Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Röntgentarget, eine Röntgenröhre sowie ein Röntgensystem und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, wie sie beispielsweise bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, in der Medizin, bei Gepäckkontrollen oder zu Analysezwecken eingesetzt werden.Embodiments of the present invention relate to an X-ray target, an X-ray tube, and an X-ray system and method for generating X-radiation, such as those used in non-destructive testing, medical, baggage inspection or analysis.
Beispielsweise bedingt die (Werkstoff-)Prüfung von Objekten oder Gegenständen mit hohen Durchstrahlungslängen oder hohen Dichten den Einsatz einer energiereichen und intensiven Röntgenquelle. Das bei Röntgenröhren im herkömmlichen Energiebereich bis zu einer Beschleunigungsspannung von beispielsweise 450 kV zur Erzeugung der Röntgenstrahlung verwendete Röntgentarget ist hierbei einer großen thermischen Belastung ausgesetzt, welche die erreichbare Ausgangsleistung der Röntgenstrahlen aufgrund der thermischen Belastung des Röntgentargets begrenzt.For example, the (material) testing of objects or objects with high transmission lengths or high densities requires the use of a high-energy and intense X-ray source. The X-ray target used in X-ray tubes in the conventional energy range up to an acceleration voltage of, for example, 450 kV for generating the X-ray radiation is exposed to a large thermal load, which limits the achievable output power of the X-rays due to the thermal load of the X-ray target.
Die Erzielung einer guten Röntgenbildqualität bei kurzen Belichtungszeiten erfordert jedoch Röntgenquellen mit einer hohen Ausgangsleistung der Röntgenstrahlung. Außerdem ist es wünschenswert die Brennfleckgröße der Röntgenquelle zu minimieren, um das Ortsauflösungsvermögen des bildgebenden Systems zu optimieren und somit die Erkennbarkeit von Objektstrukturen mit kleiner räumlicher Ausdehnung zu verbessern.Achieving good X-ray image quality at short exposure times, however, requires X-ray sources with a high X-ray output power. In addition, it is desirable to minimize the focal spot size of the x-ray source in order to optimize the spatial resolution of the imaging system and thus improve the visibility of small spatial extent object structures.
Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen in Röntgenröhren wird ein gebündelter Strahl beschleunigter Elektronen auf ein Target – dem Röntgentarget – gerichtet. Die kinetische Energie der Elektronen wird bei dem Auftreffen im Röntgentarget in der Größenordnung von 1% in Röntgenstrahlung umgewandelt, der Rest, also ca. 99% wird in Wärme umgewandelt. Die entstehende Wärmemenge muss abtransportiert werden, um eine hitzebedingte Beschädigung des Targets zu verhindern. Eine Verkleinerung des Brennflecks bei gleichbleibender Röhrenleistung führt dabei zu einer höheren Erwärmung des Röntgentargets. Eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht deshalb eine größere zulässige Röhrenleistung bei gleicher Brennfleckgröße bzw. einem kleineren Brennfleck bei gleicher Röhrenleistung oder auch eine verlängerte ununterbrochene Betriebszeit der Röhre. Durch eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Röntgentarget kann also ein besseres Ortauflösungsvermögen eines Röntgensystems bzw. einer Röntgenröhre erzielt werden.To generate X-rays in X-ray tubes, a collimated beam of accelerated electrons is directed onto a target, the X-ray target. The kinetic energy of the electrons is converted into X-rays at the impact of the X-ray target on the order of 1%, the rest, ie about 99%, is converted into heat. The resulting heat must be removed to prevent heat-related damage to the target. A reduction of the focal spot with constant tube power leads to a higher heating of the X-ray target. Improved heat dissipation therefore allows a greater allowable tube power with the same focal spot size or a smaller focal spot with the same tube performance or an extended uninterrupted operating time of the tube. By improved heat dissipation from the X-ray target, therefore, a better spatial resolution of an X-ray system or an X-ray tube can be achieved.
