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Die
Erfindung betrifft eine Mikrofocus-Röntgenröhre der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 genannten Art.
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Derartige
Röntgenröhren sind
allgemein bekannt und werden beispielsweise zum Prüfen von Leiterplatten
in der Elektronikindustrie eingesetzt. Die bekannten Röntgenröhren weisen
ein Target auf, auf das bei Betrieb der Röntgenröhre hochenergetisch beschleunigte
Elektronen oder andere elektrisch geladene Teilchen auftreffen,
so daß in
allgemein bekannter Weise Röntgenstrahlung
erzeugt wird. Die so erzeugte Röntgenstrahlung
wird in bildgebenden Verfahren verwendet, um beispielsweise Bauteile
bzw. Bauteilanordnungen auf Leiterplatten darzustellen und die Leiterplatten
auf diese Weise optisch zu prüfen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrofocus-Röntgenröhre der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, deren Zuverlässigkeit
und Robustheit erhöht
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Lehre gelöst.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Zuverlässigkeit
einer Mikrofocus-Röntgenröhre, die
nachfolgend auch kurz als Röntgenröhre bezeichnet
wird, dadurch beeinträchtigt
werden kann, daß sich
das Target beim Auftreffen der Elektronen stark erwärmt, und
zwar auf Temperaturen von bis zu mehreren 100°. Diese starke Erwärmung des
Targets führt
einerseits dazu, daß das
Target relativ schnell verschleißt. Andererseits hat die Erwärmung eine
erhöhte
Störungsanfälligkeit
der Röntgenröhre zur
Folge.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die bei Betrieb
der Röntgenröhre an dem
Target auftretende Temperatur durch eine Kühlung zu verringern. Erfindungsgemäß ist daher eine
Kühleinrichtung
zum Zuführen
einer Strömung eines
Kühlmittels
zu dem Target vorgesehen.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung ist
die Temperatur des Targets bei Betrieb der Röntgenröhre entsprechend den jeweiligen
Anforderungen verringerbar, so daß einerseits der Verschleiß an dem
Target verringert und andererseits die Zuverlässigkeit der Röntgenröhre erhöht ist,
indem Störungen
vermieden werden, die auf zu hohe Temperaturen an dem Target zurückzuführen sind.
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Erfindungsgemäß wird als
Target das Bauteil der Röntgenröhre angesehen,
das bei Betrieb der Röntgenröhre mit
Elektronen oder anderen elektrisch geladenen Teilchen beschossen
wird, um dabei Röntgenstrahlung
zu emittieren. Das Target kann erfindungsgemäß einstückig mit einer Halterung ausgebildet
sein. Erfindungsgemäß ist es
jedoch auch möglich,
das Target und seine Halterung als separate, miteinander verbundene
Bauteile auszubilden.
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Unter
einer Mikrofocus-Röntgenröhre wird erfindungsgemäß eine Röntgenröhre verstanden, deren
Fokusdurchmesser ≤ 200 μm, insbesondere ≤ 10 μm ist. Damit
werden unter Mikrofocus-Röntgenröhren im
Sinne der Erfindung auch sogenannte Nanofocus-Röntgenröhren verstanden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der erfindungs gemäßen Lehre sieht vor, daß die Kühleinrichtung
dem Target das Kühlmittel über wenigstens
einen Kühlmittelkanal
zuführt,
der wenigstens abschnittsweise in dem Target und/oder einem mit
dem Target verbundenen Bauteil der Mikrofocus-Röntgenröhre gebildet ist. Bei dieser
Ausführungsform
ist das Target und/oder wenigstens ein anderes mit dem Target verbundenes
Bauteil der Röntgenröhre, beispielsweise
eine Halterung für
das Target, zur Bildung des Kühlmittelkanales
wenigstens teilweise hohl ausgebildet, so daß das Target über eine
im Inneren der Röntgenröhre gebildete
Strömung
des Kühlmittels
gekühlt
wird.
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Um
die Kühlung
besonders wirksam zu gestalten, sieht eine außerordentlich vorteilhafte
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
vor, daß der
Kühlmittelkanal
wenigstens abschnittsweise unmittelbar an dem Target vorbeiführt, derart,
daß das Kühlmittel
bei Betrieb der Mikrofocus-Röntgenröhre unmittelbar
in Kontakt mit dem Target gelangt. Bei dieser Ausführungsform
gelangt das Kühlmittel zweckmäßigerweise
mit der Seite des Targets in Kontakt, die dem Auftreffort des Elektronenstrahles abgewandt
ist.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß der
Kühlmittelkanal
wenigstens einen Kühlmittel-Zuführkanal und
wenigstens einen Kühlmittel-Abführkanal
aufweist.
