DE10021716B4

DE10021716B4 - Rotary piston tube

Info

Publication number: DE10021716B4
Application number: DE2000121716
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Schmidt; Herbert Volkert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-05-05
Also published as: DE10021716A1

Abstract

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, welcher mit einer röntgenemissiven Schicht (31, 31') versehen ist.Rotary tube (DR) with a vacuum housing (1) having a cathode (6) and an anode (7, 7 '), wherein the anode (7, 7 ') comprises a ceramic base body (29, 29'), which with a radiopaque Layer (31, 31 ') is provided.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenröhre mit einem eine Kathode und eine Anode aufweisenden Vakuumgehäuse.The The invention relates to a rotary tube with a cathode and an anode having vacuum housing.

Eine Drehkolbenröhre, wie sie beispielsweise in der DE 197 41 750 A1 offenbart ist, 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 thermische Belastbarkeit des Brennfleckes ist somit wesentlich höher als bei einer Röntgenröhre mit einer gegenüber dem Elektronenstrahl ruhenden Anode.A rotary tube, as used for example in the DE 197 41 750 A1 is characterized in that it is rotated in operation by a suitable drive system, usually by an electric motor, about an axis. Since the anode is firmly connected to the vacuum housing or constitutes a part of the vacuum housing and the electron beam emanating from the cathode, which is also fixedly connected to the vacuum housing, deflected by a suitable deflection system which is stationary relative to the rotary piston, deflecting the anode on an incident surface a stationary focal spot is created, more and more cold or cooled areas of the anode are hit by the electron beam. The thermal load capacity of the focal spot is thus much higher than in an X-ray tube with an anode resting against the electron beam.

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 röntgenemissiven Schicht, die im Wesentlichen Wolfram und Rhenium enthält, versehen.A Anode of a rotary piston tube described initially has a refractory metallic target, which preferably with low levels of tungsten and zirconium alloyed molybdenum. The target is having a radiopaque Layer containing essentially tungsten and rhenium provided.

Nachteilig an einer derartig ausgebildeten Anode ist deren relativ hohe Masse, weshalb verhältnismäßig viel Energie für die Rotation der Drehkolbenröhre benötigt wird.adversely at such an anode formed is their relatively high mass, which is why a lot Energy for the rotation of the rotary tube needed becomes.

Um die Masse einer Drehanode zu verringern, ist beispielsweise in der DE 692 09 139 T2 eine Drehanode beschrieben, die eine Graphit-Schichtplatte aufweist, auf der eine Zwischen schicht aufgebracht ist, die wiederum mit einer röntgenemissiven Schicht versehen ist.To reduce the mass of a rotary anode, for example, in the DE 692 09 139 T2 describes a rotary anode having a graphite laminated plate on which an intermediate layer is applied, which in turn is provided with a radiopaque layer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenröhre der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Energieaufwand für die Rotation der Drehkolbenröhre reduziert ist.Of the Invention is therefore based on the object, a rotary piston tube of initially mentioned type such that the energy required for the rotation the rotary tube is reduced.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Drehkolbenröhre mit einem eine Kathode und eine Anode aufweisenden Vakuumgehäuse gelöst, wobei die Anode einen keramischen Grundkörper, der zumindest indirekt mit einer röntgenemissiven 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 Drehkolbenröhre schneller als eine konventionelle Drehkolbenröhre beschleunigt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Drehkolbenröhren mit höheren Drehzahlen als eine herkömmliche Drehkolbenröhre betrieben werden, was sich positiv auf die Kühlung der Anode auswirkt.To The invention is achieved by a rotary tube with this task solved a cathode and an anode having vacuum housing, wherein the anode is a ceramic body, at least indirectly with a radiopaque Layer is provided. Due to the training of the main body Ceramic is the mass of the anode and thus the mass of the rotary tube compared to a Conventionally trained rotary piston tube reduced. Consequently, it is less energy needed, about a provided with such an anode formed rotary piston tube in rotation to move and hold. At the same speed also the drive system for one Rotary tube of the invention less strong as the drive system for one conventional rotary tube claimed. Furthermore can the rotary piston tube according to the invention faster be accelerated as a conventional rotary tube. Further can the rotary piston tubes according to the invention with higher Speeds as a conventional one Rotary piston tube be operated, which has a positive effect on the cooling of the anode.