In einer Röntgenröhre können die Elektronen beispielsweise über Glühemission einer Glühkathode erzeugt werden und durch Anlegen einer Hochspannung auf Energien von beispielsweise bis zu 800 keV beschleunigt werden. Das Röntgentarget, das als Anode ausgebildet sein kann besteht in geschlossenen Röntgenröhren üblicherweise aus einer Wolfram- oder Molybdänschicht, die auf einem Träger aus Kupfer, Graphit, Diamant, Beryllium oder Aluminium aufgebracht ist.In an x-ray tube, the electrons can be generated, for example, via glow emission of a hot cathode and accelerated by applying a high voltage to energies of, for example, up to 800 keV. The X-ray target, which can be embodied as an anode, usually consists of a tungsten or molybdenum layer in closed X-ray tubes, which is applied to a support made of copper, graphite, diamond, beryllium or aluminum.
Röntgenquellen können mit Transmissionsröntgentargets oder Reflexionsröntgentargets betrieben werden. Bei Transmissionsröntgentargets wird die entstehende Röntgenstrahlung von der der Elektroneneinstrahlseite gegenüberliegenden Röntgentargetseite abgenommen. Bei Reflexionsröntgentargets wirkt der einfallende Elektronenstrahl in einem bestimmten Einstrahl- bzw. Einfallwinkel auf das Röntgentarget ein. Die genutzte Röntgenstrahlung wird von derselben Targetseite unter Beachtung eines Ausstrahl- bzw. Ausfallwinkels abgenommen.X-ray sources can be operated with transmission X-ray targets or reflection X-ray targets. In the case of transmission X-ray targets, the resulting X-ray radiation is removed from the X-ray target side opposite the electron injection side. For reflection X-ray targets, the incident electron beam acts on the X-ray target at a specific angle of incidence or incidence. The X-ray radiation used is taken from the same side of the target, taking into account a beam angle or angle of repose.
Üblicherweise wird die erzeugte Wärme, die bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung entsteht, zum Teil über thermischen Kontakt, z. B. mit einem gekühlten massiven Kupferblock, vom Röntgentarget abgeführt. Ein weiterer Anteil der Wärme wird über Infrarotstrahlung an das Gehäuse der Röntgenröhre abgegeben. Der letztgenannte Effekt kann beispielsweise durch Schwärzung des Gehäuses noch verstärkt werden.Usually, the heat generated during the generation of the X-radiation is partly due to thermal contact, for. B. with a cooled solid copper block, dissipated by the X-ray target. Another portion of the heat is delivered via infrared radiation to the housing of the X-ray tube. The latter effect can be exacerbated, for example, by blackening of the housing.
In der DE 29 10 138 A1 ist eine Anodenscheibe für eine Drehanodenröntgenröhre beschrieben, wobei die Anodenscheibe einen Trägerkörper aus schaumartigen Kohlenstoff und einen Pyrographitring aufweist. Die Wärmeabfuhr der bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung abfallenden Abwärme erfolgt über den Pyrographitring, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Abwärme wird dabei in radialer Richtung über Bohrungen an die Umgebung abgegeben und in axialer Richtung zu einer unteren Stirnfläche des Pyrogrphitrings transportiert.In the DE 29 10 138 A1 An anode disk for a rotary anode X-ray tube is described, wherein the anode disk has a carrier body of foam-like carbon and a Pyrographitring. The heat dissipation of the waste heat which falls off during the generation of the X-ray radiation takes place via the pyrographite ring, which has a high thermal conductivity. The waste heat is released in the radial direction via holes to the environment and transported in the axial direction to a lower end face of the Pyrogrphitrings.
Die DE 29 29 136 A1 beschreibt ebenfalls eine Drehanode für Röntgenröhren, wobei ein Träger- bzw. Grundkörper aus Schaumkohlenstoff ausgebildet sein kann. Mit Hilfe von Barriereschichten wird eine Diffusion von Trägerkörpermaterial in die zur Röntgenstrahlungserzeugung wichtigen Elektronenauffangschichten verhindert.The DE 29 29 136 A1 also describes a rotary anode for X-ray tubes, wherein a carrier or body made of foam carbon may be formed. With the help of barrier layers, diffusion of carrier body material into the electron capture layers important for X-ray generation is prevented.
