DE10044231A1 - Wärmerohrunterstütztes Kühlen von Drehanodenröntgenröhren - Google Patents

Abstract

Eine einen Anodenaufbau (40) und einen Kathodenaufbau (42) umfassende Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen ist hierin offenbart. Die Röntgenröhre umfasst einen Vakuumbehälter (44), einen Anodenaufbau (40), der im Vakuumbehälter (44) angeordnet ist und ein Target aufweist, einen Kathodenaufbau (44), der im Vakuumbehälter (44) vom Anodenaufbau (40) beabstandet angeordnet ist, und ein Wärmerohr ist relativ zum Anodenaufbau (40) gelagert. Der Kathodenaufbau (42) ist so aufgebaut, dass er Elektronen emittiert, die das Target des Anodenaufbaus (40) treffen und Röntgenstrahlen erzeugen. Das Wärmerohr überträgt thermische Energie vom Target weg durch den Vakuumbehälter (44). Das Wärmerohr sorgt für einen größeren Wärmeabtransport über die Lagerwelle des Anodenaufbaus (40), wodurch für eine bessere Kühlung des Anodenaufbaus (40) gesorgt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Abbildungssysteme. Genauer bezieht sich die Erfindung auf das Kühlen von Drehanodenröntgenröhren.

Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Röntgenröhren und Elektronenstrahlschweißgeräte, werden in einer Hochtemperaturumgebung betrieben. Bei einer Röntgenröhre legt zum Beispiel der durch die Kathode erzeugte Primärelektronenstrahl eine sehr große Wärmebe­ lastung auf das Anodentarget bis zu dem Maße ab, dass das Target bei Betrieb rotwarm glüht. Üblicherweise wird weniger als 1% der Primärelektronenstrahlenergie in Röntgenstrahlen umgewandelt, während der Rest in thermi­ sche Energie umgewandelt wird. Diese thermische Energie wird vom heißen Target zu anderen Komponenten innerhalb des Vakuumbehälters der Röntgenröhre abgestrahlt, und sie wird durch ein über die äußere Fläche des Vakuumbehälters zirkulierendes Kühlfluid vom Vakuumbehälter entfernt. Zusätzlich streuen einige der Elektronen vom Target zurück und prallen auf andere Komponenten innerhalb des Vakuumbehälters, wodurch die Röntgenröhre zusätzlich erhitzt wird. Infolge der durch diese thermische Energie hervorgerufenen Temperaturen sind die Röntgenröhrenkompo­ nenten hohen thermischen Beanspruchungen unterworfen, die beim Betrieb und für die Zuverlässigkeit der Röntgenröhre problematisch sind.

Üblicherweise weist eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrich­ tung, auf die als Röntgenröhre Bezug genommen wird, innerhalb eines zylindrischen Vakuumbehälters einge­ schlossene gegenüberliegende Elektroden auf. Der Vakuum­ behälter ist üblicherweise aus Glas oder Metall, wie zum Beispiel einem rostfreien Stahl, Kupfer oder einer Kupferlegierung, angefertigt. Wie oben erwähnt ist, weisen die Elektroden einen Kathodenaufbau auf, der in einigem Abstand von der Targetspur des sich drehenden scheibenförmigen Anodenaufbaus positioniert ist. Alterna­ tiv, wie zum Beispiel in industriellen Anwendungen, kann die Anode stationär sein.

Die Targetspur oder Auftreffzone der Anode ist im Allge­ meinen aus einem Refraktärmetall mit einer hohen Kernla­ dungszahl, wie zum Beispiel Wolfram oder einer Wolframle­ gierung, angefertigt. Typischerweise wird eine Spannungs­ differenz von 60 kV bis 140 kV zwischen dem Kathoden- und Anodenaufbau aufrechterhalten, um die Elektronen zu beschleunigen. Die heißen Kathodenfilamente emittieren thermische Elektronen, die über die Potentialdifferenz beschleunigt werden und mit einer hohen Geschwindigkeit auf die Targetzone der Anode auftreffen. Ein geringer Anteil der kinetischen Energie der Elektronen wird in hochenergetische elektromagnetische Strahlung oder Röntgenstrahlen umgewandelt, während der Rest in rückge­ streuten Elektronen enthalten ist oder in Wärme umgewan­ delt wird. Schließlich werden die rückgestreuten Elektro­ nen durch Komponenten innerhalb des Vakuumbehälters als Wärmeenergie absorbiert. Die Röntgenstrahlen werden in alle Richtungen emittiert, gehen von dem Brennpunkt aus und können aus dem Vakuumbehälter geleitet werden.