Aus US-PS 5 031 201 ist im übrigen eine Anode bekannt, welche einen mit einem röntgenemissiven Material beschichteten keramischen Grundkörper aufweist.Out U.S. Patent No. 5,031,201 Otherwise, an anode is known which has a ceramic body coated with an X-ray-emitting material.

Varianten der Erfindung sehen vor, dass die Anode wärmeleitend 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 Drehkolbenröhre erreicht werden.variants The invention provide that the anode is thermally conductively connected to the vacuum housing or that the anode forms part of the vacuum housing. If after one Another variant of the invention, the vacuum housing or the anode with a cooling medium can be acted upon, can advantageously a good cooling of Anode in the operation of the rotary tube be achieved.

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 verbunden ist. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Schicht des röntgenemissiven Materials auch direkt auf den Grundkörper aufgebracht sein. Dabei bietet die Aufbringung der Schicht direkt auf den Grundkörper gegenüber der Aufbringung auf ein zusätzliches Target den Vorteil einer nochmals reduzierten Masse der Anode und somit der erfindungsgemäßen Drehkolbenröhre.To an embodiment the invention is between the layer of the radiopaque material and of the ceramic base body the anode provided a target of a refractory material, on the one hand the radiopaque layer wears and on the other hand firmly with the main body connected is. According to another embodiment of the invention the layer of the radiopaque Material also be applied directly to the body. there provides the application of the layer directly to the base body opposite the Application to an additional Target the advantage of a further reduced mass of the anode and thus the rotary piston tube according to the invention.

Nach einer Variante der Erfindung weist die röntgenemissive Schicht Wolfram auf.To In a variant of the invention, the X-ray-emitting layer comprises tungsten on.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den beigelegten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:embodiments The invention will be described in the attached schematic drawings shown. Show it:

1 einen Aufbau einer Drehkolbenröhre, wobei die Anode einen Teil des Vakuumgehäuses bildet, 1 a structure of a rotary tube, wherein the anode forms a part of the vacuum housing,

2 eine Anode, bei der die röntgenemissive Schicht direkt auf den Grundkörper aufgebracht ist. 2 An anode where the X-ray emission layer is applied directly to the body.

Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Drehkolbenröhre DR weist ein im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildetes 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 Ausführungsbeispiels in Wälzlagern 3 und 4 gelagert ist, drehfest verbunden ist. Die Wälzlager 3 und 4 sind in einem die Drehkolbenröhre DR umgebenden, in 1 nicht dargestellten Schutzgehäuse aufgenommen. An dem freien Ende der Welle 2 ist ein schematisch angedeuteter Elektromotor 5 angebracht. Mittels des Elektromotors 5 kann die Drehkolbenröhre DR um eine Drehachse D, die der Längsachse L der Welle 2 entspricht, rotiert werden.In the 1 shown rotary piston tube DR according to the invention has a substantially rotationally symmetrical trained vacuum housing 1 on, at its one end with a longitudinal axis L comprehensive, formed of a metallic material shaft 2 in the case of the present embodiment in rolling bearings 3 and 4 is stored rotatably connected. The rolling bearings 3 and 4 are in a surrounding the rotary tube DR, in 1 Not shown protective housing added. At the free end of the shaft 2 is a schematically indicated electric motor 5 appropriate. By means of the electric motor 5 can the rotary tube DR about a rotation axis D, that of the longitudinal axis L of the shaft 2 corresponds to be rotated.

