DE10036210A1 - Drehkolbenröhre - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ein Vakuumgehäuse (1) umfassende Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2). Wenigstens ein Gehäuseabschnitt (25-27, 35, 41) des Vakuumgehäuses (1) ist aus einem Aluminium oder aus einem wenigstens eine Alumiumlegierung umfassenden Material ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ein Vakuumgehäuse aufwei­ sende Drehkolbenröhre.

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 Drehkolbenröhre eine fest mit dem Vakuumgehäuse verbundene. Anode und Kathode aufweist, trifft ein von der Kathode im Be­ trieb ausgehender, durch ein geeignetes und relativ zu der Drehkolbenröhre ortsfestes Ablenksystem abgelenkter Elektro­ nenstrahl derart auf eine Auftrefffläche der Anode, dass ein ortsfester Brennfleck entsteht und immer neue kalte bzw. ab­ gekühlte Stellen der Anode vom Elektronenstrahl getroffen werden. Die thermische Belastbarkeit des Brennfleckes ist so­ mit wesentlich höher als bei einer Röntgenröhre mit einer gegenüber dem Elektronenstrahl ruhenden Anode.

Das Vakuumgehäuse einer eingangs beschriebenen Drehkolben­ röhre ist in der Regel aus austenitischem Edelstahl ausgebil­ det.

Nachteilig an einem derartig ausgebildeten Vakuumgehäuse ist die relativ schlechte Ziehfähigkeit von austenitischem Edel­ stahl und die Tatsache, dass aus Bildqualitätsgründen die Wandstärke eines aus einem austenitischen Edelstahl ausgebil­ deten Vakuumgehäuses zumindest im Bereich eines Röntgen­ strahlaustrittes relativ dünn sein muss, was sich in einem verhältnismäßig hohen Fertigungspreis des Vakuumgehäuses niederschlägt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehkol­ benröhre der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Fertigungskosten für das Vakuumgehäuse der Drehkolben­ röhre vermindert werden können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Drehkolbenröhre mit einem Vakuumgehäuse, welches wenigstens einen Gehäuseabschnitt aufweist, welcher aus einem Aluminium oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegierung aufweisen­ den Material ausgebildet ist. Da Aluminium oder eine Alumini­ umlegierung eine bessere Ziehfähigkeit als austenitischer Edelstahl aufweisen und da Aluminium oder eine Aluminium­ legierung aufgrund ihrer höheren Röntgentransparenz eine größere Wandstärke, beispielsweise im Bereich eines Röntgen­ strahlenaustrittes, als austenitischer Edelstahl erlauben, kann das Vakuumgehäuse einer erfindungsgemäßen Drehkolben­ röhre kostengünstiger als das Vakuumgehäuse einer konven­ tionellen Drehkolbenröhre gefertigt werden.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine, vorzugsweise die dem Vakuum zugewandte Oberfläche des aus ei­ nem Aluminium oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegie­ rung aufweisenden Material ausgebildeten Gehäuseabschnittes inertisiert ist. Bei der Inertisierung entsteht auf der Ober­ fläche des Gehäuseabschnittes ein Film von intermetallischen Verbindungen, welcher die Oberfläche vorzugsweise vollständig überzieht. Auf diese Weise kann die Spannungsfestigkeit der Drehkolbenröhre erhöht werden.

Nach Ausführungsformen der Erfindung sind für die Inertisie­ rung, also für die Bildung eines Filmes von intermetallischen Verbindungen, wenigstens eines der Elemente Ti, N, C, Nb, Ta, Cr, Ni, Au, Zr, Cu, V, Mn, Fe, Co, Ge, Mo, Pd, Ag, Sb, Hf, W, Pt oder Hartchrom oder Ni-Cr-Verbundschichten verwendbar. Die Inertisierung der Oberfläche kann gemäß Varianten der Erfin­ dung durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren, durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, durch Bedampfen oder durch elektrolytisches Beschichten erreicht werden.

