DE1010657B

DE1010657B - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Roentgenroehre

Info

Publication number: DE1010657B
Application number: DEG14876A
Authority: DE
Inventors: Robert Godbarsen Jun
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1953-07-14
Filing date: 1954-07-13
Publication date: 1957-06-19
Also published as: US2809296A; US2909666A; DE1110769B; GB752971A; FR74415E; NL105205C; JPS3519055Y1; JPS325672B1; FR1167459A; GB780982A

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Röntgenröhre Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenanlagen, deren Röntgenröhre mit pulsierender Spannung betrieben wird. Im einzelnen bezieht sie sich auf eine Schaltungsanordnung, die die Röntgenröhre nach einer bestimmten, einstellbaren Bestrahlungsdosis, die einem hinter dem zu durchleuchtenden Objekt liegenden Film zugeführt worden ist, abschaltet.
Es sind Schaltungsanordnungen bekannt, die eine für Röntgenstrahlen empfindliche Zelle enthalten und eine der Strahlungsdosis entsprechende Aufladung eines Integrierkondensators bewirken. Beim Erreichen einer bestimmten Spannung wird eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre gezündet, welche ein Schaltschütz betätigt, das seinerseits die Stromzuführung zur Röntgenröhre unterbricht. Mechanische Schalter besitzen jedoch eine bestimmte Ansprechverzögerung; der Ausschaltvorgang muß also vor Erreichen der gewünschten Bestrahlungsdosis eingeleitet werden. Es ist auch bekannt, diese sogenannte Vorhaltezeit veränderlich zu machen. Dies ist deshalb nötig, da bei einer konstanten Vorhaltezeit vom Zeitpunkt der Einleitung des Abschaltvorgangs bis zur Auftrennung der Stromversorgung der Röntgenröhre je nach der Bestrahlungsstärke eine ganz verschiedene Strahlendosis auf den Film bzw. den Patienten fällt. Bei derartigen bekannten Geräten wurden jedoch Abweichungen der Belichtungszeit festgestellt, unter Bedingungen, die eigentlich eine gleiche Belichtungszeit hätten ergeben sollen. Zum Beispiel sollte ein dicker Patient bei höherer Anodenspannung der Röntgenröhre dieselbe Belichtungszeit ergeben, wie ein dünner Patient bei entsprechend niederer Anodenspannung. War das bekannte Dosimeter jedoch für dünne Patienten geeicht, so ergaben sich beim dicken Patienten unterbelichtete Aufnahmen.
Untersuchungen haben ergeben, daß dieser Fehler von einer Änderung der Kurvenform des einem Röntgenimpuls entsprechenden Photostroms herrührt. Während das Integral der durchgelassenen Röntgenenergie bei den beiden obenerwähnten Fällen gleichbleibt, ändert sich jedoch die Kurvenform. Die Kurvenform des Photostroms ist nämlich bei der der höheren Anodenspannung entsprechenden Strahlung, wenn sie durch einen dicken Patienten gefiltert wird, schmaler und spitzer als bei niederer Anodenspannung und dünnerem Patienten, wo sie dementsprechend breiter und flacher ist. Dies läßt sich dadurch erklären, daß die Strahlung der Röntgenröhre bei pulsierender Anodenspannung ja keineswegs monochromatisch ist, sondern am Anfang und am Ende des Impulses weicher ist als in der Mitte. Da die Strahlung um so weniger absorbiert wird, je härter sie ist, ergeben sich bei Änderung der Filter- (Patienten-) Dicke die obenerwähnten Änderungen der Kurvenform.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird dieser Fehler durch die alleinige Anwendung von integrierenden Bauelementen, die unabhängig von der Kurvenform des Photostroms arbeiten, vermieden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Röntgenröhre, welche pulsierende Energie liefert, bei welcher ein im Gitterkreis einer Gasschaltröhre liegender Kondensator unter dem Einfluß eines mit den Röntgenstrahlen beaufschlagten Detektors entsprechend den auf den Detektor auftreffenden Energieeinheiten aufgeladen wird und bei welcher die Gasschaltröhre um eine Zeitspanne, die gleich der Ausschaltverzögerung eines die Röntgenröhre abschaltenden mechanischen Schalters ist, vor dem Auftreffen einer bestimmten Zahl von Energieeinheiten auf den Detektor gezündet und dadurch die Ausschaltung der Röntgenröhre vorzeitig eingeleitet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ari die dem Gitter abgewendete Belegung des Kondensators ein weiterer Kondensator angeschlossen ist, der bei Einschaltung der Röntgenröhre auf eine Spannung von demselben Vorzeichen wie die am ersten Kondensator erzeugte Aufladespannung aufgeladen wird und sich während der Röntgenbestrahlung über eine Hochvakuumröhre entlädt und daß dieser Entladungsvorgang während der Pausen zwischen den Energielieferungszeiten der Röntgenröhre durch Verriegelung der Hochvakuumröhre unterbrochen wird.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird also sowohl die Ansprechverzögerung des Schaltschützes bzw. Relais, die in der Größenanordnung von 0,005 bis 0,01 Sekunden j e Relais betragen kann, eliminiert als auch die Vorhaltezeit entsprechend der Energie der pulsierenden Röntgenstrahlung geändert, ohne daß die spezielle Kurvenform der Röntgenstrahlimpulse von Einfluß ist.
Der Erfindungsgedanke soll nun an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert werden.
