DE1015547B - Roentgenroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bekanntlich wird im Brennfleck einer Röntgenanode neben den erwünschten Röntgenstrahlen sehr viel Wärme erzeugt. Da der Brennfleck als Röntgenstrahlenquelle im allgemeinen nur eine beschränkte Ausdehnung haben darf und da ferner die erzeugten Röntgenstrahlen vom Brennfleck nach allen Seiten gerichtet sind, bestehen bei der Konstruktion von Röntgenröhren zwei wesentliche Probleme: einmal die Kühlung der Anode, zum anderen die Ausnutzung eines möglichst großen Anteils der von den Elektronen im Brennfleck erzeugten Röntgenstrahlen in einem möglichst kleinen Raum.

Zur Lösung des ersten Problems geht man, wenn eine hohe Dosisleistung erwünscht ist, in der Weise vor, daß man die Anode beweglich, z. B. rotierend, baut, so daß der Brennfleck auf der Anode wandert (Drehanodenröhre). Ferner kann man die bewegte Anode von innen mit einem Kühlmedium durchspülen (z.B. durchspülte Drehanodenröhre; s. O. Heuse, Zeitschrift für angew. Physik, Bd. 5, 1953, S. 361 bis 363).

Ein wesentlicher Nachteil solcher und ähnlicher Konstruktionen liegt darin, daß der Nutzraum einen gewissen Abstand vom Brennfleck haben muß, nämlich mindestens den Abstand vom Brennfleck bis zum Röhrenfenster, und daß daher wegen des etwa quadratischen Abfalls der Dosisleistung mit der Entfernung vom Brennfleck eine relativ geringe Dosisleistung der Nutzung zur Verfügung steht.

Dieser Nachteil wird zwar bei den sogenannten Hohlanodenröhren (Röhren mit durchstrahlter Anode) in weitem Maße vermieden. Hier läßt man die Elektronen auf eine Anodenmembran prallen, welche gleichzeitig das Strahlenaustrittsfenster der Röhre darstellt. Im allgemeinen ist die Anodenmembran durch einen Flüssigkeitsstrom gekühlt, welcher durch ein zweites (Außen-) Fenster begrenzt ist. Bei dieser Anordnung stehen fast die gesamten nach außen gerichteten Röntgenstrahlen in einem verhältnismäßig kleinen Raum der Nutzung zur Verfügung. Mit anderen Worten, die Röntgenstrahlen haben in der Nähe des Außenfensters auf Grund der geometrischen Anordnung (geringer Abstand des Nutzraumes vom Brennfleck) eine besonders hohe Dosisleistung. Solche Röhren sind aber auf geringe Leistung beschränkt, da die Wärmekonstanten des Anodenmaterials und die Wärmeübergangszahl an der Kühlfläche dem Wärmefluß vom Brennfleck in das Kühlmedium eine Grenze setzen.

Ferner ist es bekannt, bei einer abgeschmolzenen Röntgenröhre mit bewegbarer, durchstrahlter Anode die Bewegbarkeit der Anode gegenüber der Kathode durch ein Tombakrohr zu ermöglichen. Eine derartige Röntgenröhre ist jedoch für praktische Bedürfnisse Röntgenröhre

Anmelder:

Max-Planck-Gesellschaft

zur Förderung der Wissenschaften e.V.,

Göttingen, Bunsenstr. 10

Dr. Otto Heuse, Kronberg {Taunus),
ist als Erfinder genannt worden

nicht verwendbar, da das Tombakrohr auf jeden Fall keine große Lebensdauer besitzt. Dies dürfte auch der Grund sein, warum derartige Röntgenröhren zumindest keinen Eingang in die Praxis gefunden haben. Demgegenüber vermeidet die erfindungsgemäße Röntgenröhre nicht nur die vorstehend genannten Mängel, sondern bringt sogar den weiteren nicht zu unterschätzenden Vorteil, daß eine höhere Belastbarkeit als bei bisher bekannten Röntgenröhren erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist bei der Röntgenröhre nach der Erfindung, daß relativ hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten der bewegbaren Anode erreichbar sind und daß der Brennfleck — bezogen auf die Rotationsachse — praktisch beliebig exzentrisch angeordnet werden kann.

Bei einer Röntgenröhre, bei der die Anode relativ zur Kathode bewegbar angeordnet ist und bei der die nutzbaren Röntgenstrahlen durch die Anode hindurch in den Nutzraum treten, ist erfindungsgemäß die als rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgebildete Anode mit einem feststehenden, die Kathode tragenden und mit der Anode gleichachsigen rotationssymmetrisehen Körper durch eine die Relativbewegung der Anode ermöglichende Vakuumdichtung drehbar verbunden. Dadurch erreicht man sowohl eine wirksame Anodenkühlung als auch einen geringen Abstand des Nutzraumes vom Brennfleck.

In den Fig. 1 bis 4 sind einige Ausführungsbeispiele für eine Röntgenröhre gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

In Fig. 1 ist ein Teil einer rotierenden Anode 1 als Hohlzylinder 2 ausgebildet, auf dessen Seitenwand sich der Brennfleck 3 befindet. Zwischen dem die Kathode 4 tragenden Körper 5 und dem Anodenzylinder 2 befindet sich eine Dichtung 6 aus Manschetten. Stopfbuchsen, Schliffe od. dgl. lassen sich ebenfalls als Dichtung verwenden. Zur Evakuierung

709 696/258

wird bei 7 eine Pumpe ander Röntgenröhre
geschlossen.