Bei einer Röntgenröhre mit einem Metallbehälter ist zum Beispiel ein röntgenstrahldurchlässiges Fenster in dem metallischen Vakuumbehälter eingebaut, um ein Verlassen des Röntgenstrahls an einer gewünschten Stelle zuzulas­ sen. Nach dem Verlassen des Vakuumbehälters werden die Röntgenstrahlen so gelenkt, dass sie ein Objekt, wie zum Beispiel menschliche anatomische Teile für medizinische Untersuchung oder Diagnosevorgänge, durchdringen. Die durch das Objekt hindurchgeleiteten Röntgenstrahlen werden durch eine Erfassungseinrichtung aufgefangen, und es wird ein Bild der inneren Anatomie ausgebildet.

Außerdem können industrielle Röntgenröhren, z. B. zur Inspizierung metallischer Teile nach Rissen oder zur Inspizierung des Inhalts von Gepäck an Flughäfen, verwen­ det werden.

Weil die Erzeugung von Röntgenstrahlen in einer Röntgen­ röhre von Natur aus ein sehr ineffizienter Prozess ist, werden die Komponenten in Röntgenstrahlerzeugungsvorrich­ tungen bei erhöhten Temperaturen betrieben. Zum Beispiel kann sich die Temperatur des Anodenbrennpunkts auf bis ungefähr 2700°C belaufen, während die Temperatur in den anderen Teilen der Anode bis zu ungefähr 1800°C reichen kann. Zusätzlich müssen alle Komponenten eines herkömmli­ chen Röntgenröhreneinsatzes bei evakuiertem Vakuumbehäl­ ter dem Hochtemperaturaustrittsvorgang bei Temperaturen widerstehen können, die für eine relativ lange Dauer sehr hohe Temperaturen überschreiten können.

Um den Röntgenröhreneinsatz zu kühlen, muss die während des Röhrenbetriebs erzeugte thermische Energie von der Anode zum Vakuumbehälter gestrahlt und schließlich durch ein Kühlfluid, das über die äußere Fläche des Vakuumbe­ hälters des Röntgenröhreneinsatzes zirkuliert, entfernt werden. Der Vakuumbehälter ist üblicherweise in einem Gehäuse eingeschlossen, das mit zirkulierendem Kühlfluid, wie zum Beispiel einem dielektrischen Öl, gefüllt ist. Das Gehäuse stützt und schützt die Röntgenröhre und ist zur Befestigung an einem Computertomografie(CT)-System mit einer Montagebrücke oder einem anderen Aufbau verse­ hen. Außerdem ist das Gehäuse mit Blei ausgekleidet, um eine Streustrahlungsabschirmung bereitzustellen. Das Kühlfluid erfüllt oft zwei Aufgaben: Kühlen des Vakuumbe­ hälters und Bereitstellen einer Hochspannungsisolierung zwischen den Anoden- und Kathodenverbindungen in der bipolaren Anordnung.

Zusätzlich wird dieser herkömmliche Lösungsweg noch problematischer, wenn er mit neuen Techniken bei der Röntgenstrahlcomputertomographie, wie z. B. schnelles gewundenes Abtasten, kombiniert wird, die deutlich höheren Röntgenstrahlfluss erfordern als vorherige Techniken. Infolge des inhärenten schlechten Wirkungsgra­ des der Röntgenstrahlerzeugung wird der erhöhte Röntgen­ strahlfluss auf Kosten einer deutlich erhöhten Belastung mit Wärme erreicht, die abgeleitet werden muss. Wegen des Andauerns der Leistungserhöhung von Röntgenröhren müssen neuartige Kühltechniken entwickelt werden, um Wärme vom sich drehenden Anodenaufbau zu entfernen.

Drehanodenröntgenröhren werden bei der Mammographie, vaskulären und Computertomographie-Röntgenstrahlsystemen verwendet. Drehanodenröntgenröhren sind schließlich auch durch ihre Wärmeabstrahlungsrate in der Leistungsfähig­ keit begrenzt. Die Komponenten zur Lagerung der Drehanode haben üblicherweise eine Temperaturgrenze, die signifi­ kant niedriger als die Betriebstemperatur des Drehanoden­ target ist. Üblicherweise wird das Drehanodentarget bei Temperaturen von über 1000°C im Targetinnendurchmesser betrieben. Folglich muss das Anodentarget mittels einer dicken thermischen Schicht thermisch von der Lagerwelle isoliert werden, sodass das Temperaturgefälle zu den Lagern, die der Wärmequelle am nächsten liegen, die Temperatur unter die Lagertemperaturauslegungsgrenze fallen lässt.

