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Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit einer Kathode und einer Anode, wobei die Kathode mit einer Oberfläche ausgestattet ist, die unter Lasereinstrahlung Elektronen emittiert.
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Hochleistungs-Röntgenstrahler besitzen üblicherweise eine drehbar gelagerte Anode, um selbst unter Erzeugung von Röntgenstrahlen mit hoher Strahlungsleistung eine hohe thermische Belastbarkeit der Anode zu gewährleisten.
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In der
DE 87 13 042 U1 ist eine Röntgenröhre mit einem evakuierten, um eine Drehachse drehbar gelagerten Gehäuse beschrieben, in dem eine Kathode und eine Anode angeordnet sind. Die Kathode und die Anode sind fest mit dem Gehäuse verbunden. Die Röntgenröhre verfügt über Antriebsmittel zum Drehen des Gehäuses um die Drehachse. Ein in Bezug auf das Gehäuse stationäres Ablenksystem lenkt einen von der Kathode zu der Anode verlaufenden Elektronenstrahl derart, dass er auf eine ringförmige Auftreff-Fläche auf der Anode trifft, wobei die Achse der ringförmigen Auftreff-Fläche der Drehachse entspricht, die durch die Kathode verläuft. Da die Anode wärmeleitend mit der Wand des Gehäuses verbunden ist, ist eine hohe Wärmeabfuhr von der Anode zur Außenfläche des Gehäuses gewährleistet. Durch ein Kühlmittel, das dem Gehäuse beaufschlagt ist, ist eine effektive Kühlung möglich.
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Bei dieser Anordnung ist durch die achsennahe Position der Kathode und der achsenfernen Position der Auftreff-Fläche der Anode ein relativ langer Elektronenflugweg vorhanden. Dies erzeugt Probleme bei der Fokussierung des Elektronenstrahls. Dieses Problem tritt unter anderem bei der Erzeugung von weicher Röntgenstrahlung auf, bei der eine vergleichsweise geringe Spannung zwischen Kathode und Anode angelegt wird.
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Durch die geringere kinetische Energie der Elektronen erfolgt – bedingt durch die Raumladungsbegrenzung – eine höhere Defokussierung des Elektronenstrahls. Daher ist der Einsatz einer derartigen Röntgenröhre bei bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise bei der Mammographie, nur eingeschränkt möglich.
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In der
US 4,821,305 wird eine Röntgenröhre beschrieben, bei der sowohl die Anode als auch die Kathode axialsymmetrisch in einem Vakuumgehäuse angeordnet sind, die als ganzes um eine Achse rotierbar ist. Die Kathode ist somit drehbar gelagert und besitzt eine axialsymmetrische Oberfläche aus einem Material, das unter Lichteinfall photoelektrisch Elektronen emittiert (Photoelektronen). Die Elektronenemission wird durch einen räumlich stationären Lichtstrahl ausgelöst, der von außerhalb des Vakuumgehäuses durch ein transparentes Fenster auf die Kathode fokussiert wird.
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Die Umsetzbarkeit dieses Konzeptes erscheint jedoch aufgrund der Quanteneffizienz heutiger Photokathoden und der dadurch benötigten Lichtleistung fraglich. Beim Einsatz von hoher Lichtleistung erfordert die Kühlung der Photokathode aufgrund ihrer eher geringen Wärmebeständigkeit einen beträchtlichen Aufwand. Zudem ist die Oberfläche der Photokathode bei den in Röntgenröhren realisierten Vakuumbedingungen Oxidationsprozessen unterworfen, was die Haltbarkeit einer solchen Röntgenröhre begrenzt.
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In der
US 5,768,337 ist in einem Vakuumgehäuse, in dem die Photokathode und die Anode angeordnet sind, zwischen Photokathode und Anode ein Photomultiplier zwischengeschaltet. Dadurch ist eine geringere optische Leistung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung nötig. Der längere Elektronenflugweg mit mehrfacher Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen den Dynoden erfordert einen hohen Aufwand zur Fokussierung des Strahls.