Fig. 1 zeigt ein Zeitmeßgerät mit einer von einem Integrationskondensator gesteuerten Gasentladungsröhre als Voraussetzung für die Wirkungsweise der Erfindung, Fig. 2 stellt das Verhalten des Integrationskondensators bei der Messung der Strahlenenergie bei verschieden starker Energielieferung dar, Fig. 3 bis 6 zeigen, wie der Integrationskondensator gemäß der Erfindung gesteuert werden soll, um die Ansprechverzögerungen der von der Gasentladungsröhre gesteuerten Bestandteile zu korrigieren, Fig. 7 zeigt ein Zeitmeßgerät gemäß der Erfindung, Fig. 8 bis 12 zeigen die Wirkungsweise des Systems nach Fig. 7 und Fig. 13 eine bevorzugte Form eines lichtempfindlichen Detektors für die Verwendung bei erfindungsgemäßen Einrichtungen.
Zur Veranschaulichung der Erfindung enthält Fig. 1 eine gewöhnliche Röntgenröhre 11 mit Kathode 12 und Anode 13 in einer evakuierten Röhre 14. Die Kathode 12 kann eine Glühkathode sein und wird über die Leitungen 15 von außen gespeist. Die Anode ist über die Leitung 16 angeschlossen. Bei Elektronenaufprall entstehen die Röntgenstrahlen 17.
Zum Betrieb der Röntgenröhre 11 ist die Leitung 16 und eine der Leitungen 15 an die Sekundärwicklung 18 eines Aufwärtstransformators 19 unmittelbar angeschlossen, wenn die Röhre als ihr eigener Gleichrichter arbeiten soll, oder über einen Gleichrichter R, wenn die Röhre mit doppelseitig gleichgerichtetem Strom versorgt werden soll.
Zur Erregung des Transformators 19 ist seine Primärwicklung 20 mit der Sekundärwicklung 21 eines Aufwärtstransformators 23 verbunden. Die Primärwicklung 24 ist an eine geeignete Spannungsquelle 25, vorzugsweise über einen Ausschalter 26, angeschlossen. Die Spannung zwischen Kathode und Anode soll vorzugsweise mittels eines verstellbaren Kontakts 27 auf der Wicklung 21 geregelt werden. Zur Speisung der Kathode 12 wird die Leitung 15 an eine Sekundärwicklung 28, vorzugsweise über den Schleifkontakt 29, angeschlossen.
Zur Einleitung und Beendigung der Röntgenstrahlerzeugung ist ein Schalter 30 an eine geeignete Stelle der Speiseeinrichtung eingefügt, und zwar vorzugsweise in den Primärkreis des Transformators 19. Der Schalter 30 ist ein normalerweise offener Relaisschalter, der durch eine Spule 31 geschlossen wird, solange diese erregt ist.
Der Röntgenstrahl 17 kann zur therapeutischen Bestrahlung eines Patienten 33 auf einem Behandlungstisch 34 dienen. Außerdem kann er auch zur Aufnahme eines Röntgenbildes dienen, wenn man einen Röntgenfilm 35, vorzugsweise in einer lichtdichten Kassette, unterhalb des Patienten 33 anordnet. Zu diesem Zweck kann auch eine sogenannte Bucky-Blende zwischen dem Patienten und der Kassette angebracht sein.
Im Interesse der Genauigkeit ist es zweckmäßig, sowohl zur Erhaltung optimal geschwärzter Filmbilder als zur Vermeidung einer zu starken therapeutischen Bestrahlung die Belichtungszeiten in Einheiten der Röntgenenergie zu messen. Bisher war es üblich, zur Bestimmung der Belichtungszeiten die Spannung der Röhre und die Kathodenheizleistung sehr genau einzustellen, um einen Röntgenstrahl von gewünschter Intensität zu erhalten, und diesen dann während einer bestimmten Zeit wirken zu lassen, um das zu bestrahlende oder abzubildende Objekt einer gewissen Energiemenge auszusetzen. Solche Belichtungen geschehen durch Erregung der Spule 31 während einer bestimmten Zeit unter der Steuerung durch einen speziellen Zeitmesser, so daß der Schalter 30 zu Beginn dieser Zeit geschlossen wird und derselbe oder gewünschtenfalls ein anderer Schalter zur Beendigung dieser Zeit geöffnet wird.
Dabei wird jedoch die gewünschte Belichtung in Energieeinheiten nur dann erreicht, wenn die Spannung an der Röhre und die Heizleistung sehr genau konstant sind. Eine Spannungsschwankung oder Heizleistungsschwankung während der Expositionszeit beeinflußt dagegen die gesamte gelieferte Röntgenenergie. Wenn daher die Expositionszeit zeitlich und durch die Belastung der Röntgenröhre festgelegt wird, muß man nicht nur die Spannung und den Strom der Versorgungsquelle 25 genau konstant halten, sondern auch die Schleifkontakte 27 und 29 sehr genau einstellen. Diese müssen nicht nur entsprechend der gewählten Expositionszeit, sondern mehr oder weniger empirisch, an Hand von Hilfstabellen, entsprechend der Größe, dem Gewicht, der Dicke und dem Material des zu durchleuchtenden Körpers eingestellt werden.
