuumgehäuse.

Eine Drehkolbenröhre zeichnet sich dadurch aus, dass sie im Betrieb durch ein geeignetes Antriebssystem, in der Regel durch einen Elektromotor, um eine Achse gedreht wird. Da die Anode fest mit dem Vakuumgehäuse verbunden ist oder einen Teil des Vakuumgehäuses darstellt und der von der ebenfalls fest mit dem Vakuumgehäuse verbundenen Kathode im Betrieb ausgehende Elektronenstrahl durch ein geeignetes, relativ zu der Drehkolbenröhre ortsfestes Ablenksystem derart abgelenkt wirkt, dass auf einer Auftrefffläche der Anode ein ortsfester Brennfleck entsteht, werden immer neue kalte bzw. abgekühlte Stellen der Anode vom Elektronenstrahl getroffen. Die ther­ mische Belastbarkeit des Brennfleckes ist somit wesentlich höher als bei einer Röntgenröhre mit einer gegenüber dem Elektronenstrahl ruhenden Anode.

Eine Anode einer eingangs beschriebenen Drehkolbenröhre weist in der Regel ein hochschmelzendes metallisches Target auf, welches vorzugsweise mit geringen Mengen Wolfram und Zirkon legiertes Molybdän umfasst. Das Target ist mit einer rönt­ genemissiven Schicht, die im wesentlichen Wolfram und Rhenium enthält, versehen.

Nachteilig an einer derartig ausgebildeten Anode ist deren relativ hohe Masse, weshalb verhältnismäßig viel Energie für die Rotation der Drehkolbenröhre benötigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dreh­ kolbenröhre der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Energieaufwand für die Rotation der Drehkolbenröhre reduziert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Drehkolben­ röhre mit einem eine Kathode und eine Anode aufweisenden Vakuumgehäuse gelöst, wobei die Anode einen keramischen Grundkörper, der zumindest indirekt mit einer röntgenemissi­ ven Schicht versehen ist, umfasst. Durch die Ausbildung des Grundkörpers aus Keramik wird die Masse der Anode und somit die Masse der Drehkolbenröhre gegenüber einer konventionell ausgebildeten Drehkolbenröhre reduziert. Folglich ist weniger Energie nötig, um eine mit einer derartig ausgebildeten Anode versehene Drehkolbenröhre in Rotation zu versetzen und zu halten. Bei gleicher Drehzahl wird auch das Antriebssystem für eine erfindungsgemäße Drehkolbenröhre weniger stark als das Antriebssystem für eine konventionelle Drehkolbenröhre beansprucht. Außerdem kann die erfindungsgemäße Drehkolben­ röhre schneller als eine konventionelle Drehkolbenröhre be­ schleunigt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Drehkol­ benröhren mit höheren Drehzahlen als eine herkömmliche Dreh­ kolbenröhre betrieben werden, was sich positiv auf die Küh­ lung der Anode auswirkt.

Aus US-PS 5 031 201 ist im übrigen eine Anode bekannt, welche einen mit einem röntgenemissiven Material beschichteten kera­ mischen Grundkörper aufweist.

Varianten der Erfindung sehen vor, dass die Anode wärmelei­ tend mit dem Vakuumgehäuse verbunden ist oder dass die Anode einen Teil des Vakuumgehäuses bildet. Wenn nach einer andern Variante der Erfindung das Vakuumgehäuse bzw. die Anode mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist, kann in vorteilhafter Weise eine gute Kühlung der Anode im Betrieb der Drehkolben­ röhre erreicht werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Schicht des röntgenemissiven Materials und des keramischen Grundkörpers der Anode ein Target aus einem hochschmelzenden Material vorgesehen, das einerseits die röntgenemissive Schicht trägt und andererseits fest mit dem Grundkörper ver­ bunden ist. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Schicht des röntgenemissiven Materials auch direkt auf den Grundkörper aufgebracht sein. Dabei bietet die Auf­ bringung der Schicht direkt auf den Grundkörper gegenüber der Aufbringung auf ein zusätzliches Target den Vorteil einer nochmals reduzierten Masse der Anode und somit der erfin­ dungsgemäßen Drehkolbenröhre.

Nach einer Variante der Erfindung weist die röntgenemissive Schicht Wolfram auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den beigelegten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufbau einer Drehkolbenröhre, wobei die Anode einen Teil des Vakuumgehäuses bildet,

Fig. 2 eine Anode, bei der die röntgenemissive Schicht direkt auf den Grundkörper aufgebracht ist.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Drehkolbenröhre DR weist ein im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebil­ detes Vakuumgehäuse 1 auf, das an seinem einen Ende mit einer eine Längsachse L umfassende, aus einem metallischen Material ausgebildete Welle 2, die im Falle des vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiels in Wälzlagern 3 und 4 gelagert ist, drehfest verbunden ist. Die Wälzlager 3 und 4 sind in einem die Dreh­ kolbenröhre DR umgebenden, in Fig. 1 nicht dargestellten Schutzgehäuse aufgenommen. An dem freien Ende der Welle 2 ist ein schematisch angedeuteter Elektromotor 5 angebracht. Mit­ tels des Elektromotors 5 kann die Drehkolbenröhre DR um eine Drehachse D, die der Längsachse L der Welle 2 entspricht, ro­ tiert werden.