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Durch die
EP 0 147 009 B1 ist ein Röntgen-Scanner, insbesondere ein Computertomograph, bekannt. Dabei werden Röntgenstrahlen von einem auf eine Anode treffenden Elektronenstrahl erzeugt. Unter anderem wird die Möglichkeit erwähnt, den Elektronenstrahl durch thermoionisch emittierte Elektronen zu erzeugen, indem eine Kathodenoberfläche durch einen Lichtstrahl aufgeheizt wird. Durch die offenbarte Ausgestaltung der Kathode mit einer Trägerschicht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit soll die Oberfläche der Kathode schnell erhitz- und abkühlbar sein. Dies erscheint jedoch hinsichtlich der dann benötigten Lichtleistung problematisch.
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Die
US 6,556,651 B1 beschreibt ein System zur Erzeugung von therapeutischen Röntgenstrahlen. Unter anderem wird allgemein die Möglichkeit erwähnt, dass der für die Erzeugung von Röntgenstrahlung benötigte Elektronenstrahl von einer thermoionischen, von einem Laser geheizten Kathode emittiert wird.
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Weitere Röntgensysteme umfassend eine Kathode, die Elektronen emittiert, welche unter Anlegen einer Spannung zwischen der Kathode und einer Anode zur Anode hin beschleunigt werden und beim Auftreffen auf die Anode eine Röntgenstrahlung erzeugen, sind aus den
JP 03285239 A und der
US 6,463,124 B1 zu entnehmen.
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Eine Einkopplung eines Laserstrahls auf eine Kathode in einer abgeschlossene Röntgenröhre sollte allgemein möglichst flexibel sein, um z. B. eine schnelle Änderung der Brennfleckgröße, die durch die Größe des Laserbrennflecks gegeben ist, zu ermöglichen. Ferner muss diese Einkopplung industrietauglich sein, d. h., dass die Optiken vor Verschmutzungen möglichst weitgehend geschützt sein müssen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeit zur Einkopplung eines Laserstrahls auf eine Kathode in einer abgeschlossenen Röntgenröhre bereitzustellen, die besonders flexibel und industrietauglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Röntgenstrahler mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere den Unteransprüchen einzeln oder in Kombination entnehmbar.
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Der Röntgenstrahler umfasst eine Anode, die Röntgenstrahlen emittiert, eine Kathode, die Elektronen bei Bestrahlung durch einen Laserstrahl thermoionisch emittiert, ein Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen der Anode und der Kathode zur Beschleunigung der emittierten Elektronen zur Anode hin unter Bildung eines Elektronenstrahls, ein Vakuumgehäuse, ein Mittel zur Kühlung von Komponenten des Röntgenstrahlers, und ein am Vakuumgehäuse angeordnetes Mittel, das ein Reflektionselement umfasst, um den Laserstrahl von einer stationären Quelle, die außerhalb des Vakuumgehäuses angeordnet ist, auf einen räumlich stationären Laserbrennfleck auf der Kathode umzulenken. Es wird der Laserstrahl somit nicht einfach von außen auf die Kathode gerichtet, sondern aus der anfänglichen Strahlrichtung auf die Kathode umgelenkt.
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Mit diesem Röntgenstrahler wird erreicht, dass eine Strahlführung besonders einfach und flexibel eingestellt werden kann. Zudem kann so ein großer Abstand zwischen dem Ort der Einkopplung und dem Ort der Erzeugung der Elektronen hergestellt werden, was eine Verschmutzung von Fenstern stark reduzieren kann. Darüber hinaus ist diese Art der Einkopplung auch für die Umsetzung in einem ”non-mechanical CT” geeignet und kann mit hohem Wirkungsgrad realisiert werden. Auch sind besonders kompakte Bauweisen möglich.
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Das Mittel zum Lenken bzw. Strahlumlenken umfasst ein Reflexionselement, z. B. einen Spiegel, eine total reflektierende Oberfläche usw.
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Der obige Röntgenstrahler ist im Typ nicht beschränkt und kann z. B. auch auf sog. 'non-mechanical CTs' angewendet werden. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn das Vakuumgehäuse um eine Achse drehbar ist, und der Röntgenstrahler ein Mittel zur Rotation des Vakuumgehäuses um seine Achse umfasst. Dann ist es für eine kompakte Bauweise und einen zuverlässigen Betrieb vorteilhaft, wenn der Laserstrahl aus einer Strahlrichtung im Wesentlichen parallel zur Drehachse, insbesondere auf der Drehachse, durch das Umlenkmittel von der Drehachse weg zur Kathode umgelenkt wird. Insbesondere bei einem solchen drehbaren Aufbau ist es günstig, wenn die Kathode als kreisförmiger Ring ausgebildet ist.