Man kann aber auch die rotierende Anode 11, wie Fig. 2 zeigt, als Trommel 12 ausbilden, auf die zur Aufnahme des Brennflecks 3 eine Membran 13 aufgespannt ist. Dies hat den Vorteil, daß man die Membran 13 leicht auswechseln kann, wenn ein anderes 'Anodenmaterial erwünscht wird oder die Membran zerstört wurde. Zur Aufnahme des Atmosphärendruckes, welcher auf der Anodenmembran lastet, kann man die Membran 13 von innen oder außen abstützen, z. B. innen durch einen aus schmalen Leisten gebildeten Gitterrost, der an der Membran anliegt.

Besonders vorteilhaft sind die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen. Atmosphärenseitig ist vor der zu kühlenden Anodenfläche eine zweite, im wesentlichen äquidistante Fläche 15 (Außenfensterfläche) angeordnet, relativ zu der sich die zu kühlenden Anodenfläche bewegt und die zur Führung eines Kühlmediums 16 dient. Im allgemeinen wird diese Außenfensterfläche 15 als Bestandteil des ruhenden Gehäuses der Röhre ausgebildet sein. Fließt nun das Kühlmedium 16 zwischen den beiden Flächen hindurch, so wird auf Grund der Relativbewegung der Flächen zueinander das Kühlmedium sozusagen »gemahlen«, d. h. in wohldefinierter Weise durchwirbelt, so daß im Strom des Kühlmediums tote Winkel und stehende Wirbel, an denen sich das Kühlmedium nicht ersetzt, vermieden werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein großer Anteil des Kühlmediums 16 im Verlauf des Durchfließens unmittelbar mit der zu kühlenden Fläche in Verbindung tritt (Durchwirbelung). Vorteilhaft ist ferner, daß die Durchwirbelung durch Veränderung des Abständes der beiden Flächen und ihrer Relativbewegungsgeschwindigkeit, aber auch durch die Wahl des Kühlmediums 16 und dessen Durchflußgeschwindigkeit regelbar ist. Diese Führung des Kühlmediums 16 sorgt also für einen sehr günstigen Wärmeübergang von der zu kühlenden Fläche in das Kühlmedium.

In weiterer Durchführung dieses Gedankens kann man an einer geeigneten Stelle auf einer der beiden Flächen gemäß Fig. 3 turbinenartige Schaufeln 17 oder Rillen anbringen, welche unter Verwendung der Energie des die Anode 1 bzw. 11 in Fig. 4 antreibenden Motors zugleich für den Durchfluß des Kühlmediums sorgen, da durch die Ausrüstung einer oder beider Flächen mit turbinenartigen Schaufeln oder Rillen infolge der Relativbewegung der Flächen zueinander das strömende Medium eine Bewegungskomponente erhält, welche seinen fortlaufenden Ersatz herbeiführt. Man kann bei dieser Anordnung aber auch auf einen die Anode 1 bzw. 11 antreibenden Motor verzichten und die Anode 1 bzw. 11 durch den Druck des Kühlmediums 16 in Bewegung setzen.

Röntgenröhren gemäß der Erfindung sind besonders dort anwendbar, wo hohe Röntgendosen in relativ kurzer Zeit benötigt werden, wo aber trotzdem die Bestrahlungszeiten so lang sind, daß für einen im wesentlichen kontinuierlichen Abfluß der erzeugten Wärme gesorgt werden muß. Insbesondere können sie angewandt werden in der Medizin (Therapie und Diagnostik), in der Biologie (Zerstörung und Veränderung von Lebewesen), in der Chemie (Zerstörung und Veränderung von Substanzen) und in der hieraus entwickelten Technik. Hierbei ist besonders zu nennen die Zerstörung von Fäulniserregern und anderen Schädlingen in Nahrungsmitteln, Arzneimitteln, Kunstgegenständen usw., die Untersuchung der in der Röntgentechnik angewandten Materialien auf Strahlenfestigkeit, die sonstigen Materialuntersuchungen und Röntgenaufnahmen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Röntgenröhre, bei der die Anode relativ zur Kathode bewegbar angeordnet ist und die nutzbaren Röntgenstrahlen durch die Anode hindurch in den Nutzraum treten, dadurch gekennzeichnet, daß die als rotationssymmetrischer Hohlkörper ausgebildete Anode mit einem feststehenden, die Kathode tragenden und mit der Anode gleichachsigen rotationssymmetrischen Körper durch eine die Relativbewegung der Anode ermöglichende Vakuumdichtung drehbar verbunden ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode zylinderförmig ausgebildet ist und der Brennfleck auf dem Zylindermantel liegt.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode trommelartig ausgebildet ist und der Brennfleck auf einer auf die Trommel gespannten Membran liegt.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkörper mittels Manschetten gegenüber dem Kathodenkörper vakuumdicht drehbar gelagert ist.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenmembran auswechselbar ist.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß vor der zu kühlenden Anodenfläche eine zweite, im wesentlichen äquidistante Fläche angeordnet ist, relativ zu der sich die zu kühlende Anodenfläche bewegt und die zur Führung eines Kühlmediums dient, so daß ein guter Wärmeaustausch zwischen der zu kühlenden Fläche der Anode und dem genannten Medium herbeigeführt wird.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadu^ji¹ gekennzeichnet, daß eine oder beide Flächen mit turbinenartigen Schaufeln oder Rillen derart ausgerüstet sind, daß entweder durch die Relativbewegung der Flächen zueinander das strömende Medium eine Bewegungskomponente erhält, welche einen fortlaufenden Ersatz des strömenden Mediums herbeiführt, oder daß durch fortlaufenden Ersatz des strömenden Mediums unter Druck die Flächen eine Relativbewegung zueinander ausführen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 552 999, 874 350; USA.-Patentschrift Nr. 2 209 963; »Zeitschrift für angew. Physik«, Bd. 5. 1953, Heft 10, S. 361 bis 363.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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