Röntgenstrahlenempfindliche Mittel können an beliebiger geeigneter Stelle im Strahlengang 17 angebracht werden. Man kann sie z. B. unterhalb des zu durchleuchtenden Körpers 33 anbringen, so daß die Strahlen zuerst den Körper 33 passieren. Diese Mittel können aus einem Detektor oder einer Zelle 38 bestehen, welche einen strahlenempfindlichen Halbleiter, z. B. Cadmiumsulfid oder Quecksilbersulfid oder Cadmiumselenid, enthält. Diese kristallinen Halbleiter haben einen genau proportional der sie treffenden Röntgenenergie veränderlichen Widerstand, und eine solche Zelle 38 ist daher in einen geeigneten Integrationskreis zur genauen Messung der die Zelle treffenden Röntgenenergie eingeschaltet.
Die Zelle 38 kann auch eine lichtempfindliche Zelle sein, welche die auf ein strahlenempfindliches Fluoreszenzmaterial 38' auftreffende Röntgenenergie in Einheiten des von diesem Material emittierten Lichtes mißt.
In beiden Fällen ist die Zelle 38 in ein elektrisches Übertragungssystem 41 für die Betätigung des Schalters 30 eingeschaltet, um diesen zur Beendigung der gemessenen Expositionszeit zu öffnen. Das System 41 enthält Mittel zur Integration der Ausgangsgröße des Detektors 38, um die gesamte während einer Expositionszeit gemessene Röntgenenergie zu messen und eine Schalteinrichtung 42 zur Ausschaltung der Röntgenröhre 11 bei Beendigung dieser Zeit zu betätigen. Zu diesem Zweck enthält das System 41 eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre 43 mit Kathode 44, Anode 45 und Steuergitter 46. Die Kathode und Anode liegen im Kreise einer Stromquelle 47 zusammen mit der Betätigungsspule 48 eines normalerweise geschlossenen Relaiskontaktes 49.
Das Steuergitter 46 der Röhre liegt in einem die Zelle 38 enthaltenden Kreis. Das Gitter 46 wird zur Steuerung der Röhre 43 entsprechend der gesamten in der Zelle 38 während der zu messenden Röntgenbelichtung fließenden Strommenge benutzt. Mit der Zelle 38 ist das Gitter über eine Leitung 40 verbunden. Der Gitterkreis enthält auch vorzugsweise eine Gleichspannungsquelle 50 und einen ver aeilbaren Widerstand 51. Ferner enthält er einen Integrati,D--c-#kondensator 52 zwischen dem Gitter 46 und einer geeigneten negativen Spannungsquelle 53.
Die Röhre 43 stellt eine Auslöseeinrichtung dar, die zur Speisung der Betätigungsspule 48 aus der Stromquelle 47 stromdurchlässig wird, wenn die Spannung zwischen Gitter und Kathode einen kritischen Wert, z. B. - 2 V, am Gitter gegenüber der Kathode erreicht. Diese kritische Spannung hängt von der betreffenden Röhre ab. Solange die Spannung am Gitter 46 negativer ist, bleibt die Röhre gesperrt. Parallel zum Integrationskondensator 52 liegt ein normalerweise geschlossener Kontakt 54. Solange dieser geschlossen ist, wird eine stärkere negative Spannung als die Zündspannung dem Gitter 46 zugeführt. Der Kondensator 52 ist während seines Kurzschlusses über den Kontakt 54 unwirksam.
Es ist eine Einrichtung zur Öffnung des Kontaktes 54 gleichzeitig mit der Schließung des Schalters 30 bei Beginn der Expositionszeit vorgesehen. Wenn der Kontakt 54 öffnet, ist der Kondensator 52 ungeladen und seine gitterseitige Belegung liegt auf dem Potential der Spannungsquelle 53. Von der Zelle 38 fließt über die Leitung 40 ein Strom zur oberen Belegung des Kondensators 52, und diese Belegung wird daher immer positiver. Nach einer von der Größe dieses Stromflusses, von der Kapazität des Kondensators 52 sowie von der bei Schließung des Kontaktes 54 dem Gitter zugeführten negativen Vorspannung abhängigen Zeit kommt das Gitter auf seine Zündspannung.
Dieser Vorgang am Gitter wird zur Schaltung der Röntgenröhre 11 benutzt. Dies geschieht mit einer Relaisanordnung 55, die eine Betätigungsspule 56, zwei normalerweise offene Kontakte 57 und 58 und den normalerweise geschlossenen Kontakt 54 enthält. Durch Erregung der Spule 56 wird der Kontakt 54 geöffnet und bleibt bis zur Entregung der Spule geöffnet. Die Kontakte 57 und 58 bleiben bis zur Entregung der Spule geschlossen. Die Spule 56 ist in Reihe mit einem normalerweise offenen Kontakt 59, vorzugsweise einem Druckknopfschalter, an die Stromquelle 25 angeschlossen. Der normalerweise offene Kontakt 57 ist in Serie mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 49 und der Spule 31 sowie der Spannungsquelle 25 geschaltet. Der normalerweise offene Kontakt 58 liegt im Anodenkreis der Röhre 43 in Serie mit der Spannungsquelle 47 und der Spule 48.
Um die Röntgenröhre il einzuschalten, wird der Druckknopfschalter 59 geschlossen und dadurch die Spule 56 erregt, so daß der Kontakt 54 öffnet und die Kontakte 57 und 58 schließen. Dadurch schließt der Kontakt 57 einen Kreis über den dann geschlossenen Kontakt 49 und die Spule 31, so daß sich der vorher offene Kontakt 30 schließt und die Röntgenröhre einschaltet. Die Röntgenröhre bleibt dann in Betrieb, bis der zu durchleuchtende Körper 33 eine bestimmte Belichtung in Energieeinheiten der Röntgenstrahlen erfahren hat. Sodann zündet die Röhre 43 unter dem Einfluß des Integrationskondensators 52. Durch Zündung der Röhre 43 wird ein Betätigungskreis über den dann geschlossenen Kontakt 58 geschlossen, so daß die Spule 48 erregt wird und den Erregerkreis der Spule 31 am Schalter 49 öffnet. Durch diese Entregung der Spule 31 wird der Kontakt 30 geöffnet und schaltet somit die Anodenspannung von der Röntgenröhre ab, so daß die Röntgenstrahlen unterbrochen werden.