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Es ist besonders für eine kompakte Bauweise vorteilhaft, wenn ein optisch transparentes Fenster zum Durchtritt des Laserstrahls in das Vakuumgehäuse im Bereich der Drehachse des Vakuumgehäuses oder anodenseitig außerhalb des Umfangs der Anode am Vakuumgehäuse vorgesehen ist. Es kann günstig sein, wenn der Laserstrahl anodenseitig (also zumeist durch die Anode hindurchlaufend) im Bereich der Drehachse in das Vakuumgehäuse einkoppelt. Dann kann das Umlenkmittel im Vakuumbereich vorgesehen sein oder bereits im Bereich der Anode vor dem Vakuum umgelenkt werden.
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Alternativ kann der Laserstrahl kathodenseitig im Bereich der Drehachse in das Vakuumgehäuse eingekoppelt werden.
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Auch kann der Laserstrahl zwischen Anode und Kathode geführt und von dort aus in das Vakuumgehäuse eingekoppelt werden.
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Es ist zur einfachen Strahlführung und Herstellung günstig, wenn das Mittel zum Umlenken des Laserstrahls ein Reflexionselement ist, das an der dem optisch transparenten Fenster gegenüberliegende Elektrode angeordnet ist, also z. B. an der Anode, wenn der Laserstrahl kathodenseitig eingekoppelt wird, und umgekehrt.
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Es ist günstig, wenn der Röntgenstrahler eine Fokussieroptik zur Fokussierung des Laserstrahls auf die Kathode aufweist. Diese kann in das Mittel zum Umlenken des Laserstrahls integriert sein.
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Es ist aber auch möglich, dass die Oberfläche der Kathode auf einer Trägerschicht aufgebracht ist, wobei der Laserstrahl durch die Trägerschicht der Kathode hindurch auf die Oberfläche der Kathode umgelenkt wird, z. B. ohne in das Vakuumgehäuse eintreten zu müssen. Es ist zur erhöhten Einkopplungseffizienz und zum Schutz vor Bedampfung der Fenster vorteilhaft, wenn die Kathode als kreisförmiger Ring ausgebildet ist, insbesondere mit großem Durchmesser.
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Vorteilhaft ist die Verwendung eines IR-Lasers. Der Röntgenstrahler wird nun anhand von Ausführungsbeispielen genauer beschrieben der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Dabei sind funktional gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Vakuumgehäuses,
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2 einen schematischen Teil-Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausgestaltung des Vakuumgehäuses,
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3 bis 8 schematische Teil-Längsschnitte durch einen Teil jeweils verschiedener Ausführungsformen des Röntgenstrahlers.
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In 1 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Vakuumgehäuses 1 gezeigt. Das Vakuumgehäuse 1 ist dabei als Zylinder ausgebildet, bei dem der Zylindermantel aus einem isolierenden Material besteht, und es ist rotationssymmetrisch um eine Achse 3 gelagert. Eine Anode 5 bildet eine Basis des Zylinders. Sie umfasst dabei eine Trägerschicht 7 und eine ringförmig ausgebildete Oberfläche 9, von der aus Röntgenstrahlen 29 emittiert werden. In der gegenüberliegenden Basis des Vakuumgehäuses 1 (Zylinders) befindet sich eine ringförmig ausgebildete Kathode 11. Sie umfasst eine Trägerschicht 13, die Teil der Außenseite des Vakuumgehäuses 1 ist, und eine Oberfläche 15, die zur Innenseite des Vakuumgehäuses 1 zeigt.
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Die hier dargestellte Anode 5 und Kathode 11 sind achsensymmetrisch ausgebildet, so dass während der Drehung der Elektronenstrahl bzw. der Laserstrahl stets auf die Oberfläche der Anode bzw. der Kathode trifft. Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Anode 5 und die Kathode 11, insbesondere deren Trägerschichten 7, 13 so auszubilden, dass sie lediglich eine diskrete Achsensymmetrie aufweisen. Hierunter wird ein segmentweiser Aufbau der Kathode 11 bzw. der Anode 5 verstanden, wobei eine Rotation der Kathode 11 bzw. der Anode 5 um einen ganzzahligen Teiler von 360° zu einem identischen Bild der Kathode 11 bzw. der Anode 5 führt; dabei können Materialien hoher mechanischer Festigkeit, die als Speichen in der Kathode bzw. in der Anode angeordnet sind, Segmente von Materialien mit hoher Emissionseffizienz tragen.