In dem Vakuumgehäuse 1 ist eine Kathode 6, die fest mit dem Vakuumgehäuse 1 verbunden ist, angeordnet. Eine kegelstumpf förmige Anode 7 bildet im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Teil des Vakuumgehäuses 1. Die Kathode 6 und die Anode 7 drehen sich im Betrieb der Drehkolbenröhre DR gemeinsam mit dem Vakuumgehäuse 1 um die Drehachse D. Die Drehachse D verläuft im gezeigten Beispiel durch die Kathode 6 und die Anode 7.In the vacuum housing 1 is a cathode 6 that stuck with the vacuum housing 1 is connected, arranged. A truncated cone shaped anode 7 forms in the case of the present embodiment, a part of the vacuum housing 1 , The cathode 6 and the anode 7 rotate during operation of the rotary piston DR together with the vacuum housing 1 about the axis of rotation D. The axis of rotation D extends in the example shown through the cathode 6 and the 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 ortsfest angebracht ist. Durch die Wirkung eines von den Elektromagneten 8 und 9, deren einem von der Kathode 6 ausgehenden Elektronenstrahl 10 zugewandte Pole von unterschiedlicher Polarität sind, erzeugten Magnetfeldes wird der Elektronenstrahl 10 so abgelenkt, dass er auf eine ringförmige Auftrefffläche 11 der Anode 7 in einem ortsfesten Brennfleck 12 auftrifft, von dem ein Röntgenbündel 13, das strichpunktiert gezeichnet ist, ausgeht.The rotary tube DR is a two electromagnets 8th and 9 associated with comprehensive deflection system, which outside the vacuum housing 1 between the cathode 6 and the anode 7 is fixed in place. By the action of one of the electromagnets 8th and 9 one of which is the cathode 6 outgoing electron beam 10 facing poles of different polarity are generated magnetic field becomes the electron beam 10 so distracted that he is on an annular impact surface 11 the anode 7 in a fixed focal spot 12 impinges, of which an X-ray beam 13 , which is drawn in dot-dash lines, goes out.

Die Kathode 6 ist mit einer Glühwendel 14 ausgestattet, welche die für die Elektronenemission erforderliche Temperatur erzeugt. Ferner umgibt die Kathode 6 eine Fokussierungselektrode 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 nahezu leistungslose Veränderung, Steuerung und ein Pulsen des Elektronenstrahles 10.The cathode 6 is with a filament 14 equipped, which generates the temperature required for the electron emission. Furthermore, the cathode surrounds 6 a focusing electrode 15 for the electron beam 10 , One between the cathode 6 and the anode 7 arranged, the electron beam 10 annular surrounding modulation electrode 16 When placed on suitable potential, allows a very fast and almost powerless change, control and pulsing of the electron beam 10 ,

Die Kathode 6, die Fokusierungselektrode 15 und die Modulationselektrode 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 Modulationselektrode 16 mit nicht dargestellten Schleifringen kontaktiert werden können. Die Glühwendel 14 ist ebenfalls mit Kontaktteilen 20 und 21 verbunden, die auch mit nicht dargestellten Schleifringen kontaktiert werden können.The cathode 6 , the focusing electrode 15 and the modulation electrode 16 have annular flanges 17 . 18 and 19 on that through the vacuum housing 1 step outside, leaving the cathode 6 , the focusing electrode 15 and the modulation electrode 16 can be contacted with slip rings, not shown. The filament 14 is also with contact parts 20 and 21 connected, which can also be contacted with slip rings, not shown.

Das Vakuumgehäuse 1 weist im Bereich des kathodenseitigen Endes einen Gehäuseabschnitt auf, der eine Anzahl hohlzylindrischer, 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 Wandabschnitten 22 und 23 und der Flansch 18 der Fokusierungselektrode 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 Wandabschnitt 25 hat einen kleineren Durchmesser als die Wandabschnitte 22 bis 24. In einer Bohrung des ringförmigen Kontaktteils 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.The vacuum housing 1 has in the region of the cathode-side end on a housing portion having a number of hollow cylindrical, same radii exhibiting and of insulating material, eg glass, existing wall sections 22 to 24 includes. This housing section is designed such that the flange 19 the modulation electrode 16 between the wall sections 22 and 23 and the flange 18 the focusing electrode 15 between the wall sections 23 and 24 step outside. The flange 17 the cathode 6 lies on the wall section 24 on. Within the flange 17 is another wall section 25 on, with its inner wall, the annular contact part 20 connected is. This wall section 25 has a smaller diameter than the wall sections 22 to 24 , In a bore of the annular contact part 20 is a wall section 26 used, the cup-shaped contact part in a bore 21 receives. The flanges 17 to 19 and the contact parts 20 and 21 are with their respective adjacent wall sections 22 to 26 connected vacuum-tight.

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.The vacuum housing 1 has in the region of the anode-side end a substantially frusto-conical housing portion 27 on. The housing section 27 is with the wall section 22 connected vacuum-tight. The x-ray beam 13 passes through a beam exit window 28 of the housing section 27 , which is vacuum tight with the housing section 27 connected, out. The anode 7 closes the vacuum housing 1 from. It is vacuum-tight with the housing section 27 connected.