Zur Kompensation der Ansprechverzögerung des Steuerschalters wird die Zündung der Röhre 43 vorverlegt, so daß die Röntgenbestrahlung genau zur Beendigung der vom Kondensator 52 gemessenen Belichtungsdauer ihr Ende findet. Dieser Vorgang wird durch Veränderung der Vorspannung der Spannungsquelle 53 während der Expositionszeit erreicht, wodurch der Aufladebereich des Kondensators 52 so beeinflußt wird, daß bei jeder Größe des Kondensatorladestroms und jeder Dauer des gemessenen Intervalls die Röhre 43 schon so viel vor der Beendigung des gemessenen Intervalls zündet, daß die Ansprechverzögerung des von der Röhre 43 gesteuerten Relaisschalters kompensiert wird.
Die Rufladung des Kondensators 52 bei Lieferung einer konstanten Vorspannung durch die Spannungsquelle 53 ist in Fig. 2 über der Zeit zwischen der Ladung Null beim Vorhandensein der Spannung 53 auf beiden Kondensatorbelegungen und der Erreichung der kritischen Zündspannung der Röhre 43 dargestellt. Die Aufladekurven des Kondensators beziehen sich auf verschiedene Größen des vom Detektor 38 über die Leitung 40 gelieferten Ladestroms. Der dem Kondensator 52 zugeführte Ladestrom hängt von der Intensität der Röntgenstrahlen 17 ab, von dem Abstand zwischen der Röntgenröhre und dem Detektor, von der Dicke und Beschaffenheit des Objektes 33 und damit von der Absorption der Röntgenstrahlen in diesem Objekt.
Die verschiedenen Linien I1 bis Ilo in Fig. 2 stellen die Ladekurven des Kondensators 52 bei verschiedenen Röntgenintensitäten dar. Die Linie I1 entspricht der Kondensatoraufladung bei verhältnismäßig hoher Intensität, bei welcher der Detektor 38 einen so großen Ladestrom liefert, daß der Kondensator innerhalb eines einzigen Röntgenimpulses bis auf die Zündspannung geladen wird. Die Linien I2 bis Ilo entsprechen solchen Ladekurven, daß bei der betreffenden Intensität der Kondensator in zwei bis zehn Impulsen auf die Zündspannung geladen wird. Die Linien 11 bis ho enthalten j e einen oder mehrere Teile, welche strahlungslosen Intervallen der Röntgenröhren entsprechen, während derer dei Kondensator daher keine Ladung empfängt.
Die Ansprechverzögerung der Relaiskontakte 30 und 49 kann empirisch bestimmt werden und beträgt etwa 0,01 bis 0,02 Sekunden, wenn zwei nacheinander ansprechende Relais vorhanden sind. Vom Punkt der Linien Il bis I'°, der der Zündung der Röhre entspricht, d. h. vom Punkt voller Ladung des Kondensators, kann im Abstand von beispielsweise 0,01 Sekunden eine Reihe von Punkten P"2 bis Palo .eingetragen werden, welche die dem Röhrengitter 46 um 0,01 Sekunden vor der Rufladung auf die Zündspannung entsprechende Spannung darstellen. Ebenso kann durch Messung eines Abstandes von 0,009 Sekunden vom Zündpunkt auf den Linien Il bis Ilo eine Reihe von Punkten P,1 bis Pblo eingetragen werden. Es können auch Punkte, die einer anderen empirisch bestimmten Ansprechverzögerung entsprechen, auf den Linien Il bis Ilo eingetragen werden.
In einem von einer Gasentladungsröhre betätigten Relaissystem mit Relais einer Ansprechverzögerung von 0,009 Sekunden würde diese Verzögerung kompensiert werden, wenn die Gasentladungsröhre an den Punkten Pb2 bis Pblo gezündet werden würde. Der geometrische Ort der Punkte Pbl, bis Pblo ist nur eine Funktion der Zeit. Wenn daher die Zündspannung der Gasentladungsröhre entsprechend dieser Kurve beeinflußt werden könnte, würde eine Kompensation der Ansprechverzögerung erzielt werden. Man kann nun eine solche Beeinflussung erreichen, wenn man die Vorspannung am zweiten Steuergitter einer Vierpolröhre geeignet beeinflußt. Vorteilhafterweise wird aber die gewünschte Beeinflussung durch Veränderung der durch die Spannungsquelle 53 bewirkten Gittervorspannung an der vom Gitter abgewendeten Belegung des Integrationskondensators vorgenommen.
Um den ungefähren Verlauf dieser Vorspannungsbeeinflussung zu ermitteln, können die Impulspausen, in denen keine Emission stattfindet, aus der Kurve 2 entfernt werden, so daß die Kurve nach Fig. 3 entsteht, welche die Linien Il bis Ilo ohne die strahlungslosen Intervalle zeigt und als gekrümmte Linien a und b die geometrischen Orte der Punkte P"2 bis Pdlo sowie der Punkte Pbl bis Pbio. In gleicher Weise kann der geometrische Ort der Gitterspannungen bestimmt werden, um die Ansprechverzögerung zu berücksichtigen.