In dem Vakuumgehäuse 1 ist eine Kathode 6, die fest mit dem Vakuumgehäuse 1 verbunden ist, angeordnet. Eine kegelstumpfförmige Anode 7 bildet im Falle des vorliegenden Ausführungs­ beispiels einen Teil des Vakuumgehäuses 1. Die Kathode 6 und die Anode 7 drehen sich im Betrieb der Drehkolbenröhre DR ge­ meinsam mit dem Vakuumgehäuse 1 um die Drehachse D. Die Dreh­ achse D verläuft im gezeigten Beispiel durch die Kathode 6 und die Anode 7.

Der Drehkolbenröhre DR ist ein zwei Elektromagnete 8 und 9 umfassendes Ablenksystem zugeordnet, welches außerhalb des Vakuumgehäuses 1 zwischen der Kathode 6 und der Anode 7 orts­ fest angebracht ist. Durch die Wirkung eines von den Elektro­ magneten 8 und 9, deren einem von der Kathode 6 ausgehenden Elektronenstrahl 10 zugewandte Pole von unterschiedlicher Polarität sind, erzeugten Magnetfeldes wird der Elektro­ nenstrahl 10 so abgelenkt, dass er auf eine ringförmige Auf­ trefffläche 11 der Anode 7 in einem ortsfesten Brennfleck 12 auftrifft, von dem ein Röntgenbündel 13, das strichpunktiert gezeichnet ist, ausgeht.

Die Kathode 6 ist mit einer Glühwendel 14 ausgestattet, wel­ che die für die Elektronenemission erforderliche Temperatur erzeugt. Ferner umgibt die Kathode 6 eine Fokussierungs­ elektrode 15 für den Elektronenstrahl 10. Eine zwischen der Kathode 6 und der Anode 7 angeordnete, den Elektronenstrahl 10 ringförmig umgebende Modulationselektrode 16 erlaubt, wenn auf geeignetes Potential gelegt, eine sehr schnelle und nahe­ zu Leistungslose Veränderung, Steuerung und ein Pulsen des Elektronenstrahles 10.

Die Kathode 6, die Fokusierungselektrode 15 und die Modula­ tionselektrode 16 weisen ringförmige Flansche 17, 18 und 19 auf, die durch das Vakuumgehäuse 1 nach außen treten, so dass die Kathode 6, die Fokusierungselektrode 15 und die Modula­ tionselektrode 16 mit nicht dargestellten Schleifringen kon­ taktiert werden können. Die Glühwendel 14 ist ebenfalls mit Kontaktteilen 20 und 21 verbunden, die auch mit nicht darge­ stellten Schleifringen kontaktiert werden können.

Das Vakuumgehäuse 1 weist im Bereich des kathodenseitigen Endes einen Gehäuseabschnitt auf, der eine Anzahl hohlzylin­ drischer, gleiche Radien aufweisender und aus isolierendem Material, z. B. Glas, bestehender Wandabschnitte 22 bis 24 umfasst. Dieser Gehäuseabschnitt ist derart gestaltet, dass der Flansch 19 der Modulationselektrode 16 zwischen den Wand­ abschnitten 22 und 23 und der Flansch 18 der Fokusierungs­ elektrode 15 zwischen den Wandabschnitten 23 und 24 nach außen treten. Der Flansch 17 der Kathode 6 liegt auf dem Wandabschnitt 24 auf. Innerhalb des Flansches 17 liegt ein weiterer Wandabschnitt 25 auf, mit dessen innerer Wandung das ringförmige Kontaktteil 20 verbunden ist. Dieser Wandab­ schnitt 25 hat einen kleineren Durchmesser als die Wandab­ schnitte 22 bis 24. In einer Bohrung des ringförmigen Kon­ taktteils 20 ist ein Wandabschnitt 26 eingesetzt, der in einer Bohrung das napfförmige Kontaktteil 21 aufnimmt. Die Flansche 17 bis 19 und die Kontaktteile 20 und 21 sind mit den ihnen jeweils benachbarten Wandabschnitten 22 bis 26 vakuumdicht verbunden.