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Eine
andere zweckmäßige Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß das
Target an einer Halterung angeordnet ist.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
sieht vor, daß die
Halterung mit dem Target drehbar an einem Grundkörper der Mikrofocus-Röntgenröhre angeordnet ist. Bei dieser
Ausführungsform
ist das Target um eine Drehachse drehbar. Trifft der Elektronenstrahl
zu der Drehachse exzentrisch auf das Target auf, so können durch
Drehen des Targets um seine Drehachse in Umfangsrichtung zueinander
beabstandete Bereiche des Targets dem Elektronenstrahl ausgesetzt
werden, um entweder eine in Umfangsrichtung gleichmäßige Abnutzung
des Targets zu erzielen oder bei einem Multitarget mit in Umfangsrichtung
zueinander beabstandeten unterschiedlichen Targetmaterialien jeweils
eines dieser Targetmaterialien dem Elektronenstrahl auszusetzen.
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Um
bei der vorgenannten Ausführungsform den
mechanischen Aufbau der Röntgenröhre besonders
einfach zu gestalten, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor,
daß die
Halterung eine im wesentlichen rotationssymmetrische Außenfläche aufweist, mit
der die Halterung in einer zu ihrer Außenfläche im wesentlichen komplementär ausgebildeten
Aufnahme des Grundkörpers
aufgenommen ist.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Außenfläche der
Halterung und die Aufnahme im wesentlichen zylindrisch ausgebildet
sind. Bei dieser Ausführungsform
sind die Halterung und der Grundkörper der Röntgenröhre besonders einfach herstellbar.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der Ausführungsform mit der Halterung
sieht vor, daß der Kühlmittel-Zuführkanal
und/oder der Kühlmittel-Abführkanal
in die Außenfläche der
Halterung münden bzw.
mündet,
wobei vorzugsweise ein Kühlmitteleinlaß des Kühlmittel-Zuführkanales
und/oder ein Kühlmittelauslaß des Kühlmittel-Abführkanales
in dem Grundkörper
gebildet sind.
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Um
eine Kühlung
des Targets auch bei einer Drehung des Targets um die zugeordnete
Drehachse aufrechtzuerhalten, sieht eine außerordentlich vorteilhafte
Weiter bildung der erfindungsgemäßen Lehre
vor, daß Mittel
vorgesehen sind, die bei Drehung der Halterung mit dem Target um
ihre Drehachse den Kühlmitteleinlaß mit dem
Kühlmittel-Zuführkanal
und den Kühlmittelauslaß mit dem
Kühlmittel-Abführkanal in
Strömungsverbindung
halten.
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Um
bei der vorgenannten Ausführungsform einen
besonders einfachen und damit kostengünstig herstellbaren mechanischen
Aufbau zu schaffen, sieht eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform
vor, daß die
Mittel, die bei Drehung der Halterung mit dem Target um die Drehachse
den Kühlmitteleinlaß mit dem
Kühlmittel-Zuführkanal
und den Kühlmittelauslaß mit dem
Kühlmittel-Abführkanal in
Strömungsverbindung
halten, einen in dem Grundkörper
gebildeten ersten Ringkanal, in den der Kühlmittel-Zuführkanal
mündet
und der mit dem Kühlmittel-Einlaß in Strömungsverbindung
steht, und einen in dem Grundkörper
gebildeten zweiten Ringkanal, in den der Kühlmittel-Abführkanal
mündet
und der mit dem Kühlmittel-Auslaß in Strömungsverbindung steht,
aufweisen. Bei dieser Ausführungsform
durchströmt
das durch den Kühlmittel-Einlaß eingetretene Kühlmittel
den ersten Ringkanal und strömt
von diesem durch den Kühlmittel-Zuführkanal
zu dem Target. Nach dem Vorbeiströmen an dem Target und dessen
Kühlung
strömt
das erwärmte
Kühlmittel über den
Kühlmittel-Abführkanal
in den zweiten Ringkanal und durch diesen zu dem Kühlmittel-Auslaß. Die Ringkanäle erstrecken
sich hierbei vorzugsweise, bezogen auf die Drehachse des Targets, über einen Umfangswinkel
von 360°.