Die zur Steuerung der Gasentladungsröhre entsprechend dem Ort der Punkte Pb2 bis Pblo erforderliche veränderliche Spannung an der vom Gitter abgewendeten Belegung des Kondensators 52 ist in Fig. 4 als die Kurve Vb eingezeichnet. Die Gleichung für diese Kurve ist in welcher Yb .max die Maximalspannung der Spannungsquelle 53 ist, T die verstrichene Zeit und K die zu kompensierende Ansprechverzögerung, die durch Subtraktion dieser Verzögerung von jeder Belichtungszeitmessung zu berücksichtigen ist. Die Ansprechverzögerung beträgt etwa 0,01 bis 0,02 Sekunden.
Da der Kondensator 52 seinen Ladestrom vom Detektor 38 mit Unterbrechungen empfängt, wenn die Röntgenstrahlung impulsförmig erfolgt, soll die Vorspannung V, der vom Gitter abgewendeten Kondensatorbelegung intermittierend zugeführt werden, so daß die Spannung V, sich nur während der Dauer der Röntgenimpulse ändert und in den Pausen zwischen den Röntgenimpulsen konstant bleibt, wie in Fig. 4 durch die treppenähnliche Kurve Vb angedeutet. Diese Kurve setzt sich aus Teilen der Kurve Yb und dazwischenliegenden Ästen mit je konstanter Amplitude zusammen.
Fig. 4 zeigt auch die treppenartigen Linien I5 und 11o, welche zwei Ladegeschwindigkeiten aus Fig.2 entsprechen. Die Kondensatoraufladungen sind durch die am Gitter liegenden negativen Spannungen an der gitterseitigen Kondensatorbelegung dargestellt. Wenn man die Ordinaten der Linien 15 und h° zu denjenigen der Kurve VJ addiert, so entstehen die Linien I"5 und Iblo, welche die Spannung am Gitter darstellen, welche bei der Aufladung des Kondensators seitens des Detektors 38 entsteht, wenn die veränderliche Spannung V, an der vom Gitter abgewendeten Kondensatorbelegung liegt.
Die gewünschte veränderliche Vorspannung entsprechend dem geometrischen Ort der Punkte P,2 bis P,1° in Fig. 3 und nach der Kurve V, in Fig. 4 kann mittels einer Schaltungsanordnung 60 mit einem Kondensator 61 und einem Widerstand 62 (Fig. 7) an der Spannungsquelle 53 erzeugt werden. Dabei wird mittels einer Schaltröhre 63 der Kondensator 61 von der Ladespannung in der Pause zwischen den Röntgenimpulsen abgeschaltet.
Die Größe des Kondensators und Widerstandes in der Schaltungsanordnung 60 kann so gewählt werden, daß die tatsächlich von der Spannungsquelle 53 auf die vom Gitter der Röhre 43 abgewendete Belegung des Kondensators 52 gelieferte Spannung möglichst gut der Kurve V, in Fig. 4 entspricht. Die Gleichung einer Exponentialkurve der einfachsten Form für einen Widerstand und einen Kondensator ist wobei R und C die Größen des Widerstandes 62 und Kondensators 61 bedeuten und V, eine Größe ist, die von dem Anfangspunkt der Exponentialkurve abhängt. Die obige Exponentialfunktion kann mit der Kurve Vb gut zur Übereinstimmung gebracht werden, wie durch die Kurve AVb in Fig. 4 und 5 angedeutet ist, wenn man die Größen R, C, Vb max und Va geeignet wählt. In Fig. 5 zeigt die Treppenkurve AVb die tatsächliche seitens der Spannungsquelle 53 der vom Gitter der Röhre 43 abgewendeten Belegung des Kondensators 52 zugeführte Spannung gemäß der in Fig. 7 gezeigten Schaltung.
Man sieht, daß die Funktion AVb die gewünschte theoretische Funktion V, in Fig. 4 nicht vollständig annähert. Man kann aber die Größen von R, C; V, und V b nzax so wählen, daß die Funktionen AVb und Vb in einem großen Bereich genau übereinstimmen. Wie in Fig. 4 dargestellt, fallen die Kurven zwischen den Zeiten 0,0125 bis 0,025 Sekunden gut zusammen. Man kann jedoch die Größen von R, C, Vb und V, ,max so wählen, daß eine genaue Übereinstimmung der Funktionen von Vb und AVb in einem gewünschten Bereich innerhalb der gemessenen Zeit vorhanden ist.
Wie in Fig. 7 dargestellt, enthält die Spannungsquelle53 einen Doppelweggleichrichter 64 mit einer Elektronenröhre 65, einem Transformator 66 mit einer Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung und einer Primärwicklung parallel zur Wicklung 20 des Transformators 19 und ist daher aus derselben Spannungsquelle gespeist wie die Röntgenröhre. Die gleichgerichtete Spannung der Spannungsquelle 53 liegt über ein Filter mit den Kondensatoren 67 und 68, den Widerständen 69 und 70 und über ein Potentiometer 71 an einer Speiseklemme 72 gegenüber Erde. Von dort wird die Spannung über die Schaltröhre 63 und den Widerstand 62 zu der vom Gitter der Röhre 43 abgewendeten Belegung des Kondensators 52 geliefert. Die Vorspannung gelangt ferner von der Klemme 72 über einen Widerstand 73 zur einen Klemme 75 eines Belastungswiderstandes 74, dessen andere Klemme geerdet ist, so daß am Punkt 75 eine zweite Vorspannung vorhanden ist, welche wesentlich geringer ist als die an der Klemme 72. Diese Hilfsspannungsquelle 75 ist mit der vom Gitter der Röhre abgewendeten Belegung des Kondensators 52 über einen normalerweise geschlossenen Schalter 76, der mit dem Kurzschlußschalter 54 zugleich betätigt wird, verbunden.