Eine ebenfalls erhöhte Spannungsfestigkeit der Drehkolben­ röhre kann erreicht werden, wenn nach einer anderen Ausfüh­ rungsform der Erfindung die Oberfläche des aus einem Alumi­ nium oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegierung auf­ weisenden Material ausgebildeten Gehäuseabschnittes mit einer Oxidschicht versehen ist.

Nach Varianten der Erfindung kann die Oxidschicht durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren, durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, durch Aufdampfen, durch ein galvanisches Anodisierverfahren oder durch das Sol- Gel-Verfahren erzeugt werden. Nach Ausführungsformen der Er­ findung weist eine derartig erzeugte Oxidschicht wenigstens eines der Oxide TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, CaO, MgO oder Chrom­ oxide auf.

Wenn nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Gehäuseabschnitt ein Röntgenstrahlenaustrittfenster des Vaku­ umgehäuses darstellt, braucht die Wandstärke des Röntgen­ strahlenaustrittfensters auf vorteilhafter Weise nicht dünner als die Wandstärke des restlichen Vakuumgehäuses sein, wel­ ches beispielsweise aus einem austenitischen Edelstahl oder ebenfalls aus einem Aluminium oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegierung aufweisenden Material ausgebildet sein kann. Diese Ausführungsform der Drehkolbenröhre wirkt sich demnach positiv auf die Fertigungskosten der Drehkolbenröhre aus.

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

Fig. 1 eine Drehkolbenröhre, deren Vakuumgehäuse im Wesent­ lichen aus einem Aluminium umfassenden Material aus­ gebildet ist, und

Fig. 2 eine Drehkolbenröhre, deren Vakuumgehäuse im Wesent­ lichen aus einem austenitischen Edelstahl umfassenden Material ausgebildet ist und ein Röntgenstrahlenaus­ trittfenster aufweist, das im Wesentlichen aus einem Aluminium umfassenden Material ausgebildet ist.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Drehkolbenröhre DR 1 weist ein im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebil­ detes Vakuumgehäuse 1 auf. 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 Ausführungsbeispiels einen Teil des Vakuum­ gehäuses 1. Das Vakuumgehäuse 1 ist an seinem einen Ende mit der Anode 7 abgeschlossen und mit einer eine Längsachse L um­ fassenden, aus einem metallischen Material ausgebildeten Welle 2, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels in Wälzlagern 3 und 4 gelagert ist, drehfest verbunden. Die Wälzlager 3 und 4 sind in einem die Drehkolbenröhre DR 1 um­ gebenden, in Fig. 1 nicht dargestellten und mit einem Iso­ lieröl gefüllten Schutzgehäuse aufgenommen. An dem freien Ende der Welle 2 ist ein schematisch angedeuteter Elektro­ motor 5 angebracht. Mittels des Elektromotors 5 kann die Drehkolbenröhre DR 1 um eine Drehachse D, die der Längsachse L der Welle 2 entspricht, rotiert werden. Die Kathode 6 und die Anode 7 drehen sich im Betrieb der Drehkolbenröhre DR 1 gemeinsam mit dem Vakuumgehäuse 1 um die Drehachse D. Die Drehachse D verläuft im gezeigten Beispiel durch die Kathode 6 und die Anode 7.

Der Drehkolbenröhre DR 1 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 Elektronen­ strahl 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 Anode 7 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbei­ spiels einen hauptsächlich Grafit umfassenden Grundkörper 14 auf, auf den ein Target 15, das ein im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels hauptsächlich Molybdän und Wolfram um­ fassendes hochschmelzendes Material aufweist, durch Löten aufgebracht ist. Das Target 15 ist mit einer röntgenemissiven Schicht 16 versehen, welche die bereits erwähnte Auftreffflä­ che 11 für den im Betrieb der Drehkolbenröhre DR 1 von der Kathode 6 ausgehenden Elektronenstrahl 10 aufweist. Die rönt­ genemissive Schicht 16 umfasst im Falle des vorliegenden Aus­ führungsbeispieles im Wesentlichen Wolfram und Rhenium. Die Dicke dieser röntgenemissiven Schicht 16 ist wenigstens gleich der Eindringtiefe der zur Röntgenerzeugung auf die Anode 7 auftreffenden Elektronen, also im µm Bereich, während das Target 15 eine Dicke wenigstens im mm-Bereich aufweist. Die Welle 2 der Drehkolbenröhre DR 1 ist fest mit der Anode 7 und elektrisch leitend mit dem Target 15 verbunden, womit ein Ableiten des Röhrenstromes über die Welle 2 gewährleistet ist.