Auf diese Weise ist in jeder Drehlage des Targets sichergestellt,
daß eine
zu dem Target führende
Strömung
des Kühlmittels
aufrechterhalten bleibt.
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Eine
Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß der Kühlmittel-Zuführkanal
und/oder der Kühlmittel-Abführkanal
zu der Drehachse des Targets koaxial angeordnet sind bzw. ist.
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Um
bei der vorgenannten Ausführungsform den
Aufbau weiter zu vereinfachen und damit kostengünstiger zu gestalten, sieht
eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
vor, daß der Kühlmittel-Zuführkanal
zentrisch durch die Halterung verläuft und der Kühlmittel-Abführkanal
als zu dem Kühlmittel-Zuführkanal
koaxialer Ringkanal ausgebildet ist. Unter Beibehaltung des grundsätzlichen
Aufbaus kann bei dieser Ausführungsform
auch der Kühlmittel-Abführkanal
zentrisch durch die Halterung verlaufen und der Kühlmittel-Zuführkanal
als zu dem Kühlmittel-Abführkanal
koaxialer Ringkanal ausgebildet sein.
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Grundsätzlich kann
es sich bei dem Target der erfindungsgemäßen Röntgenröhre um ein Transmissionstarget
handeln. Vorzugsweise ist das Target jedoch ein Direktstrahltarget,
wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
vorsieht. Bei dieser Ausführungsform
ist es möglich, eine
Seite des Targets, bei einem im wesentlichen scheibenförmigen Target
beispielsweise seine Oberseite, dem Elektronenstrahl zur Erzeugung
von Röntgenstrahlung
auszusetzen, während
seine andere Seite, bei einem im wesentlichen scheibenförmigen Target
also beispielsweise seine Unterseite, unmittelbar mit dem Kühlmittel
beaufschlagt wird. Auf diese Weise ist ein Kontakt zwischen dem
Elektronenstrahl und dem Kühlmittel
vermieden.
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Um
eine effiziente Kühlung
zu erreichen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre
vor, daß das
Kühlmittel
ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit
ist. Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung von Wasser oder Öl als Kühlmittel.
Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann jedoch auch ein gasförmiges Kühlmittel,
insbesondere Luft, verwendet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in
der stark schematisiert ein Target eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre dargestellt
ist. Dabei bilden alle beanspruchten, beschriebenen und in der Zeichnung
dargestellten Merkmale für
sich genommen oder in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand
der Erfindung, unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen sowie unabhängig von
ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
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Die
einzige Figur der Zeichnung zeigt stark schematisiert eine Schnittansicht
durch ein Target einer erfindungsgemäßen Mikrofocus-Röntgenröhre.
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In
der Zeichnung ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Mikrofocus-Röntgenröhre dargestellt,
die einen Grundkörper 2 mit
einem Strahlkopfblock 4 und einem Kühlmittel-Funktionsblock 6 aufweist,
der bei diesem Ausführungsbeispiel über Schrauben 8, 10 lösbar mit
dem Strahlkopfblock 4 verbunden ist.
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In
dem so gebildeten Grundkörper 2 ist
eine beispielsweise durch eine Bohrung gebildete Aufnahme 12 mit
einer im wesentlichen zylindrischen Innenwandung vorgesehen, in
der eine Halterung 14 für ein
Target 16 aufgenommen ist, das bei diesem Ausführungsbeispiel
als Direktstrahltarget ausgebildet ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
ist die Außenfläche der
Halterung 14 zu der in dem Grundkörper 2 gebildeten
Aufnahme 12 im wesentlichen komplementär ausgebildet. Aufgrund der
Rotationssymmetrie der aus der Aufnahme 12 und der Halterung 14 bestehenden
Anordnung ist das Target 16 um eine in der Zeichnung durch
eine strichpunktierte Linie 18 symbolisierte Drehachse
drehbar an dem Grundkörper 2 angeordnet.
Zum Drehen der Halterung 14 mit dem Target 16 um
die Drehachse 18 ist ein Handgriff 20 vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist eine
Kühleinrichtung 22 zum
Zuführen
einer Strömung
eines Kühlmittels,
bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel Wasser, zu dem
Target 16 vorgesehen. Die Kühleinrichtung 22 führt dem
Target 16 das Kühlmittel
bei diesem Ausführungsbeispiel über einen
Kühlmittelkanal
zu, der bei diesem Ausführungsbeispiel einen
Kühlmittel-Zuführkanal 24 und
einen Kühlmittel-Abführkanal 26 aufweist.