Die Brennfleckgröße einer Röntgenquelle hängt von mehreren Faktoren ab, beispielsweise von der Verteilung der Auftreffrate der Elektronen auf der Röntgentargetoberfläche, der Streuung der Elektronen im Röntgentarget bzw. der Streuung der erzeugten Strahlung im Target bzw. im Austrittsfenster einer Röntgenröhre. Je kleiner der thermische Brennfleck ist auf den die beschleunigten Elektronen auftreffen, desto höher ist die Wärmedichte im Target. Daraus folgt, dass sich bei kleineren Brennflecken nur kleine Röntgenleistungen verwirklichen lassen. Typischerweise können Brennflecke von etwa 1 μm, bei Spannungen von unter 100 kV und spezifischen Röntgentargetleistungen von 1 W/μm erzeugt werden.The focal spot size of an X-ray source depends on several factors, for example the distribution of the impact rate of the electrons on the X-ray target surface, the scattering of the electrons in the X-ray target or the scattering of the generated radiation in the target or in the exit window of an X-ray tube. The smaller the thermal spot on which the accelerated electrons strike, the higher the heat density in the target. It follows that with smaller focal spots only small X-ray powers can be realized. Typically, focal spots of about 1 μm, at Voltages of less than 100 kV and specific X-ray target powers of 1 W / μm are generated.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgentarget und ein Verfahren zu Erzeugung einer Röntgenstrahlung zu schaffen, welches es ermöglicht, die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung auftretende Restwärme besser als bei herkömmlichen Vorrichtungen oder Verfahren abzuführen.It is the object of the present invention to provide an X-ray target and a method for generating X-ray radiation, which makes it possible to dissipate the residual heat occurring during the generation of X-radiation better than in conventional apparatus or methods.
Dadurch kann die erzielbare Strahlungsleistung gesteigert werden, und es ermöglicht werden die Brennfleckgröße zu minimieren und damit das Ortauflösungsvermögen eines bildgebenden Röntgensystem erhöht bzw. eine verlängerte, ununterbrochene Betriebszeit einer Röntgenröhre ermöglicht werden.As a result, the achievable radiant power can be increased, and it is possible to minimize the focal spot size and thus to increase the spatial resolution of an X-ray imaging system or to allow an extended, uninterrupted operating time of an X-ray tube.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Röntgentarget gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 16.This object is achieved by the X-ray target according to claim 1 and the method according to claim 16.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Röntgentarget mit einem Targetmaterial und einem Trägermaterial, wobei das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material als Schaumkühlkörper zur Steigerung der erzielbaren Röntgenstrahlungsleistung durch verbesserte Wärmeabfuhr dient.The present invention provides an X-ray target with a target material and a carrier material, wherein the carrier material made of foamed material serves as a foam heat sink to increase the achievable X-ray power by improved heat dissipation.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, durch Beschleunigen eines Elektronenstrahls, der auf ein solches Röntgentarget trifft und durch verbesserte Abführung der Restwärme vom Röntgentarget durch Durchleiten eines Kühlmittels durch das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material.The present invention further provides a method for generating X-radiation by accelerating an electron beam impinging on such an X-ray target and by improved dissipation of the residual heat from the X-ray target by passing a coolant through the foamed material substrate.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bieten u. a. den Vorteil, dass die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung entstehende Abwärme effizient abtransportiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird die Brennfleckgröße der auftreffenden Elektronen zu minimieren und damit das Ortauflösungsvermögen des bildgebenden Röntgensystems und somit die Erkennbarkeit von Objektstrukturen mit kleiner räumlicher Ausdehnung erhöht werden kann. Ferner bieten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass durch die verbesserte Wärmeabfuhr eine größere zulässige Röhrenleistung bei gleicher Brennfleckgröße bzw. ein kleinerer Brennfleck bei gleicher Röhrenleistung oder auch eine verlängerte ununterbrochene Betriebszeit der Röntgenröhre erreicht werden kann.Embodiments of the present invention provide u. a. the advantage that the waste heat generated during the generation of X-rays can be efficiently removed, which makes it possible to minimize the focal spot size of the incident electrons and thus the spatial resolution of the X-ray imaging system and thus the visibility of object structures with small spatial extent can be increased. Furthermore, embodiments of the present invention offer the advantage that a greater allowable tube output with the same focal spot size or a smaller focal spot with the same tube power or an extended uninterrupted operating time of the X-ray tube can be achieved by the improved heat dissipation.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
1a ein schematisches Bild eines Röntgentargets mit einem Targermaterial und einem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material sowie einem einfallenden Elektronenstrahl und die am Röntgentarget entstehende Röntgenstrahlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1a a schematic image of an X-ray target with a Targermaterial and a carrier material made of foamed material and an incident electron beam and the X-ray target on the X-ray radiation according to an embodiment of the present invention;