Die Kathode 6 ist mit einer Glühwendel 17 ausgestattet, wel­ che die für die Elektronenemission erforderliche Temperatur erzeugt. Ferner umgibt die Kathode 6 eine Fokussierungsele­ ktrode 18 für den Elektronenstrahl 10. Eine zwischen der Kathode 6 und der Anode 7 angeordnete, den Elektronenstrahl 10 ringförmig umgebende Modulationselektrode 19 erlaubt, wenn auf geeignetes Potential gelegt, eine sehr schnelle und nahezu leistungslose Veränderung, Steuerung und ein Pulsen des Elektronenstrahles 10.

Die Kathode 6, die Fokussierungselektrode 18 und die Modula­ tionselektrode 19 weisen ringförmige Flansche 20 bis 22 auf, die durch das Vakuumgehäuse 1 nach außen treten, so dass die Kathode 6, die Fokussierungselektrode 18 und die Modulations­ elektrode 19 mit nicht dargestellten Schleifringen kontak­ tiert werden können. Die Glühwendel 17 ist ebenfalls mit Kon­ taktteilen 23 und 24 verbunden, die auch mit nicht darge­ stellten Schleifringen kontaktiert werden können.

Das Vakuumgehäuse 1 weist im Bereich des kathodenseitigen Endes des Vakuumgehäuses 1 im Wesentlichen hohlzylindrische, gleiche Radien aufweisende, erfindungsgemäß aus einem Alumi­ nium umfassenden Material ausgebildete Gehäuseabschnitte 25 bis 27 auf. Diese Gehäuseabschnitte 25 bis 27 sind derart gestaltet, dass der Flansch 21 der Fokussierungselektrode 18 zwischen den Gehäuseabschnitten 25 und 26 und der Flansch 22 der Modulationselektrode 19 zwischen den Gehäuseabschnitten 26 und 27 nach außen treten und mit den entsprechenden Gehäu­ seabschnitten 25 bis 27 vakuumdicht verbunden sind. Ferner ist der Flansch 21 im Bereich einer Kontaktstelle 28 mit dem Gehäuseabschnitt 25 und im Bereich einer Kontaktstelle 29 mit dem Gehäuseabschnitt 26, sowie der Flansch 22 im Bereich ei­ ner Kontaktstelle 30 mit dem Gehäuseabschnitt 26 und im Be­ reich einer Kontaktstelle 31 mit dem Gehäuseabschnitt 27 mit elektrisch isolierenden Schichten überzogen. Der Flansch 20 der Kathode 6 ist im Bereich einer Kontaktstelle 32 mit dem Gehäuseabschnitt 25 mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen und liegt vakuumdicht auf dem Gehäuseabschnitt 25 auf. Innerhalb des Flansches 20 liegt ein weiterer im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Glas, ausgebildeter Gehäuseabschnitt 33 vakuumdicht auf, mit dessen innerer Wan­ dung das ringförmige Kontaktteil 23 vakuumdicht verbunden ist. Dieser Gehäuseabschnitt 33 hat einen kleineren Durchmes­ ser als die Gehäuseabschnitte 25 bis 27. In einer Bohrung des ringförmigen Kontaktteils 23 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles ein aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Glas, ausgebildeter Gehäuseabschnitt 34 vaku­ umdicht eingesetzt, der in einer Bohrung das napfförmige Kon­ taktteil 24 vakuumdicht aufnimmt.

Das Vakuumgehäuse 1 weist im Bereich seines anodenseitigen Endes einen sich im Wesentlichen kegelstumpfförmig erweitern­ den Gehäuseabschnitt 35 auf, der erfindungsgemäß aus einem Aluminium umfassenden Material ausgebildet ist. Die Anode 7 schließt das Vakuumgehäuse 1 vakuumdicht ab.