In einem herkömmlichen Wälzelement- Röntgenröhrenlageraufbau wird durch die Gestaltung eine sehr geringe Leistung über die Lagerwelle abgeführt. Wenn ein Abgehen einer zu großen Wärmemenge über die Welle erlaubt ist, erhöht sich die Temperatur der Lagerschalen und der festen geschmierten Kugellager drastisch und kann eine zulässige Grenze überschreiten. Derartige Bedingun­ gen führen zu einem frühzeitigen Versagen. Daher ist es nötig die Maximaltemperatur der Lager zu begrenzen. Umgekehrt ist es auch wünschenswert, wenn mehr Leistung über die Lagerwelle und aus dem Röhreneinsatz übertragen werden könnte, um die Kühlung des Target zu unterstützen. Dies würde schließlich die verfügbare Leistung von Röntgenröhrensystemen erhöhen und folglich einen größeren Durchsatz durch ein Objekt (z. B. einen Patienten) durch die Röntgenröhrensysteme bereitstellen.

Ein anderes Problem der herkömmlichen Drehanodenröntgen­ röhren ist, dass der innere Durchmesser (ID) des Anoden­ target während des Betriebs extrem heiß sein kann, wodurch die Festigkeit des Anodenmaterials verringert wird. Diese Verringerung in der Festigkeit reduziert die Spitzendrehbetriebsgeschwindigkeiten des Target. Folglich ist die Spitzenleistung verringert, bei der die Röntgen­ röhre betrieben werden kann. Die Grenze der Anodendrehge­ schwindigkeit wird durch die Spitzentemperaturen unter dem Elektronenstrahl hervorgerufen. Wenn sich das Target schneller dreht, wird das örtliche Momentanheizen unter dem Elektronenstrahl verringert.

Somit besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zum Ableiten von Wärme von der Anode der Röntgenröhre. Außerdem besteht ein Bedarf für eine Röntgenröhre, die durch effektivere Wärmeableitung eine verbesserte Lei­ stungsfähigkeit bereitstellt. Zusätzlich besteht ein Bedarf für eine Röntgenröhre, die mit einer kühleren Anode betrieben wird, um ein schnelleres Anodendrehvermö­ gen und eine höhere Röntgenröhrenleistung bereitzustel­ len.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen, die einen Anodenaufbau und einen Kathodenaufbau umfasst. Die Röntgenröhre umfasst einen Vakuumbehälter, einen Anoden­ aufbau, der im Vakuumbehälter angeordnet ist und ein Target aufweist, einen Kathodenaufbau, der im Vakuumbe­ hälter vom Anodenaufbau beabstandet angeordnet ist, und ein Wärmerohr, das relativ zum Anodenaufbau gelagert ist. Der Kathodenaufbau ist so aufgebaut, dass er Elektronen emittiert, die auf das Target des Anodenaufbaus treffen und Röntgenstrahlen erzeugen. Das Wärmerohr überträgt Wärme vom Target weg zur Außenseite des Vakuumbehälters.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgen­ strahlen, die eine verbesserte Wärmeableitung aufweist. Die Röntgenröhre umfasst eine Elektronen emittierende Elektronenquelle, eine Röntgenstrahlenquelle, die Rönt­ genstrahlen von einem Elektronenbeschuss von der Elektro­ nenquelle auf ein Target bereitstellt, und eine Einrich­ tung zum örtlichen Entfernen von Wärmeenergie von der Röntgenstrahlenquelle.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ableiten von Wärme von einer in einer Röntgenröhre gelegenen Anode mit einem Elektro­ nentarget während eines Betriebs der Röntgenröhre. Dieses Verfahren weist einen Beschuss des Elektronentarget mit Elektronen auf, wobei der Beschuss Wärme erzeugt, und ein Transportieren von Wärme mit einem Wärmerohr weg vom Target.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbau einer Röntgenröhre mit einem Vakuumbehälter, einem Anodenaufbau, einem Kathodenaufbau und einem Wärmerohr. Das Verfahren um­ fasst, einen Vakuumbehälter örtlich festzulegen, einen Anodenaufbau und einen Kathodenaufbau innerhalb des Vakuumbehälters auszurichten und ein Wärmerohr am Anoden­ aufbau zu befestigen.

Weitere prinzipielle Merkmale und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten bei der Betrachtung der folgenden Zeichnungen, der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche ersichtlich.