1b eine schematische Perspektivansicht eines zylinderförmigen Röntentargets gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1b a schematic perspective view of a cylindrical X-ray target according to an embodiment;
1c eine weitere Perspektivansicht eines Röntgentargets, das als Hohlkörper ausgebildet ist; 1c a further perspective view of a Röntgentargets, which is designed as a hollow body;
2a die schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit einem Röntgentarget, welches als Festanode mit Schaumkühlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist; 2a the schematic representation of an X-ray tube with an X-ray target, which is designed as a fixed anode with foam heat sink according to an embodiment of the present invention;
2b die schematische Darstellung einer Festanode, die in einer Vakuumkammerwand einer Röntgenröhre integriert ist; 2 B the schematic representation of a fixed anode, which is integrated in a vacuum chamber wall of an X-ray tube;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Röntgenröhre mit einem Röntgentarget, welches als Festanode mit Schaumkühlkörper und einer alternativ angeordneten Kühlmittelzuführung ausgebildet ist; 3 a further embodiment of an X-ray tube with an X-ray target, which is designed as a fixed anode with foam cooling body and an alternately arranged coolant supply;
4 eine weitere Röntgenröhre mit einer rotierenden Anode mit Schaumkühlkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 another X-ray tube with a rotating anode with foam heat sink according to another embodiment of the present invention;
5 eine schematische Darstellung eines Röntgensystems mit einer Röntgenröhre, einer Einrichtung zum Erzeugen einer Elektronenemission, einer Einrichtung zum Erzeugen einer Hochspannung, einem Kühlmittelkreislauf und einem Pumpsystem, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 5 a schematic representation of an X-ray system with an X-ray tube, means for generating an electron emission, means for generating a high voltage, a coolant circuit and a pumping system, according to an embodiment of the present invention; and
6 ein Flussdiagramm zum Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 a flowchart of the method for generating X-radiation according to an embodiment of the present invention.
Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass in den unterschiedlichen Figuren für funktional identische bzw. gleichwirkende oder funktionsgleiche, äquivalente Elemente oder Schritte zur Vereinfachung in der gesamten Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.With respect to the following description of the embodiments of the present invention, it should be noted that the same reference numerals are used throughout the specification in the different figures for functionally identical or functionally equivalent equivalent elements or steps for simplicity.
In 1a ist schematisch ein Röntgentarget 20 mit einem Targetmaterial 2 und einem Trägermaterial 1, das aus einem aufgeschäumten Material besteht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Röntgentarget 20 kann in einer evakuierten Röntgenröhre (nicht gezeigt) angeordnet sein, wobei Elektronen 11 aus einer Elektronenquelle 8 auf das Targetmaterial 2 des Röntgentargets 20 beschleunigt werden. Die kinetische Energie der Elektronen wird bei ihrem Auftreffen auf das Targetmaterial zu einem geringen Anteil von ungefähr einem Prozent in Röntgenstrahlung umgewandelt und der Rest der kinetischen Energie wird in Wärme umgewandelt. Beim Auftreffen der Elektronen auf das Targetmaterial 2 werden diese absorbiert bzw. abgebremst, wodurch die sogenannte charakteristische Röntgenstrahlung und die Röntgenbremsstrahlung erzeugt werden. Die charakteristische Röntgenstrahlung entspricht diskreten Quantenenergien bzw. Wellenlängen, die materialtypisch sind und vom gewählten Targetmaterial 2 abhängen. Die Energie der Röntgenstrahlung entspricht dabei der Differenz der Bindungsenergie von Elektronen aus den inneren Schalen aus dem atomaren Aufbau des Targetmaterials. Die Röntgenbremsstrahlung entsteht durch die Abbremsung der Elektronen beim Durchlaufen des Targetmaterials. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung hängt dabei vom Wert der Beschleunigung bzw. Abbremsung ab und ist im Gegensatz zur charakteristischen Röntgenstrahlung kontinuierlich verteilt.In 1a is schematically an X-ray target 20 with a target material 2 and a carrier material 1 , which consists of a foamed material, according to an embodiment of the present invention shown. The X-ray target 20 may be located in an evacuated x-ray tube (not shown) with electrons 11 from an electron source 8th on the target material 2 of the X-ray target 20 be accelerated. The kinetic energy of the electrons is converted into X-radiation as small as about one percent as they strike the target material, and the remainder of the kinetic energy is converted to heat. Upon impact of the electrons on the target material 2 These are absorbed or slowed down, whereby the so-called characteristic X-ray radiation and the X-ray brake radiation are generated. The characteristic X-ray radiation corresponds to discrete quantum energies or wavelengths which are typical for the material and of the selected target material 2 depend. The energy of the X-ray radiation corresponds to the difference of the binding energy of electrons from the inner shells from the atomic structure of the target material. The X-ray braking radiation is caused by the deceleration of the electrons when passing through the target material. The wavelength of the X-ray radiation depends on the value of the acceleration or deceleration and is continuously distributed in contrast to the characteristic X-ray radiation.