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Die Oberfläche 15 der Kathode 11 besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem niederen Dampfdruck und einem hohen Schmelzpunkt, wie z. B. aus üblicherweise bei Röntgenkathoden eingesetztem Wolfram. Die Trägerschicht 13 ist hinsichtlich ihrer Wärmekapazität, ihrer Wärmeleitfähigkeit und ihrer Dichte derart optimiert, dass die Temperatur der Oberfläche 15 nahe an der für die thermoionische Emission von Elektronen erforderliche Temperatur gehalten wird. Dadurch wird eine geringere Leistung des Laserstrahls 19 benötigt. In einer möglichen Ausgestaltung ist die Trägerschicht 13 aus dem gleichen Material wie die Oberfläche 15, wobei das Material nicht in Reinform, sondern in einer versinterten Hohlkugelstruktur verwendet wird. Dadurch sind die Dichte, die Wärmekapazität und/oder die Wärmeleitfähigkeit der Trägerschicht 13 im Vergleich zur Oberfläche 15 reduziert. Dadurch kann die Temperatur der Oberfläche 15 nahe der Emissionstemperatur für Elektronen gehalten werden.
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Vorteilhafterweise wird der Laserstrahl asymmetrisch verformt (nicht dargestellt), wodurch ein asymmetrischer Laserbrennfleck mit unterschiedlicher Laserleistung innerhalb des Laserbrennflecks erzeugt werden kann. Dadurch kann einerseits Laserleistung eingespart werden, andererseits können am Ein- und Austrittspunkt der Kathode in den Laserbrennfleck annähernd gleich steile an- und abfallende Temperaturflanken erzeugt werden, was zu einer effizienten Elektronenemission auf konstantem Niveau über den Laserbrennfleck führt.
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Von einer räumlich stationären Laserquelle 17 wird ein Laserstrahl 19 auf die Kathode 11 gerichtet. Üblicherweise ist die Laserquelle 17 als ein Dioden- oder ein Festkörperlaser ausgestaltet. Der Laserstrahl 19 trifft dabei durch die Trägerschicht 13 hindurch in einem Laserbrennfleck 21 auf die Oberfläche 15 der Kathode 11. Der Laserstrahl 19 wird durch optische Mittel 18 in seiner Form, Intensität und/oder Zeitstruktur variiert, wodurch über die eingekoppelte Laserleistung die Elektronenstromstärke entsprechend variiert werden kann. Dabei kann der Laserstrahl auch in Teillaserstrahlen aufgespaltet werden. Jeder der Teillaserstrahlen erzeugt in diesem Fall einen Teillaserbrennfleck, aus denen sich der Laserbrennfleck 21 zusammensetzt, wodurch sich ein asymmetrischer Laserbrennfleck auf einfache Weise realisieren lässt und so eine Erhitzung und Abkühlung durch einen zusammengesetzten Laserbrennfleck besser steuern lässt.
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Wenn der Laserbrennfleck, wie in diesem Fall, von außerhalb des Vakuumgehäuses 1 durch die Trägerschicht 13 hindurch auf die Oberfläche 15 der Kathode 11 trifft, sind die optischen Mittel 18, die den Laserstrahl 19 in seinen Eigenschaften variieren, außerhalb des Vakuumgehäuses 1 angeordnet. Falls, wie später in 2 gezeigt, der Laserstrahl über ein optisch transparentes Fenster 63 in das Innere des Vakuumgehäuses 1 einfällt, können sich die optischen Mittel 18 auch innerhalb des Vakuumgehäuses 1 befinden.
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Aus dem Laserbrennfleck 21 treten Elektronen in Form einer Elektronenwolke aus und werden durch die zwischen Kathode 11 und Anode 5 angelegte Hochspannung in einem Elektronenstrahl 23 auf die Anode 5 gerichtet. Der Elektronenstrahl 23 trifft dabei die Oberfläche 9 der Anode 5 in einem räumlich stationären Brennfleck 25. Durch die Rotation des Vakuumgehäuses 1 verteilt sich die entstehende wärme entlang des auf der Oberfläche 9 der Anode 5 gelegenen Brennringes 27. Über die Trägerschicht 7 der Anode 5 wird die entstehende Wärme zur Außenseite des Vakuumgehäuses 1 geleitet.