Erfindungsgemäß weist die Anode 7 einen keramischen Grundkörper 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 röntgenemissiven 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 vorliegenden 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.According to the invention, the anode 7 a ceramic base body 29 on, on which a target 30 which has a refractory material comprising mainly molybdenum and tungsten in the case of the present embodiment, is applied by soldering. The target 30 is with a radiopaque layer 31 provided, which the already mentioned impact surface 11 for the operation of the rotary piston DR of the cathode 6 outgoing electron beam 10 having. The radiopaque layer 31 contains in the case of the present embodiment, essentially tungsten and rhenium and is by a suitable method, for example a PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) method, on the target 30 applied. The thickness of this X-ray-emitting layer 31 is at least equal to the penetration depth of the X-ray generation on the anode 7 incident electrons, ie in the micron range, while the target 30 has a thickness at least in the mm range. The wave 2 the rotary piston tube DR is fixed to the anode 7 and electrically conductive with the target 30 connected, whereby a derivative of the tube current over the shaft 2 is guaranteed.

Zur besseren Kühlung der Anode 7 im Betrieb der Drehkolbenröhre DR kann die Anode 7 direkt mit einem Kühlmedium, das beispielsweise mittels Düsen 32 auf die Anode 7 gespritzt wird, beaufschlagt werden.For better cooling of the anode 7 during operation of the rotary piston tube DR, the anode 7 directly with a cooling medium, for example by means of nozzles 32 on the anode 7 is sprayed.

In 2 ist eine andere Ausführungsform einer Anode 7' gezeigt, welche alternativ zu der Anode 7 in der erfindungsgemäßen 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 elektrisch leitend mit der röntgenemissiven Schicht 31' verbunden, womit ein Ableiten des Röhrenstromes über die Welle 2' gewährleistet ist.In 2 is another embodiment of an anode 7 ' shown which alternative to the anode 7 can be used in the rotary piston tube DR according to the invention. The anode 7 ' comprises a ceramic base body 29 ' on which a radiopaque layer 31 ' , which is an impact surface 11 ' has, for example, by a PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) method, directly applied. This has an additional reduction in the mass of the anode 7 ' and thus the rotary piston tube DR and thus has a positive effect on the stress of the drive system and the acceleration of the rotary piston tube DR. The wave 2 ' the rotary piston tube DR is fixed to the anode 7 ' and electrically conductive with the radiopaque layer 31 ' connected, whereby a derivative of the tube current over the shaft 2 ' is guaranteed.

Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Anode 7 bzw. die Anode 7' auch innerhalb des Vakuumgehäuses 1 angeordnet und wärmeleitend mit dem Vakuumgehäuse 1 verbunden werden. In diesem Fall kann zur Kühlung der Anode 7 bzw. 7' das Vakuumgehäuse 1 mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden.Unlike the in 1 illustrated embodiment, the anode 7 or the anode 7 ' also inside the vacuum housing 1 arranged and thermally conductive with the vacuum housing 1 get connected. In this case can be used to cool the anode 7 respectively. 7 ' the vacuum housing 1 be acted upon with a cooling medium.

Die Ausführungsbeispiele sind im übrigen nur exemplarisch zu verstehen.The embodiments are otherwise only to understand by way of example.

Claims

Rotary tube (DR) with a cathode ( 6 ) and an anode ( 7 . 7 ' ) having vacuum housing ( 1 ), wherein the anode ( 7 . 7 ' ) a ceramic base body ( 29 . 29 ' ) which is coated with a radiopaque layer ( 31 . 31 ' ) is provided.

Rotary tube (DR) according to claim 1, in which the anode ( 7 . 7 ' ) thermally conductive with the vacuum housing ( 1 ) connected is.

Rotary tube (DR) according to claim 1, in which the anode ( 7 . 7 ' ) a part of the vacuum housing ( 1 ).

Rotary tube (DR) according to one of claims 1 to 3, wherein the vacuum housing ( 1 ) can be acted upon directly with a cooling medium.

Rotary tube (DR) according to one of claims 1 to 4, in which a target ( 30 ) on the ceramic base body ( 29 ), which covers the X-ray-emitting layer ( 31 ) wearing.

Rotary tube (DR) according to one of claims 1 to 4, in which the X-ray-emitting layer ( 31 ' ) directly on the ceramic base body ( 29 ' ) is applied.

Rotary tube (DR) according to one of claims 1 to 6, in which the X-ray-emitting layer ( 31 . 31 ' ) Has tungsten.