Im Ruhezustand der Schaltungsanordnung sind die Kontakte 54 und 76 geschlossen, und von der Klemme 75 wird eine negative Vorspannung über die normalerweise geschlossenen Kontakte 54 und 76 an das Gitter und an beide Belegungen des Kondensators 52 gelegt. Nach Schließung des Druckknopfschalters 59 zur Einleitung der Exposition öffnen die Kontakte 54 und 76 und trennen die Vorspannungsquelle 75 vom Kondensator 52 ab, so daß dieser zu intregieren beginnen kann. Es wird jedoch dann bei Schließung der Schaltröhre 63 eine wesentlich größere Vorspannung von der Klemme 72 an die vom Gitter der Röhre 43 abgewendete Belegung des Kondensators 52 gelegt. Diese Spannung erreicht wegen des Zeitkonstantengliedes 60 nicht sofort ihren vollen Wert, sondern nimmt vielmehr an dieser Belegung des Kondensators 52 nach der Exponentialkurve in Fig. 5 ab. Infolgedessen zündet die Röhre 43 bei der Ladung des Kondensators 52 aus dem Detektor 38 in der gewünschten Weise.
Da jedoch der Ladestrom nach Fig. 2 an dem Kondensator 52 in Form von getrennten Impulsen, zwischen denen stromlose Pausen liegen, geliefert wird, muß man statt der kompensierenden Vorspannung AVb die Spannung nach der Kurve AVb in Fig. 5 zuführen. Man muß auch die Korrekturvorspannung vom Kondensator 61 in der Pause zwischen den Impulsen abtrennen, um in diesen Pausen eine exponentielle Änderung der Kondensatorladung zu vermeiden, damit keine Fehler auftreten. Wenn die exponentiell veränderliche Vorspannung in den Impulspausen nicht abgeschaltet werden würde, würde die Spannung am Gitter nach den punktierten Linien in Fig. 6 verlaufen, da sich die Vc rspannung an der vom Gitter abgewendeten Kondensatorbelegung dann auch während der Impulspausen ändern würde. Wenn die die Ansprechverzögerung berücksichtigende und korrigierende Vorspannung in dem ganzen zu messenden Zeitintervall vorhanden wäre, würde die Spannung, um die der Kondensator geladen werden würde, wie in Fig. 6 angedeutet, erhöht werden, so daß die die Gasentladungsröhre steuernde Spannung erst nach erheblich längerer Zeit als nach Emission der gewünschten Röntgenenergie erreicht werden würde. Es ist daher, wie in Fig. 7 dargestellt, eine Einrichtung 77 zur Steuerung der Schaltröhre 63 vorgesehen, damit die Einschaltung der exponentiell verlaufenden Vorspannung nur während der Röntgenimpulse erfolgt.
Zu diesem Zweck ist der Detektor 38 gemäß Fig. 13 durch eine Photozelle mit der Anode A, einer lichtempfindlichen Kathode C und einer Mehrzahl von Dynoden Dl bis D9 ergänzt. Die Dynoden Dl bis D$ sind durch Widerstände miteinander verbunden und die Dynode Dl mit der Kathode C ebenfalls über einen Widerstand. Die Kathode der Photoröhre ist gemäß Fig. 7 über eine Leitung 78 mit einer verhältnismäßig hohen negativen Spannung 79 verbunden, vorzugsweise über einen einstellbaren Widerstand 80. Die Anode der Detektorröhre ist über eine Leitung 81 mit dem Übertragungssystem 77 verbunden, um dieses entsprechend den Röntgenimpulsen zu steuern. Die letzte Dynode Da ist mit der gitterseitigen Belegung des Integrationskondensators 52 über die Leitung 40 verbunden, während die Dynode D$ z. B. über die Leitung 82 mit einer Quelle 83 von niedriger negativer Spannung verbunden ist.
Die Schaltungsanordnung 77 enthält eine Reihe von Trioden V1, V2, V3 und V4, von denen die letzte die Schaltröhre 63 darstellt. Die Anoden der Röhren V1, VZ und V3 und die Anode der Photoröhre 38 sind mit einer Quelle 84 von verhältnismäßig niedriger positiver Spannung über die Widerstände R1, R2, R3 und R4 verbunden. Die Anode der Röhre V4 ist mit den zusammengeschalteten Belegungen der Kondensatoren 52 und 61 über einen verstellbaren Widerstand 62 verbunden. Die Kathoden der Röhren V1 bis V4 sind geerdet.
Das Steuergitter der Röhre V1 ist mit der Anode der Photoröhre 38 über einen Kondensator 85 und mit Erde über einen Widerstand 86 und eine parallel dazu liegende Diode 87 verbunden. Das Gitter der Röhre VZ ist mit der Anode der Röhre V1 über einen Widerstand 88 und einen dazu in Reihe liegenden Kondensator 89 verbunden. Die negative Spannungsquelle 83 ist über die in Serie geschalteten Widerstände 90 und 91 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 88 und Kondensators 89 verbunden, wobei zum Widerstand 91 eine Diode 92 parallel liegt und der Verbindungspunkt der Widerstände 91 und 90 über einen Widerstand 93 geerdet ist.