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Vom Brennfleck 25 tritt Röntgenstrahlung 29 aus, wobei das Material an der Stelle des Vakuumgehäuses 1, aus dem die Röntgenstrahlung 29 austritt, für Röntgenstrahlung 29 transparent ist. Außerhalb des Vakuumgehäuses 1 befindet sich ein Magnetsystem 31, sodass der Elektronenstrahl 23 form- und lenkbar ist. Alternativ können statt des Magnetsystems 31 auch elektrostatische Mittel, beispielsweise Kondensatoren, angebracht werden, anhand derer der Elektronenstrahl form- und lenkbar ist. Ein Motor 35, der über eine Antriebswelle 33 mit dem Vakuumgehäuse 1 verbunden ist, rotiert das Vakuumgehäuse 1 um seine Achse 3. Die Längsachse der Antriebswelle 33 stimmt dabei mit der Achse 3 des Vakuumgehäuses 1 überein. In der Antriebswelle 33 befinden sich Mittel, um eine Hochspannung zwischen Anode 5 und Kathode 11 anzulegen.
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2 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren zylinderförmigen Ausbildung des Vakuumgehäuses 1. Die Kathode 11 besteht aus einer Oberfläche 15 und einer Trägerschicht 13 und befindet sich gänzlich im Inneren des Vakuumgehäuses 1. Der Laserstrahl 19 fällt durch ein optisch transparentes Fenster 63, das sich in der gegenüberliegenden Basis der Vakuumhülle 1 befindet, auf die Oberfläche 15 der Kathode 11. Damit das optische Fenster im Laufe des Gebrauchs des Röntgenstrahlers nicht zu sehr an Transparenz verliert, kann es vor einem Beschlagen mit Material, das während des Betriebes des Röntgenstrahlers ausdampft, durch Schutzbleche geschützt werden.
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Die Oberfläche 15 der Kathode 11 ist dabei, wie auch bei der in 1 gezeigten Ausführungsform, durch elektrische Mittel 61 heizbar. Dadurch erhöht sich die Grundtemperatur der Oberfläche 15 der Kathode 11, sodass weniger Laserleistung benötigt wird, um die entsprechende Emissionstemperatur zu erreichen. Die Oberfläche 15 kann aber auch optisch – beispielsweise durch einen weiteren Laserstrahl – oder induktiv – durch weitere Magnetfelder – vorgeheizt werden.
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Der Elektronenstrahl 23 trifft auf die Oberfläche 9 der Anode 5, die sich auf einer Trägerschicht 7 befindet, die die Wärme von der Oberfläche der Anode 9 zur Außenseite des Vakuumgehäuses transportiert. Aus der Oberfläche der Anode 9 treten Röntgenstrahlen durch einen für Röntgenstrahlen transparenten Bereich 65 des Vakuumgehäuses aus. Das gesamte Vakuumgehäuse 1 ist von einem Strahlergehäuse 67 umgeben, das mit einem Kühlmittel 69 gefüllt ist, sodass eine effektive Kühlung des gesamten Systems gewährleistet wird.
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3 zeigt als Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Röntgenstrahlers mit einer kathodenseitigen zentrischen Einkopplung des Laserstrahls 19 in ein Vakuumgehäuse 1. Das Vakuumgehäuse 1 nimmt auch hier die Anode 5 und die Kathode 11 auf. Das Vakuumgehäuse 1 ist von einem Schutzgehäuse 73 umgeben, wobei beide Gehäuse 1, 73 durch Drehlager 75 gegenseitig frei verdrehbar sind. Die Drehung des Vakuumgehäuses 1 geschieht wie bereits in den obigen Ausführungsbeispielen durch eine Antriebswelle 33.