Bei dem Röntgentarget 20 kann es sich um ein sogenanntes Reflexionsröntgentarget handeln, bei dem der beschleunigte Elektronenstrahl 11 unter einem bestimmten Einstrahlwinkel auf das Röntgentarget einwirkt. Die genutzte Röntgenstrahlung wird dann von derselben Röntgentargetseite unter Beachtung eines entsprechenden Ausfallwinkels abgenommen.In the X-ray target 20 it may be a so-called reflection X-ray target, in which the accelerated electron beam 11 acts on the X-ray target at a certain angle of incidence. The used X-radiation is then removed from the same X-ray target side, taking into account a corresponding angle of rejection.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel (1a) handelt es sich um ein Reflexionstarget, wobei das Targetmaterial 2, z. B. materialschlüssig direkt oder mit Hilfe eines Wärmeleitmaterials mit dem Trägermateriall verbunden ist. Es ist z. B. auch möglich das Targetmaterial über ein spezielles Lot auf eine Wärmekontaktstelle 22 (1b) des Trägermaterials 1 aus aufgeschäumten Material aufzubringen. Das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material kann also als Kühlkörper bzw. als Schaumkühlkörper dienen, weshalb diese Begriffe im Folgenden mit dem gleichen Bezugszeichen 1 versehen werden. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Kühlkörper 1 aus offenporigem, aber zu der Wärmekontaktstelle 22 für das Targetmaterial 2 und zur Außenseite des Kühlkörpers hin gasdicht bzw. fluiddicht geschlossenem Schaum aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer-, Aluminium- oder anderer Metallschaum oder auch Keramikschaum, bestehen. Das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material kann einen Körper formen der eine mittlere Dichte aufweist, die mindestens dreimal, also z. B. fünfmal, kleiner ist als die mittlere Dichte des massiven Trägermaterials. Ein Schaumkühlkörper aus Aluminiumschaum kann also beispielsweise eine 10-mal kleinere mittlere Dichte aufweisen als ein massiver, vom Volumen identischer Aluminiumkörper. Dieses Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material bzw. der Schaum kann nun direkt von einem flüssigen oder gasförmigen, also einem fluiden Kühlmittel durchströmt werden. Hierfür kann der Kühlkörper 1 bzw. das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material gasdichte bzw. fluiddichte seitliche Zu- und Abführungen für das Kühlmittel bzw. Fluid aufweisen. Durch die große innere Berührungsfläche zwischen dem Schaum bzw. dem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material aus wärmeleitenden Material und dem Kühlmittel, sowie durch die innere Verwirbelung des Kühlmaterials durch die Porenstege des Schaums, wird ein verbesserter Wärmeabfluss im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen erreicht und dadurch eine Erhöhung der erzielbaren Röntgenstrahlungsleistung ermöglicht. Das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material, z. B. Metallschaum oder Keramikschaum, besitzt eine Vielzahl von Poren und Hohlräumen, die eine große Oberfläche für einen effizienten Wärmeabtransport vom Targetmaterial 2 zur Verfügung stellen. Zudem wird beim Durchströmen des Trägermaterials 1 aus aufgeschäumten Material mit dem Kühlmittel durch die innere Verwirbelung des Kühlmittels an den vielen Porenstegen des aufgeschäumten Materials ebenfalls ein verbesserter Wärmeabfluss erreicht.In the present embodiment ( 1a ) is a reflection target, with the target material 2 , z. B. materially connected directly or by means of a Wärmeleitmaterials with the Trägermateriall. It is Z. B. also possible the target material on a special solder on a thermal contact point 22 ( 1b ) of the carrier material 1 made of foamed material. The carrier material 1 made of foamed material can thus serve as a heat sink or as a foam heat sink, which is why these terms below with the same reference numerals 1 be provided. In embodiments of the present invention, the heat sink may 1 from porous, but to the heat contact point 22 for the target material 2 and to the outside of the heat sink toward gas-tight or fluid-tight closed foam made of a good heat-conducting material, such. As copper, aluminum or other metal foam or ceramic foam exist. The