Die Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnun­ gen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, besser verstanden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines einen Röntgen­ röhreneinsatz einfassenden Gehäuses gemäß einem beispiel­ haften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht mit auseinan­ dergezogenem Stator, um einen Abschnitt eines Anodenauf­ baus des Röntgenröhreneinsatzes von Fig. 1 aufzuzeigen;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Anodenaufbaus der Röntgen­ röhre von Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbei­ spiels des Anodenaufbaus der Röntgenröhre von Fig. 1;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht mit einem Teilschnitt eines Wärmerohrs, das im Anodenaufbau der Röntgenröhre von Fig. 1 enthalten ist; und

Fig. 6 eine auseinandergezogene Ansicht eines Röntgenröh­ reneinsatzes von Fig. 1.

Fig. 1 stellt eine Röntgenröhrenaufbaueinheit 10 für eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung bzw. einen Röntgenröh­ reneinsatz 12 dar. Die Röntgenröhrenaufbaueinheit 10 umfasst ein Anodenende 14, ein Kathodenende 16 und einen Mittelabschnitt 18, der zwischen dem Anodenende 14 und dem Kathodenende 16 positioniert ist. Der Röntgenröhren­ einsatz 12 ist in einer fluidgefüllten Kammer 20 inner­ halb eines Gehäuses 22 eingeschlossen.

Die fluidgefüllte Kammer 20 ist allgemein mit einem Fluid 24, wie z. B. einem dielektrischen Öl, gefüllt, das durch das gesamte Gehäuse 22 zirkuliert, um den Röntgenröhren­ einsatz 12 zu kühlen. Das Fluid 24 in der fluidgefüllten Kammer 20 wird durch einen auf einer Seite des Mittelab­ schnitts 18 positionierten Radiator 26 gekühlt. Das Fluid 24 wird durch eine Pumpe 31 durch die gesamte fluidge­ füllte Kammer 20 und den Radiator 26 bewegt. Vorzugsweise ist ein Paar Ventilatoren 28 und 30 an den Radiator 26 gekoppelt, um für einen kühlenden Luftstrom über den Radiator 26 zu sorgen, wenn heißes Fluid durch ihn strömt.

Elektrische Verbindungen mit dem Röntgenröhreneinsatz 12 erfolgen durch eine Anodenaufnahme 32 und eine Kathoden­ aufnahme 34. Röntgenstrahlen werden von der Röntgen­ strahlerzeugungsvorrichtung 12 durch ein Gehäusefenster 36 im Gehäuse 22 auf einer Seite des Mittelabschnitts 18 emittiert.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst der Röntgenröhrenein­ satz 12 einen Targetanodenaufbau 40 und einen Kathoden­ aufbau 42, die in einem Vakuum innerhalb eines Behälters 44 angeordnet sind. Ein Stator 46 ist über dem Behälter 44 an den Targetanodenaufbau 40 angrenzend positioniert. Bei der Erregung des den Targetanodenaufbau 40 und Kathodenaufbau 42 verbindenden elektrischen Kreises, der, eine Potentialdifferenz von z. B. 60-140 kV erzeugt, werden Elektronen vom Kathodenaufbau 42 zum Targetanoden­ aufbau 40 gelenkt. Die Elektronen treffen auf den Targe­ tanodenaufbau 4,0 und erzeugen hochfrequente elektromagne­ tische Wellen oder Röntgenstrahlen sowie thermische Restenergie. Die Restenergie wird von den Komponenten innerhalb des Röntgenröhreneinsatzes 12 als Wärme absor­ biert. Die Röntgenstrahlen werden durch eine röntgen­ strahldurchlässige Fensterscheibe 48 und ein Gehäusefen­ ster 36 hinausgelenkt, was den Röntgenstrahlen erlaubt, zum abgebildeten Objekt (z. B. dem Patienten) hingelenkt zu werden.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines Targetanodenauf­ baus 40. Der Targetanodenaufbau 40 umfasst ein Target 60, eine Lagerabstützung 62, Lager 64, gewellte Balge 66, einen Stopfen 68 und ein Wärmerohr 70. Das Target 60 ist eine metallische Scheibe, die aus einem Refraktärmetall angefertigt ist, an das Graphit hartgelötet sein kann. Das Target 60 sorgt für eine Fläche, gegen die Elektronen vom Kathodenaufbau 42 schlagen. Im beispielhaften Ausfüh­ rungsbeispiel dreht sich das Target 60 durch die Drehung einer Lagerwelle 72, die durch ein Verbindungsstück 74 an das Target 60 gekoppelt ist. Die Drehung des Target 60 verteilt den Bereich auf dem Target 60, auf den die Elektronen auftreffen.