Um im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles eine ver­ besserte Spannungsfestigkeit im Betrieb der Drehkobenröhre DR 1 zu erreichen, sind die Gehäuseabschnitte 25 bis 27 und 35 auf ihrer in das Innere des Vakuumgehäuses 1 zeigenden Ober­ flächen 37 bis 40 inertisiert. Bei der Inertisierung entsteht auf den Oberflächen 37 bis 40 ein Film von intermetallischen Verbindungen, welcher die Oberflächen 37 bis 40 vorzugsweise vollständig überzieht. Für die Inertisierung, also für die Bildung eines Filmes von intermetallischen Verbindungen kann wenigstens eines der Elemente Ti, N, C, Nb, Ta, Cr, Ni, Au, Zr, Cu, V, Mn, Fe, Co, Ge, Mo, Pd, Ag, Sb, Hf, W, Pt oder Hartchrom oder Ni-Cr-Verbundschichten verwendet werden. Die Inertisierung der Oberflächen 37 bis 40 kann beispielsweise durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren, durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, durch Bedamp­ fen oder durch elektrolytisches Beschichten erreicht werden.

Alternativ zur Inertisierung der Oberflächen 37 bis 40 können die Oberflächen 37 bis 40 für eine verbesserte Spannungs­ festigkeit im Betrieb der Drehkolbenröhre DR 1 auch mit einer Oxidschicht versehen werden. Die Oxidschicht kann beispiels­ weise durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren, durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, durch Aufdampfen, durch ein galvanisches Anodisierverfahren oder durch das Sol-Gel-Verfahren erzeugt werden. Die Oxidschicht weist vorzugsweise wenigstens eines der Oxide TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, CaO, MgO oder Chromoxide auf.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Drehkolbenröhre DR 2 schematisch dargestellt. Wenn fol­ gend nicht anders beschrieben, sind Bestandteile der in Fig. 2 gezeigten Drehkolbenröhre DR 2, welche mit der in Fig. 1 gezeigten Drehkolbenröhre DR 1 weitgehend bau- und funktions­ gleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Im Unterschied zu den in Fig. 1 gezeigten und vorstehend be­ schriebenen Gehäuseabschnitten 25 bis 27 und 35 des Vakuumge­ häuses 1 der Drehkolbenröhre DR 1 sind die Gehäuseabschnitte 25 bis 27 und 35 der in Fig. 2 gezeigten Drehkolbenröhre DR 2 im Wesentlichen aus austenitischem Edelstahl ausgebildet. Die Drehkolbenröhre DR 2 weist ein Röntgenstrahlenaustrittfenster 41 auf, welches mit dem Gehäuseabschnitt 35 und der Anode 7 vakuumdicht verbunden ist. Das Röntgenaustrittfenster 41 ist aus einem Aluminium umfassenden Material ausgebildet.

Um im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles eine ver­ besserte Spannungsfestigkeit im Betrieb der Drehkolbenröhre DR 2 zu erreichen, ist das Röntgenstrahlenaustrittfenster 41 auf seiner in das Innere des Vakuumgehäuses 1 zeigenden Oberflä­ che 42 inertisiert. Für die Inertisierung, also für die Bil­ dung eines Filmes von intermetallischen Verbindungen kann, wie zuvor beschrieben, wenigstens eines der Elemente Ti, N, C, Nb, Ta, Cr, Ni, Au, Zr, Cu, V, Mn, Fe, Co, Ge, Mo, Pd, Ag, Sb, Hf, W, Pt oder Hartchrom oder Ni-Cr-Verbundschichten ver­ wendet werden. Die Inertisierung der Oberfläche 42 kann wie­ der durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren, durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, durch Bedampfen oder durch elektrolytisches Beschichten erreicht werden.