Das Steuergitter der Röhre V3 wird mit der Anode der Röhre V2 über einen Kondensator 94 verbunden. Dieses Steuergitter ist außerdem über einen Widerstand95 und eine zu ihm parallel liegende Diode 96 geerdet. Das Steuergitter der Schaltröhre V4 wird mit der Anode der Röhre V3 über einen Widerstand 97 und einen Kondensator 98 verbunden. Zwischen die Kathode der Schaltröhre V4 und die mit dem Kondensator 98 verbundene Klemme des Widerstandes 97 wird Spannung mittels eines Transformators 99 mit der Primärwicklung 100 aus der Spannungsquelle 25 gelegt. Die Sekundärwicklung 101 kann die Heizenergie für die Röhren V1 bis V4 liefern. Die eine Klemme der Sekundärwicklung 101 wird über einen Widerstand 102 mit der dem Widerstand 97 und dem Kondensator 98 gemeinsamen Klemme verbunden, wobei dem Widerstand 102 noch eine Diode 103 parallel liegt. Die andere Klemme der Wicklung 101 wird über eine Diode 104 und einen dazu in Serie liegenden Widerstand 105 mit der Kathode der Schaltröhre V4 verbunden und ein Kondensator 106 zwischen die transformatorseitigen Enden der Widerstände 102 und 105 gelegt. Ein Widerstand 107 liegt zwischen dem transformatorseitigen Ende des Widerstandes 102 und dem vom Transformator abgewendeten Ende des Widerstandes 105.
Wenn die Röntgenstrahlenimpulse auf die Detektorröhre 38 auffallen, laufen entsprechende Stromimpulse von der Dynode De zur Anode der Photoröhre und über den Widerstand R1 zur Spannungsquelle 84 und erzeugen entsprechende Spannungsimpulse am Widerstand R1. Die Spannung am unteren Ende des Widerstandes R1 fällt also periodisch unter die Spannung 84, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Diese Spannungsschwankung wird über den Kondensator 85 auf das Gitter der Röhre V1 übertragen und hat dort den in Fig. 9 gezeichneten Verlauf. Die Röhre V1 führt vor einem Röntgenstrahlenimpuls Strom wegen des Vorhandenseins der Diode 87 und weil kein Spannungsabfall am Widerstand 86 besteht. Das Gitter von V1 liegt somit auf Kathodenpotential, so daß die Röhre Strom führt.
Wenn die Spannung am Widerstand Rl während eines Röntgenstrahlenimpulses über den Kondensator 85 auf das Gitter von V1 kommt,. entsteht am Widerstand 86 ein Spannungsabfall, der das Gitter von V1 negativ macht und den Strom dieser Röhre vermindert. Diese Spannungsabsenkung reicht jedoch nicht aus, um die Röhre völlig zu sperren, und daher sind die Röhren VZ und V3 als Verstärkerröhren vorgesehen, um die Signalamplitude zu erhöhen, so daß die Röhre V4 bei Beginn eines Röntgenstrahlenimpulses durchlässig und bei seiner Beendigung gesperrt wird. Die Fig. 10 bis 12 zeigen die Wirkungsweise der Röhren V2 bis V4. Die Röhren VZ und V3 liefern eine Verstärkung, werden aber bei Beginn und bei Beendigung eines Röntgenstrahlenimpulses nicht sofort stromdurchlässig bzw. stromundurchlässig.
Die Änderung der Anodenspannung der Röhre V1 gelangt über den Kondensator 89 auf das Gitter von V2. Wenn der Röntgenstrahlenimpuls auf seinem Maximum ist, ist die Röhre VZ maximal stromdurchlässig und die Spannung an ihrer Anode ein Minimum, Diese Spannungsänderung gelangt über den Kondensator 94 auf das Gitter der Röhre V3, um deren Leitfähigkeit beim Maximum des Röntgenstrahlenimpulses zu vermindern. Die Anodenspannung von V3 ist daher ein Maximum. Diese wird über den Kondensator 98 dem Gitter der Schaltröhre V4 zugeführt, um sie während der Dauer der Röntgenstrahlenimpulse zu öffnen und in den Pausen zu sperren.
Die Röhre V2 muß also während der Impulspausen wenig Strom führen. Ihre Gitterspannung muß daher während dieser Pausen negativ sein. Die negative Spannung wird aus der Spannungsquelle 83 über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 90 bis 93 und der Diode 92 gewonnen. Die Diode 92 dient ebenso wie die Dioden 87, 96 und 103 zur Wiedereinführung der Gleichstromkomponente, d. h., sie läßt Spannungsänderungen bei Beginn und Beendigung des Impulses voll auf das Gitter der zugehörigen Röhre einwirken und verhindert, daß diese Gitter die umgekehrte Polarität annehmen.