Die Lagerunterstützung 62 ist eine zylindrische Welle, die für eine Unterstützung für den Targetanodenaufbau 40 sorgt. Lagerkugeln 64 und Lagerschalen 63 werden inner­ halb der Lagerunterstützung 62 örtlich festgelegt und sorgen für die Drehbewegung des Target 60, indem sie für eine Drehbewegung der Lagerwelle 72 sorgen. Lagerkugeln 64 und Lagerschalen 63 sind aus Metall gefertigt und können durch übermäßige Wärme weich und sogar deformiert werden. Deswegen ist ein Verteilen der Wärme weg von den Lagerkugeln 64 und Lagerschalen 63 wichtig für die geeignete Drehbewegung des Target 60 und folglich den geeigneten Betrieb der Röntgenstrahlenerzeugungsvorrich­ tung 12.

Die gewellten Balge 66 sind ein Metallaufbau, der am dem Target 60 entgegengesetzten Ende der Lagerunterstützung 62 liegt. Der Stopfen 68 ist ein aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer, angefertigter Aufbau. Die gewellten Balge 66 und der Stopfen 68 sind so gestaltet, dass sie die Wärmeableitung vom Target 60 und den Lagern 64 unterstützen. Die gewellten Balge 66 und der Stopfen 68 legen eine Vertiefung fest, die mit einer wärmeleiten­ den Flüssigkeit, wie z. B. Gallium, gefüllt ist. Die gewellten Balge und der Stopfen 68 bilden eine thermische Brücke 76 zwischen dem Kondensorende 82 des Wärmerohrs 70 und dem Kühlfluid 24 außerhalb des Vakuumbehälters 44 aus.

Das Wärmerohr 70 ist ein evakuiertes, dichtes Metallrohr, das teilweise mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, bestehen die Innenwände des Wär­ merohrs 70 aus einem kapillaren Flechtaufbau 84, der von einem Verdampferende 80 zu einem Kondensorende 82 ver­ läuft. Der kapillare Flechtaufbau 84 erlaubt, dass das Wärmerohr 70 gegen die Schwerkraft betrieben wird, indem er die flüssige Form des Arbeitsfluids zum entgegenge­ setzten Ende des Wärmerohrs 70 überträgt, wo es durch die Wärme verdampft wird. Im Allgemeinen leitet das Wärmerohr 70 die Wärme von einer Wärmequelle, wie z. B. dem Target 60, weg.

Wärmerohre haben weite Anwendung bei Raumfahrtanwendun­ gen, Elektronikkühlung und anderen Hochtemperaturfluss- Anwendungen gefunden. Zum Beispiel finden sich Wärmerohre in Satelliten, Laptop-Computern und Solarstromerzeugern. Eine breite Vielfalt von Arbeitsfluiden wurde mit Wär­ merohren verwendet, einschließlich Stickstoff, Ammoniak, Alkohol, Wasser, Natrium und Lithium. Wärmerohre haben die Fähigkeit, sehr große Wärmeströme und Wärmebelastun­ gen über kleine Querschnittsbereiche abzuleiten. Wär­ merohre haben eine sehr hohe effektive Wärmeleitfähigkeit und können eine große Wärmemenge von einer Quelle zu einer Senke bewegen. Die effektive Wärmeleitfähigkeit eines üblichen Wärmerohrs kann mehr als zwei Größenord­ nungen größer als diejenigen eines vergleichbaren festen Kupferleiters sein. Vorteilhafterweise sind Wärmerohre vollständig passiv und werden verwendet, um Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke mit minimalen Temperaturgradienten oder zu isothermisch gemachten Flächen zu transportieren.

Im exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das Wärmerohr 70 aus Kupfer gefertigt und umfasst Wasser als ein Arbeitsfluid. Alternativ ist das Wärmerohr 70 aus Monel, Wolfram, rostfreiem Stahl oder irgendeinem anderen Hochtemperaturmaterial gefertigt. Wärmerohre können unter Verwendung einer Vielzahl von Werkstoffen und Arbeits­ fluiden hergestellt werden, die den Temperaturbereich von Tiefsttemperatur bis zu geschmolzenem Lithium überdecken. Hochtemperaturwärmerohre wie z. B. ein Wolframrohr mit Lithium als dem Arbeitsfluid, können direkt an den ID der Anode gekoppelt werden, um Wärme von der Anode zu trans­ portieren. Für diese Anwendung geeignete Wärmerohre sind im Handel erhältlich.