Der Kühlmittel-Zuführkanal 24 erstreckt
sich zentrisch und zu der Drehachse bzw. Rotationssymmetrieachse 18 der
Halterung 14 koaxial in Axialrichtung der Halterung 14 von
deren dem Target 16 abgewandten Ende bis zu dem Target 16.
Der Kühlmittel-Abführkanal
ist als zu der Drehachse 18 und dem Kühlmittel-Zuführkanal 24 koaxialer
Ringkanal 26 ausgebildet und erstreckt sich von dem Target 16 in
Axialrichtung der Halterung 14 in Richtung auf das dem
Target 16 abgewandte Ende der Halterung 14.
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In
dem Kühlmittel-Funktionsblock 6 ist
ein sich in Radialrichtung der Drehachse 18 erstreckender
Kühlmitteleinlaß 28 gebildet,
der in einen ersten Ringkanal 30 mündet, der in der Wandung 12 der Aufnahme
gebildet ist und sich über
einen Umfangswinkel von 360° in
Umfangsrichtung der Halterung 14 erstreckt. Der erste Ringkanal 30 steht über einen
in Radialrichtung der Drehachse 18 verlaufenden, in der
Halterung 14 gebildeten ersten Kanalabschnitt 32 mit
dem Kühlmittel-Zuführkanal 24 in
Verbindung.
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In
dem Kühlmittel-Funktionsblock
ist ferner ein Kühlmittelauslaß 34 gebildet,
der sich in Radialrichtung der Drehachse 18 erstreckt und
in einen zweiten Ringkanal 36 mündet, der in der Wandung der
Aufnahme 12 gebildet ist und sich in Umfangsrichtung der
Halterung 14 über
einen Umfangswinkel von 360° erstreckt.
Der Kühlmittel-Abführkanal 26 steht
mit dem zweiten Ringkanal und damit mit dem Kühlmittelauslaß 34 über einen
in Radialrichtung der Halterung 14 verlaufenden, in der
Halterung 14 gebildeten zweiten Kanalabschnitt 38 in
Verbindung.
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Zur
Bildung eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufes
sind bei Betrieb der Röntgenröhre mit dem
Kühlmitteleinlaß 28 eine
Kühlmittel-Zuleitung und
mit dem Kühlmittelauslaß 34 eine
Kühlmittel-Ableitung
verbunden, die mit einem Kühlmittelreservoir in
Verbindung stehen.
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Um
zwischen der Halterung 14 und dem Grundkörper 2 eine
Abdichtung gegen einen Austritt von Kühlmittel zu schaffen, sind
in Axialrichtung der Halterung 14 zueinander beabstandete,
jeweils in einer in dem Grundkörper 2 gebildeten
Ringnut aufgenommene Ringdichtungen vorgesehen, von denen in der
Zeichnung lediglich eine Ringdichtung mit dem Bezugszeichen 40 versehen
ist.
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Das
Target 16 ist zusammen mit weiteren Bauteilen und Baugruppen
der Röntgenröhre, insbesondere
Mitteln zum Richten eines Elektronenstrahles auf das Target 16,
in einem bei Betrieb der Röntgenröhre evakuierbaren
Gehäuse
aufgenommen. Der grundsätzliche
Aufbau einer Röntgenröhre einschließlich des
Gehäuses
und der an dem Gehäuse und
in dem Gehäuse
angeordneten Baugruppen ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird
daher hier nicht näher
erläutert.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist
wie folgt:
Bei Betrieb der Röntgenröhre wird ein Elektronenstrahl
hochenergetisch beschleunigter Elektronen auf das Target 16 gerichtet,
wie in der Zeichnung bei dem Bezugszeichen 42 angedeutet.
Beim Auftreffen auf das Target 16 werden die Elektronen
abgebremst, wobei in allgemein bekannter Weise Röntgenstrahlung emittiert wird,
wie in der Zeichnung bei dem Bezugszeichen 44 angedeutet.
Die so erzeugte Röntgenstrahlung
kann beispielsweise in bildgebenden Verfahren zur Untersuchung von
Bauteilen bzw. Bauteilanordnungen auf Leiterplatten verwendet werden.