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Der Laserstrahl 19 wird zunächst vom Laser 17 erzeugt und durch eine Fokussieroptik 18, die sich außerhalb des Vakuumgehäuses 1 und ebenfalls auf der Rotationsachse 3 befindet, parallel zur Drehachse 3 auf ein im Zentralbereich des Vakuumgehäuses 1 um die Drehachse 3 angeordnetes Fenster 71 eingestrahlt, das z. B. im Aufbau dem Fenster aus 2 ähnlich ist. Der Durchmesser des Vakuumgehäuses 1 um die Drehachse 3 beträgt hier ca. 115 cm und der Durchmesser des Fensters 71 beträgt 20–40 mm. Wie durch die Gruppe von Pfeilen angedeutet, kann der Laserstrahl 19 ebenfalls eine signifikante Breite aufweisen, z. B. im Bereich des Fensterdurchmessers von ca. 20–40 mm. Der Laserstrahl kann aber auch enger ausgebildet sein, z. B. mit der Hälfte des Fensterdurchmessers, um eine nichtsymmetrische Einstrahlung zu erleichtern. Im Extremfall kann der Laserstrahl eng (z. B. mit einem Durchmesser von 1 mm oder sogar weniger) fokussiert sein. Vorteilhafterweise ist der Laser ein Infrarotlaser.
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Nach Durchtritt durch das Fenster 71 läuft der Laserstrahl 19 auf einen auf der Anode 5 angeordneten teilweise angeschrägten, kathodenseitig ausgerichteten Spiegel 77. Dieser Spiegel 77 dient als Mittel zum im Wesentlichen senkrechten Umlenken des Laserstrahls auf die ringförmige Kathode 11, die von einem Träger 7 gehalten wird. Durch den Laserstrahl 19 werden an der Kathode 11 Elektronen emittiert, die aufgrund einer zwischen Kathode 11 und Anode 5 anliegenden Hochspannung zur Anode hin beschleunigt werden, wo sie bei Auftreffen Röntgenstrahlung erzeugen. Die (Dreh-)Kathode 11 weist einen großen Durchmesser auf, durch den das optisch transparente Fenster 71 aufgrund des großen Abstands zur Kathode 11 vor Verschmutzung/Verdampfung geschützt wird. Ein weiterer Vorteil ist die flache und daher effektive Einkopplung des Laserstrahls 19 in das Material der Kathode 11.
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4 zeigt als Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Röntgenstrahlers mit einer kathodenseitigen zentrischen Einkopplung des Laserstrahls 19. Im Gegensatz zum Vakuumgehäuse aus 3 weit der Zentralbereich kathodenseitig einen Glaskolben bzw. ein umlaufendes Fenster 78 als Trennung zum Vakuumbereich. Der letzte, kegelförmig gewölbte Spiegel 12 befindet sich innerhalb dieses Glaskolbens/umlaufenden Fensters. Die Kegelform des Spiegels 12 bewirkt, dass auch ein breiten Laserstrahl 19 fast vollständig auf die Kathode 11 umgelenkt wird und so die Wirkung erhöht und eine schädliche Rückstrahlung verringert wird. Verschieben dieses Spiegels 12 kann bedampfte Gebiete auf dem Glaskoben 78 ausgleichen. Vorteilhaft ist, dass keine Optiken im Vakuumbereich angeordnet sind. Auch hier ist ein weiterer Vorteil die steile Einkopplung des Laserstrahls 19, was dessen Einkopplungswirkungsgrad in die Kathode 11 erhöht.
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5 zeigt als Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Röntgenstrahlers mit einer kathodenseitigen zentrischen Einkopplung des Laserstrahls 19. In dieser Ausführungsform ist die Kathode 11 dünn, wodurch der Laserstrahl 19 flacher in die Kathode eingekoppelt wird, so dass ein kleinerer Brennfleck erzielt werden kann. Auf der Anode 5 ist ein kegelförmig gewölbter Spiegel 87 befestigt.
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Prinzipiell kann, wie auch in allen anderen Ausführungen, eine elektrostatische Sperrspannung zum Schutz der Optiken angelegt werden, die verhindert, dass das Fenster 71 durch von der Kathode 11 und/oder der Anode 5 abgedampfte Teilchen auf das Fenster gelangen.
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6 zeigt als Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Röntgenstrahlers mit einer anodenseitigen zentrischen Einkopplung des Lasers. In dieser Ausführung wird der Laserstrahl 19 wiederum durch eine Hohlwelle 81 als Antriebswelle zu einem optisch transparenten Fenster 91 geführt, das tief in der Anode 5 eingelagert ist, was einen effektiven Bedampfungsschutz darstellen kann. In dieser Ausführung befindet sich der letzte, hier kegelförmige Spiegel 93 auf der Kathode 11 und lenkt den Laserstrahl 19 im Wesentlichen senkrecht nach außen zur Kathode 11.