Um die negative Gitterspannung an der Röhre V4 sicherzustellen und einen Stromdurchgang durch diese Röhre während der Impulspausen zu vermeiden, ist dieses Gitter über die Widerstände 97 und 102 und die Diode 103 an dem Verbindungspunkt von Widerstand 102 und Diode 103 mit dem Kondensator 106 und dem Widerstand 107 angeschlossen. Dieser Verbindungspunkt ist negativ gegenüber der Kathode der Röhre V4 um den am Widerstand 107 erzeugten Spannungsabfall. Dieser rührt von der Gleichrichtung der Spannung des Transformators 99 in der Diode 104 her, wobei die Gleichspannung am Kondensator 106 entsteht. Die Widerstände 105 und 107 wirken als Spannungsteiler. Wenn der Strahlendetektor aus Fluoreszenzmaterial 38' für die Photoröhre besteht, so können Fehler in der Zeitmessung wegen der langen Abklingzeitkdnstante des Fluoreszenzmaterials 38' entstehen. Gewöhnliche Flixoreszenzmaterialien haben Abklingzeitkonstanten, die ihre Verwendung zurMessungvon Zeitenvon etwa0,1 Sekunden oder mehr erlauben, jedoch ist das Nachleuchten nach dem Verschwinden des Röntgenimpulses so groß, daß bei kurzen Belichtungszeiten Fehler bei der Integration entstehen können.
Wegen des Nachleuchtens des Fluoreszenzmaterials kann somit auf die Detektorröhre 38 noch zu Beginn der Pause zwischen Röntgenstrahlenimpulsen Licht auffallen. Die große Abklingzeitkonstante von gewöhnlichem Fluoreszenzmaterial kann somit zur Lieferung eines größeren Stromes seitens der Detektorröhre 38 führen, als wenn die Zeit der Lichtemission des Elementes 38' genau der Röntgenbestrahlungszeit entsprechen würde. Wenn die gemessene Belichtungszeit genügend lang ist und mehrere aufeinanderfolgende Röntgenimpulse enthält, können die Integrationsfehler durch das Nacldeuchten durch Einregeln der der Gasentladungsröhre aus der Spannungsquelle 53 zugeführten Vorspannung kompensiert werden, da über mehrere Röntgenstrahlenimpulse der Fehler direkt proportional der Länge der gemessenen Zeit wird.
Wenn jedoch die Expositionszeit weniger als 0,1 Sekunden beträgt, was weniger als zwölf Impulsen entspricht, bei einer Röhre, die mit einer doppelseitig gleichgerichteten 60-Hz-Spannung betrieben wird, so wird der Fehler durch das Nachleuchten des Elementes 38' beträchtlich. Der Fehler nimmt außerdem zu, wenn die Expositionszeit sinkt und nimmt eine bis zum gewissen Grade unbestimmte Größe an, die von der Lage des Beendigungszeitpunktes der Expositionszeit zu der Netzperiode abhängt. Wenn daher die Röntgenröhre mit Expositionszeiten von etwa 0,1 Sekunden oder weniger betrieben wird und insbesondere bei Benutzung des Zeitmessers für etwa 1/3o Sekunde und weniger, so soll das Element 38' ein Fluoreszenzmaterial wie Calciumwolframat mit sehr kurzem Nachleuchten enthalten, d. h. ein Material, dessen Lumineszenz innerhalb 1/100o Sekunde nach Beendigung der Röntgenbestrahlung abgeklungen ist. .
Bei so kurzen Abklingzeiten ist es wünschenswert, die Änderungen in der Anoden-Kathoden-Spannung der Röntgenröhre zu kompensieren. Zu diesem Zweck wird der Transformator 66 von einem Anzapfkontakt der Sekundärwicklung 21 gespeist, der die Spannung zwischen Kathode und Anode der Röntgenröhre liefert.
Die Ausgangsspannung des Transformators 66 wird doppelseitig gleichgerichtet und dem Filter mit den Kondensatoren 67 und 68 und dem Widerstand 69 zugeführt. Die Spannung am Kondensator 68 liegt am Widerstand 70 und Potentiometer 71, wobei das positive Ende des Widerstandes 70 geerdet ist, so daß die am Potentiometer 71 abgegriffene Spannung negativ ist. Diese Spannung wird als -volle Vorspannung benutzt, d. h. als die in Fig. 2 bis 6 mit 100 0/0 bezeichnete Vorspannung. Diese volle Vorspannung ist über die Widerstände 73 und 74 an Erde gelegt, die vorzugsweise gleich groß sind, so daß an der Klemme 75 eine Spannung von 50 0/0 der zu Beginn der Zeitmessung dem Gitter der Gasentladungsröhre zugeführten Spannung auftritt. An Stelle der Widerstände 73 und 74 kann auch ein einstellbares Potentiometer treten, um eine Spannungsregelung an der Klemme 75 zu ermöglichen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Röntgenröhre, welche pulsierende Energie liefert, bei welcher ein im Gitterkreis einer Gasschaltröhre liegender Kondensator unter dem Einfluß eines mit den Röntgenstrahlen beaufschlagten Detektors entsprechend den auf den Detektor auftreffenden Energieeinheiten aufgeladen wird und bei welcher die Gasschaltröhre um eine Zeitspanne, die gleich der Ausschaltverzögerung eines die Röntgenröhre abschaltenden mechanischen Schalters ist, vor dem Auftreffen einer bestimmten Zahl von Energieeinheiten auf den Detektor gezündet und dadurch die Ausschaltung der Röntgenröhre vorzeitig eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die dem Gitter (46) abgewendete Belegung des Kondensators (52) ein weiterer Kondensator (61) angeschlossen ist, der bei Einschaltung der Röntgenröhre (11) auf eine Spannung von demselben Vorzeichen, wie die am ersten Kondensator (52) erzeugte Aufladespannung aufgeladen wird und sich während der Röntgenbestrahlung über eine Hochvakuumröhre (63) entlädt und daß dieser Entladungsvorgang während der Pausen zwischen den Energielieferungszeiten der Röntgenröhre durch Verriegelung der Hochvakuumröhre unterbrochen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 947 435.