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Beim
Auftreffen der Elektronen auf das Target 16 wird lediglich
etwa 1% der Energie der beschleunigten Elektronen in Röntgenstrahlung
umgewandelt, während
die restlichen etwa 99% der Energie der Elektronen in Wärme umgewandelt
wird, die zu einer Erwärmung
des Targets 16 führt.
Um eine übermäßige Erwärmung des
Targets 16 zu vermeiden, strömt bei Betrieb der Röntgenröhre durch
den Kühlmitteleinlaß 28 Wasser
als Kühlmittel
in den ersten Ringkanal 30 und von diesem über den
ersten Kanalabschnitt 32 in den Kühlmittel-Zuführkanal 24. Durch
den Kühlmittel-Zuführkanal 24 strömt das Wasser
in Axialrichtung des Kühlmittel-Zuführkanales 24 zu
dem Target 16 und gelangt unmittelbar in Kontakt mit dem
Target 16, wobei das Target 16 gekühlt wird
und sich das Wasser erwärmt.
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Nach
der so erfolgten Abkühlung
des Targets 16 und gleichzeitigen Erwärmung des Wassers strömt dieses
in den ringförmigen
Kühlmittel-Abführkanal 26 und
von diesem in den zweiten Ringkanal 36. Aus dem zweiten
Ringkanal 36 strömt
das erwärmte
Wasser über
den zweiten Kanalabschnitt 30 zu dem Kühlmittel-Auslaß 34 und
von diesem zurück zu
einem Kühlmittel-Reservoir.
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Um
die Strömung
des Kühlmittels
zu dem Target 16 zu bilden und aufrechtzuerhalten, kann
beispielsweise eine Pumpe vorgesehen sein. Erfindungsgemäß ist es
insbesondere möglich,
daß das Kühlmittel
in einem geschlossenen Kreislauf strömt. Hierbei wird bei einer Kühlung des
Targets 16 in der oben beschriebenen Weise erwärmtes Kühlmittel
zurück
zu einem Kühlmittel-Reservoir
geführt,
wo es abgekühlt
wird. Nach erfolgter Abkühlung
wird das Kühlmittel
dann dem Target 16 wieder zu einer erneuten Kühlung des
Targets 16 zugeführt.
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Auf
diese Weise wird das Target 16 während des Betriebs der Röntgenröhre kontinuierlich
mit einer Strömung
eines Kühlmittels
beaufschlagt und in Kontakt gebracht, so daß eine wirksame Kühlung des Targets 16 erzielt
und damit eine übermäßige Erwärmung des
Targets 16 verhindert ist. Auf diese Weise ist zum einen
die Lebensdauer des Targets 16 erhöht. Zum anderen ist die Zuverlässigkeit
der Mikrofocus-Röntgenröhre verbessert.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich ist, gelangt das Target 16 mit
dem Kühlmittel
an der Seite in Kontakt, die der Seite abgewandt ist, auf die die
Elektronen auftreffen. Auf diese Weise ist ein Kontakt des Kühlmittels
mit den Elektronen vermieden.
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Wie
in der Zeichnung dargestellt, trifft der Elektronenstrahl 42 zu
der Drehachse 18 exzentrisch auf das Target 16 auf.
Um hierbei den Auftreffort des Elektronenstrahles 42 auf
das Target 16 in Umfangsrichtung der Drehachse 18 zu
verändern,
ist die Halterung 14 mit dem Target 16 mittels
des Handgriffes 20 um die Drehachse 18 drehbar.
Da stets der Kühlmittel-Einlaß 28 über den
ersten Ringkanal 30 mit dem ersten Kanalabschnitt 32 und
damit mit dem Kühlmittel-Zuführkanal 24 und
der Kühlmittel-Auslaß 34 über den
zweiten Ringkanal 26 mit dem zweiten Kanalabschnitt 38 und
damit mit dem Kühlmittel-Abführkanal 26 in
Verbindung steht, kommuniziert unabhängig von der Drehlage der Halterung 14 der Kühlmittel-Einlaß 28 stets
mit dem Kühlmittel-Zuführkanal 24 und
der Kühlmittel-Auslaß 34 stets
mit dem Kühlmittel-Abführkanal 26.
Somit ist auch bei einer Drehung der Halterung 14 mit dem
Target 16 um die Drehachse 18 stets eine Kühlung des
Targets 16 sichergestellt.