Das Vakuumgehäuse 1 weist im Bereich des anodenseitigen Endes einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Gehäuseabschnitt 27 auf. Der Gehäuseabschnitt 27 ist mit dem Wandabschnitt 22 vakuumdicht verbunden. Das Röntgenbündel 13 tritt durch ein Strahlenaustrittsfenster 28 des Gehäuseabschnittes 27, das vakuumdicht mit dem Gehäuseabschnitt 27 verbunden ist, aus. Die Anode 7 schließt das Vakuumgehäuse 1 ab. Sie ist vakuumdicht mit dem Gehäuseabschnitt 27 verbunden.

Erfindungsgemäß weist die Anode 7 einen keramischen Grund­ körper 29 auf, auf den ein Target 30, das ein im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels hauptsächlich Molybdän und Wolfram umfassendes hochschmelzendes Material aufweist, durch Löten aufgebracht ist. Das Target 30 ist mit einer röntgen­ emissiven Schicht 31 versehen, welche die bereits erwähnte Auftrefffläche 11 für den im Betrieb der Drehkolbenröhre DR von der Kathode 6 ausgehenden Elektronenstrahl 10 aufweist. Die röntgenemissive Schicht 31 enthält im Falle des vorlie­ genden Ausführungsbeispieles im wesentlichen Wolfram und Rhenium und ist durch ein geeignetes Verfahren, beispielweise ein PVD (Physical Vapor Deposition) oder CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, auf das Target 30 aufgebracht. Die Dicke dieser röntgenemissiven Schicht 31 ist wenigstens gleich der Eindringtiefe der zur Röntgenerzeugung auf die Anode 7 auftreffenden Elektronen, also im µm Bereich, während das Target 30 eine Dicke wenigstens im mm-Bereich aufweist. Die Welle 2 der Drehkolbenröhre DR ist fest mit der Anode 7 und elektrisch leitend mit dem Target 30 verbunden, womit ein Ableiten des Röhrenstromes über die Welle 2 gewährleistet ist.

Zur besseren Kühlung der Anode 7 im Betrieb der Drehkolben­ röhre DR kann die Anode 7 direkt mit einem Kühlmedium, das beispielsweise mittels Düsen 32 auf die Anode 7 gespritzt wird, beaufschlagt werden.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer Anode 7' ge­ zeigt, welche alternativ zu der Anode 7 in der erfindungs­ gemäßen Drehkolbenröhre DR eingesetzt werden kann. Die Anode 7' umfasst einen keramischen Grundkörper 29', auf dem eine röntgenemissive Schicht 31', welche eine Auftrefffläche 11' aufweist, z. B. durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) oder CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, direkt aufgetragen ist. Dies hat eine zusätzliche Reduzierung der Masse der Anode 7' und somit der Drehkolbenröhre DR zur Folge und wirkt sich somit positiv auf die Beanspruchung des Antriebssystems und der Beschleunigung der Drehkolbenröhre DR aus. Die Welle 2' der Drehkolbenröhre DR ist fest mit der Anode 7' und elek­ trisch leitend mit der röntgenemissiven Schicht 31' verbun­ den, womit ein Ableiten des Röhrenstromes über die Welle 2' gewährleistet ist.

Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel kann die Anode 7 bzw. die Anode 7' auch innerhalb des Vakuumgehäuses 1 angeordnet und wärmeleitend mit dem Vakuum­ gehäuse 1 verbunden werden. In diesem Fall kann zur Kühlung der Anode 7 bzw. 7' das Vakuumgehäuse 1 mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden.

Die Ausführungsbeispiele sind im übrigen nur exemplarisch zu verstehen.

Claims (7)

1. Drehkolbenröhre (DR) mit einem eine Kathode (6) und eine Anode (7, 7') aufweisenden Vakuumgehäuse (1), wobei die Anode (7, 7') einen keramischen Grundkörper (29, 29') umfasst, wel­ cher mit einer röntgenemissiven Schicht (31, 31') versehen ist.

2. Drehkolbenröhre (DR) nach Anspruch 1, bei welcher die Anode (7, 7') wärmeleitend mit dem Vakuumgehäuse (1) verbunden ist.

3. Drehkolbenröhre (DR) nach Anspruch 1, bei welcher die Anode (7, 7') einen Teil des Vakuumgehäuse (1) bildet.

4. Drehkolbenröhre (DR) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Vakuumgehäuse (1) direkt mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist.

5. Drehkolbenröhre (DR) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher ein Target (30) auf den keramischen Grundkörper (29) aufgebracht ist, welches die röntgenemissive Schicht (31) trägt.

6. Drehkolbenröhre (DR) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die röntgenemissive Schicht (31') unmittelbar auf den keramischen Grundkörper (29') aufgebracht ist.

7. Drehkolbenröhre (DR) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die röntgenemissive Schicht (31, 31) Wolfram auf­ weist.