Bei Betrieb und wie sowohl in Fig. 3 als auch Fig. 4 dargestellt tritt Wärme vom Target 60 in das Verdampfe­ rende 80 des Wärmerohrs 70, wo das Arbeitsfluid verdampft wird, wobei ein Druckgradient im Rohr geschaffen wird. Der Druckgradient drückt den restlichen Dampf durch den Hohlkern des Wärmerohres 70 zum kühleren Kondensorende 82, wo der Dampf kondensiert und seine Verdampfungswärme an die Wärmesenke freigibt. Die Flüssigkeit wird dann in einem ununterbrochenem Kreislauf durch Kapillarkräfte über den kapillaren Flechtaufbau 84 zum Verdampferende 80 zurückgeleitet. Für ein günstig ausgelegtes Wärmerohr können die effektiven Wärmeleitfähigkeiten abhängig von der Länge des Wärmerohrs das 10- bis 10000-fache der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Kupfer betragen. Aufgrund der Kühlwirkung des Targetwärmerohrs wird die Temperatur der Bohrung verringert. Folglich wird die Fließgrenze im Material des Target 60 erhöht. Folglich können größere Umfangsspannungen aufgenommen werden, die durch das drehende Target 60 hervorgerufen werden.

Beim exemplarischen Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist das Verdampferende 80 in einem Verbindungsstück 74 am Target­ bohrungsinnendurchmesser angebracht. Das Wärmerohr 70 ist von den Lagerkugeln 64 und Lagerschalen 63 thermisch isoliert, sodass die durch das Wärmerohr 70 geleitete Wärme die Lager nicht beeinflusst. Das Kondensorende 82 ist auf der entgegengesetzten Seite der Lagerabstützung 62 gelegen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist über ein Flüssigmetall, wie z. B. Gallium, zwischen dem sich drehenden Wärmerohr und dem stationären Rahmen eine thermische Brücke gebildet. Die thermische Brücke erlaubt eine Wärmeleitungs- und Konvektions-Kühlung des Kondenso­ rendes 82. Ein Beispiel einer derartigen thermischen Brücke ist der gewellte Balg 66 (Fig. 4).

Mit dem am Innendurchmesser des Target 60 gelegenen Wärmerohr 70 wird die Bohrung des Target 60 kühler. Daher kann sich der Targetanodenaufbau 40 schneller drehen, wobei er für eine höhere Leistung sorgt. Eine höhere Scanningleistung ermöglicht ein schnelleres Scannen oder dünnere Scheiben auf einem CT-Scanner. Diese Gestaltung erlaubt auch eine größeren Scanningmenge in einem gegebe­ nen Zeitabschnitt. Für vaskuläre Röntgenröhren erlaubt die durch das Wärmerohr 70 bereitgestellte Kühlung eine höhere Leistung und eine längere Fluoroskopie und einen längeren Filmbetrieb. Im in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Wärmerohr 70 innerhalb des ID der Lagerwelle 72 gelegen. Eine derartige Lage für das Wärmerohr 70 ist insbesondere vorteilhaft, um die Lager­ temperaturen zu verringern.

Die Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung 12 hat die Vortei­ le eines Wärmerohrs 70, das mit der Lagerwelle einer Drehanodenröntgenröhre einstückig ausgebildet ist. Das Wärmerohr 70 sorgt für einen größeren Wärmetransport vom Anodentarget, wobei die thermische Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre verbessert wird. Außerdem sieht das Wär­ merohr 70 eine thermische Isolierung der Lagerkugeln 64 und der Lagerschalen 63 vor, weil der Mittelabschnitt des wärmerohrs 70 durch die Wärmerohrwand adiabatisch und entlang seiner Längsachse isothermisch ist. Das Wärmerohr 70 sorgt auf Grund niedrigerer Betriebstemperaturen auch für eine erhöhte Lebensdauer des Lageraufbaus. Das Wärmerohr 70 sorgt für eine direkte Kühlung der Verbin­ dung zwischen der Anode und dem Lagerwellenaufbau, deren Überhitzung verhindert wird. Zusätzlich sorgt das Wär­ merohr 70 für größere Drehgeschwindigkeiten der Anode, was in einer höheren möglichen Leistungsspitze der Röntgenröhre resultiert. Überdies sorgt das Wärmerohr 70 auf Grund einer geringeren Wärmedehnung des Lagerwellen­ aufbaus für eine geringere Brennpunktbewegung.