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7 zeigt als Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Röntgenstrahlers mit einer anodenseitigen und zentrischen Einkopplung des Laserstrahls 19. In dieser Ausführung ist der Bereich um die Rotationsachse 3 zentrisch hohl und durchgehend ausgeführt. In dem durchgehenden Hohlraum befindet sich ein Umlenkspiegel 103, durch den der Laserstrahl 19 seitlich abgelenkt und durch ein den Hohlraum vom Vakuum trennendes Fenster 105 zur Kathode 11 abgelenkt wird. In einem Segment befindet sich eine Keramik 107, damit eine Hochspannung zwischen Kathode 11 und Anode 5 angelegt werden kann. Diese Ausführung erhöht die mechanische Stabilität der Röntgenröhre. Der Umlenkspiegel 103 kann beispielsweise auch kegelförmig, z. B. ähnlich zu 5 ausgeführt sein. Andererseits können in den anderen Ausführungsformen die Spiegel auch ähnlich dem in 7 dargestellten Spiegel 103 ausgeführt sein.
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8 zeigt als Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Röntgenstrahlers mit einer kathodenseitigen und zentrischen Einkopplung des Laserstrahls 19. In dieser Ausführungsform kann eine mechanische Bedampfungsscheibe 109 einen effektiven Schutz des Einkopplungsfensters 111 vor einer Verschmutzung darstellen. Dabei wird ein Laserstrahl 19 von außen auf die Bedampfungsscheibe 109 gerichtet und von einem dort aufsitzenden achsensymmetrischen Spiegel 113 durch das Fenster 111 zur Kathode 11 umgelenkt. Es kann auch – zusätzlich oder alternativ, und zwar auch in anderen Ausführungsbeispielen – ein zweiter Laserstrahl 19a zur Vorheizung der Brennbahn eingesetzt werden. Der zweite Laserstrahl 19a kann beispielsweise um einen Winkel von 5° in Laufrichtung versetzt sein. In diesem Beispiel ist eine Linse 115 vorgesehen, um den ersten Laserstrahl 19 zu fokussieren.
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Die Vorheizung kann allgemein auf verschiedenen Wegen geschehen, z. B. entweder über ein Spiegelsystem, das einen einfallenden Laserstrahl auf mindestens zwei getrennte Brennpunkte auf der Kathode umlenkt oder durch den Einsatz von nichtparallel zueinander laufenden Laserstrahlen, die auf die gleiche Spiegelfläche treffen, aber aufgrund ihres unterschiedlichen Einstrahlwinkels die Brennbahn an unterschiedlichen Stellen treffen oder durch parallel zueinander laufende Strahlen, die an unterschiedlichen Stellen auf das Spiegelsystem auftreffen. In dem hier gezeigten Fall werden die zwei getrennten Laserstrahlen 19, 19a oder ein einzelner breiter Laserstrahl (nicht gezeigt) auf unterschiedliche Stellen des Spiegels 113 treffen, so dass die gezeigten Strahlen um 180° versetzt auf der Kathode 11 auftreffen werden.
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Der potenzielle Strahltransport mit Lichtleitern reduziert sich nicht nur auf die oben angegebenen Varianten, sondern kann auch bei einem ”non-mechanical CT” eingesetzt werden. In dieser besonderen Ausführung kann der Laser separat vom CT aufgebaut werden, und eine Vielzahl von Lichtleitern, die der Anzahl der Projektionen bei der Untersuchung entspricht, transportiert den Laserstrahl umlaufend auf die stationäre Kathode in der Gantry.
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Allgemein sind der Ausgestaltung der Fenster und Umlenkelemente (Spiegel, total reflektierende Oberflächen usw.)Spiegel keine Grenzen gesetzt, um den Laserstrahl erfindungsgemäß umzulenken. So können die Fenster und Umlenkelemente oder die den Laserstrahl umlaufend durchlassen bzw. umlenken, oder nur in einem bestimmten Winkelbereich um die Drehachse. Auch können Form, Richtung und Zahl der Teilstrahlen des Lasers an den Röntgenstrahler angepasst werden.