Alternativ zur Inertisierung der Oberfläche 42 kann die Ober­ fläche 42 für eine verbesserte Spannungsfestigkeit im Betrieb der Drehkolbenröhre DR 2 auch mit einer Oxidschicht versehen wird. Die Oxidschicht kann wiederum durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren, durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren, durch Aufdampfen, durch ein galvani­ sches Anodisierverfahren oder durch das Sol-Gel-Verfahren er­ zeugt werden. Die Oxidschicht weist wiederum wenigstens eines der Oxide TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, CaO, MgO oder Chromoxide auf.

Alternativ zu dem Vakuumgehäuse 1 der in Fig. 1 gezeigten Drehkolbenröhre DR 1 können die aus einem Aluminium umfassen­ den Material ausgebildeten Gehäuseabschnitte 25 bis 27 und 35 auch aus reinem Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegierung umfassenden Material ausgebildet sein. Ebenfalls kann das Röntgenstrah­ lenaustrittfenster 41 der in Fig. 2 beschriebenen Drehkolben­ röhre DR 2 aus reinem Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegierung umfassenden Material ausgebildet sein.

Um ein eventuelles Eindiffundieren von z. B. H₂-Molekülen, welche im Betrieb der Drehkolbenröhre im Isolieröl frei wer­ den, in das Innere des Vakuumgehäuses 1 der in Fig. 1 gezeig­ ten Drehkolbenröhre DR 1 zumindest zu hemmen, können auch die nach außen zeigende Oberflächen der Gehäuseabschnitte 25 bis 27 und 35 mit einem der vorherig beschriebenen Verfahren inertisiert oder mit einer Oxidschicht überzogen werden. Alternativ können auch nur die nach außen zeigenden Oberflä­ chen der Gehäuseabschnitte 25 bis 27 und 35 der in Fig. 1 be­ schriebenen Drehkolbenröhre DR 1 mit einem der oben genannten Verfahren inertisiert oder mit einer Oxidschicht überzogen werden.

Des weiteren kann auch die nach außen zeigende Oberfläche des Röntgenstrahlenaustrittfensters 41 der in Fig. 2 gezeigten Drehkolbenröhre DR 2 mit einem der oben genannten Verfahren inertisiert oder mit einer Oxidschicht überzogen werden.

Die Ausführungsbeispiele sind im übrigen nur exemplarisch zu verstehen.

Claims (9)

1. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) mit einem Vakuumgehäuse (1), welches wenigstens einen Gehäuseabschnitt (25-27, 35, 41) aufweist, welcher aus einem Aluminium oder aus einem wenigstens eine Aluminiumlegierung aufweisenden Material aus­ gebildet ist.

2. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 1, bei welcher der Gehäuseabschnitt (25-27, 35, 41) wenigstens eine Oberflä­ che (37-40, 42) aufweist, welche inertisiert ist.

3. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 2, bei welcher für die Inertisierung wenigstens eines der Elemente Ti, N, C, Nb, Ta, Cr, Ni, Au, Zr, Cu, V, Mn, Fe, Co, Ge, Mo, Pd, Ag, Sb, Hf, W, Pt verwendbar ist.

4. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 2, bei welcher für die Inertisierung Hartchrom oder Ni-Cr-Verbundschichten verwendbar ist.

5. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 2 bis 4, bei welcher die Inertisierung der Oberfläche (37-40, 42) durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren oder durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren oder durch Bedamp­ fen oder durch elektrolytisches Beschichten erreichbar ist.

6. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 1, bei welcher der Gehäuseabschnitt (25-27, 35, 41) wenigstens eine Oberflä­ che (37-40, 42) aufweist, welche mit einer Oxidschicht ver­ sehen ist.

7. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 6, bei welcher die Oxidschicht der Oberfläche (37-40, 42) durch ein PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren oder durch ein CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren oder durch Aufdampfen oder durch ein galvanisches Anodisierverfahren oder durch das Sol-Gel-Verfahren erzeugbar ist.

8. Drehkolbenröhre (DR 1, DR 2) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher die Oxidschicht wenigstens eines der Oxide TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, CaO, MgO oder Chromoxide aufweist.

9. Drehkolbenröhre (DR 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Gehäuseabschnitt ein Röntgenstrahlenaustritt­ fenster (41) des Vakuumgehäuses (1) darstellt.