Fig. 6 stellt einen Abschnitt 11 einer nicht zusammenge­ bauten Röntgenröhrenaufbaueinheit 10 dar. Der Abschnitt 11 umfasst einen Targetanodenaufbau 40, einen Kathoden­ aufbau 42, einen Vakuumbehälter 44 und einen Stator 46. Der Zusammenbau der Röntgenröhrenaufbaueinheit 10 umfasst die Schritte, einen Vakuumbehälter 44 örtlich festzule­ gen, einen Anodenaufbau 40 und einen Kathodenaufbau 42 innerhalb des Vakuumbehälters 44 auszurichten und ein Wärmerohr 70 am Anodenaufbau 40 zu befestigen. Die Röntgenröhrenaufbaueinheit 10 kann durch Zusammenbau des Abschnitts 11 repariert oder wiederaufgebaut werden.

Auch wenn die in den Figuren dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiele gegenwärtig bevorzugt werden, sind diese Ausführungsbeispiele nur als beispiel­ haft zu verstehen. Andere Ausführungsbeispiele können Wärmerohre in anderen örtlichen Lagen des Anodenaufbaus aufweisen. Obwohl es nicht bevorzugt ist, kann das Wärmerohr 70 wahlweise zumindest teilweise aus einem festen thermisch leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, angefertigt sein. Die Erfindung ist nicht auf ein spezi­ elles Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern schließt verschiedene Abwandlungen, Kombinationen und Permutatio­ nen ein, sofern sie in den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche fallen.

Eine einen Anodenaufbau 40 und einen Kathodenaufbau 42 umfassende Röntgenröhre 10 zum Emittieren von Röntgen­ strahlen ist hierin offenbart. Die Röntgenröhre 10 umfasst einen Vakuumbehälter 44, einen Anodenaufbau 40, der im Vakuumbehälter 44 angeordnet ist und ein Target 60 aufweist, einen Kathodenaufbau 44, der im Vakuumbehälter 44 vom Anodenaufbau 40 beabstandet angeordnet ist, wobei ein Wärmerohr 70 relativ zum Anodenaufbau 40 gelagert ist. Der Kathodenaufbau 42 ist so aufgebaut, dass er Elektronen emittiert, die das Target 60 des Anodenaufbaus 40 treffen und Röntgenstrahlen erzeugen. Das Wärmerohr 70 überträgt thermische Energie vom Target 60 weg durch den Vakuumbehälter 44. Das Wärmerohr 70 sorgt für eine größere Wärmeabtransport über die Lagerwelle 62 des Anodenaufbaus 40, wodurch für eine bessere Kühlung des Anodenaufbaus 40 gesorgt ist.

Claims (22)

1. Röntgenröhre (10) zum Emittieren von Röntgenstrahlen, die einen Anodenaufbau (40) und einen Kathodenaufbau (42) umfasst, mit:
einem Vakuumbehälter (44);
einem Anodenaufbau (40), der im Vakuumbehälter (44) angeordnet ist und ein Target (60) aufweist;
einem Kathodenaufbau (42), der im Vakuumbehälter (44) vom Anodenaufbau (40) beabstandet angeordnet ist, wobei der Kathodenaufbau (42) so aufgebaut ist, dass er Elektronen emittiert, die auf das Target (60) des Anoden­ aufbaus (40) treffen und Röntgenstrahlen erzeugen; und
einem Wärmerohr (70), das relativ zum Anodenaufbau (40) gelagert ist, um thermische Energie vom Target (60) weg zu transportieren.

2. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei der Anoden­ aufbau (40) eine an den Vakuumbehälter (44) gekoppelte Welle (62) und eine innerhalb der Welle drehbare Abstüt­ zung (72) für das Target umfasst.

3. Röntgenröhre nach Patentanspruch 2, wobei der Anoden­ aufbau (40) außerdem Lager (64) umfasst, die für die Drehbewegung der drehbaren Abstützung innerhalb der Welle (62) sorgen.

4. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei das Wärmerohr (70) ein evakuiertes, dichtes Metallrohr aufweist, das teilweise mit einem Fluid gefüllt ist.

5. Röntgenröhre nach Patentanspruch 4, wobei das Wär­ merohr (70) Innenwände mit kapillarem Flechtaufbau (84) umfasst, wobei der kapillare Flechtaufbau (84) für den Transport eines Fluids von einem Ende des Wärmerohrs (70) zu einem anderen Ende ungeachtet der Gravitation sorgt.

6. Röntgenröhre nach Patentanspruch 4, wobei das Fluid, das teilweise das evakuierte, dichte Metallrohr füllt, Wasser ist.

7. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei das Wär­ merohr (70) einen Abschnitt festen wärmeleitenden Werk­ stoffs umfasst.

8. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei das Wär­ merohr (70) ein Verdampferende (80) und ein Kondensor­ ende (82) umfasst, wobei das Verdampferende (80) nahe dem Target (60) liegt und das Kondensorende (82) entfernt vom Target (60) liegt.

9. Röntgenröhre nach Patentanspruch 8, wobei das Verdamp­ ferende (80) des Wärmerohrs (70) in einem Innendurchmes­ ser des Target (60) liegt.

10. Röntgenröhre nach Patentanspruch 8, wobei sich das Kondensorende (82) unmittelbar an eine thermische Brücke (68) anschließt.

11. Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen mit verbesserter Wärmeableitung, mit:
einer Elektronenquelle (42), die Elektronen emit­ tiert;
einer Röntgenstrahlenquelle (40), die Röntgenstrah­ len von einem Beschuss von Elektronen von der Elektronen­ quelle (42) auf ein Target (60) bereitstellt; und
einer Einrichtung zum örtlichen Entfernen von Wärmeenergie von dem Target (60).

12. Röntgenröhre nach Patentanspruch 11, wobei die Röntgenstrahlenquelle (40) eine sich drehende Fläche aufweist, auf die Elektronen von der Elektronenquelle geschossen werden und Röntgenstrahlen erzeugen.

13. Röntgenröhre nach Patentanspruch 12, wobei die Einrichtung zum örtlichen Entfernen von Wärmeenergie vom Target (60) Wärme von einem Innendurchmesser des Target (60) weg transportiert.

14. Röntgenröhre nach Patentanspruch 12, außerdem mit einer Lagerwelle (62), die Lager (64) umfasst, die für die Drehung der Röntgenstrahlenquelle (40) sorgen.

15. Verfahren zum Ableiten von Wärme von einer Anöde (40) mit einem Elektronentarget (60) in einer Röntgenröhre (10) während des Betriebs der Röntgenröhre (10), mit den Schritten:
Beschießen des Elektronentarget (60) mit Elektronen, wobei das Beschießen Wärme erzeugt; und
Transportieren von Wärme mit einem Wärmerohr (70) vom Elektronentarget (60) weg.

16. Verfahren nach Patentanspruch 15, wobei das Wärmerohr (70) ein evakuiertes dichtes Metallrohr, das teilweise mit einem Fluid gefüllt ist, sowie ein Verdampferende (80) und ein Kondensorende (82) aufweist, wobei der Schritt, Wärme vom Target (60) wegzutransportieren, außerdem ein Verdampfen des Fluids am Verdampferende (80) und ein Verflüssigen des verdampften Fluids am Kondenso­ rende (82) umfasst.

17. Verfahren nach Patentanspruch 16, wobei der Schritt, Wärme vom Elektronentarget (60) wegzutransportieren, außerdem ein Bereitstellen eines thermischen Brückenauf­ baus (68) am Kondensorende (82) des Wärmerohrs (70) umfasst.

18. Verfahren nach Patentanspruch 16, wobei der Schritt, Wärme vom Elektronentarget (60) wegzutransportieren, außerdem ein Bereitstellen einer thermischen Brücke (68) am Kondensorende (82) des Wärmerohrs (70) umfasst.

19. Verfahren nach Patentanspruch 15, wobei das Wärmerohr (70) ein festes Rohr aus einem wärmeleitenden Werkstoff aufweist.

20. Verfahren nach Patentanspruch 15, wobei der Schritt, Wärme vom Elektronentarget (60) wegzutransportieren, außerdem ein Begrenzen der Temperatur bei einer Mehrzahl von Lagern (64) in einer Abstützung (72) auf nicht mehr als die Höhe der Lagerauslegungsgrenztemperatur umfasst.

21. Verfahren zum Zusammenbau einer Röntgenröhre (10), die einen Vakuumbehälter (44); einen Anodenaufbau (40);
einen Kathodenaufbau (42) und ein Wärmerohr (70) auf­ weist, mit den Schritten:
örtliches Festlegen des Vakuumbehälters (44); Ausrichten eines Anodenaufbaus (40) und eines Kathodenaufbaus (42) im Vakuumbehälter (44); und
Befestigen eines wärmerohrs (70) am Anodenaufbau (40).

22. Verfahren nach Patentanspruch 21, mit den Schritten:
Anordnen der Röntgenröhre in einer zum Verschiffen geeigneten Verpackung; und
Verschiffen der verpackten Röntgenröhre an einen vorbestimmten Ort.