carrier material 1 made of foamed material can form a body having an average density at least three times, ie z. B. five times, is less than the average density of the solid support material. Thus, for example, an aluminum foam foam heat sink can have a mean density 10 times smaller than a solid, volume-identical aluminum body. This carrier material 1 From foamed material or the foam can now be directly flowed through by a liquid or gaseous, that is a fluid coolant. For this purpose, the heat sink 1 or the carrier material 1 of foamed material have gas-tight or fluid-tight lateral inlets and outlets for the coolant or fluid. Due to the large inner contact area between the foam or the carrier material of foamed material made of thermally conductive material and the coolant, and by the internal fluidization of the cooling material through the pores of the foam, an improved heat dissipation is achieved in comparison to conventional devices, thereby increasing the achievable X-ray power allows. The carrier material made of foamed material, for. As metal foam or ceramic foam, has a variety of pores and cavities, which has a large surface area for efficient heat removal from the target material 2 provide. In addition, when flowing through the carrier material 1 made of foamed material with the coolant through the internal turbulence of the coolant at the many pores of the foamed material also achieved an improved heat dissipation.
Das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann beispielsweise Kupfer, Zink, Blei, Stahl/Eisen, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder andere Metalllegierungen aufweisen. Das Trägermaterial kann eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen um die anfallende Restwärme bei der Röntgenstrahlungserzeugung effektiv und schnell über den Kühlkörper 1 verteilen und abführen zu können.The carrier material of foamed material may comprise, for example, copper, zinc, lead, steel / iron, aluminum, aluminum alloys or other metal alloys. The support material can have a good thermal conductivity around the accumulated residual heat in the X-ray generation effectively and quickly over the heat sink 1 to be able to distribute and pay.
Wie oben bereits erwähnt wurde, kann das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material bzw. der Kühlkörper 1 zu seiner Außenseite hin fluiddicht geschlossen sein. Mit anderen Worten kann das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material eine fluiddichte Außenoberfläche 1c aufweisen. In Ausführungsbeispielen der vorliegen Erfindung kann diese fluiddichte Außenoberfläche 1c aus demselben Material bestehen, wie das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material. D. h., der Kühlkörper kann nach außen hin fluiddicht abgeschlossen sein und im Inneren eine schaumartige, mit vielen Poren und Hohlräumen versehene Struktur aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die fluiddichte Außenoberfläche 1c aus einem anderen Material bestehen als das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material. Über die geschlossene fludidichte Außenoberfläche, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist kann sich die vom Targetmaterial 2 abzutransportierende Wärme gut über den gesamten Kühlkörper 1 verteilen und im Inneren durch die große Oberfläche der Poren und Stege und der inneren Verwirbelung des Kühlmittels an den Porenstegen effektiv abtransportiert werden.As already mentioned above, the carrier material 1 made of foamed material or the heat sink 1 be closed fluid-tight to its outside. In other words, the foamed material carrier material may have a fluid-tight outer surface 1c exhibit. In embodiments of the present invention, this fluid-tight outer surface 1c consist of the same material as the carrier material 1 made of foamed material. D. h., The heat sink may be closed fluid-tight to the outside and inside have a foam-like, provided with many pores and cavities structure. In other embodiments of the present invention, the fluid-tight outer surface 1c made of a different material than the carrier material of foamed material. About the closed fludidichte outer surface, which has a good thermal conductivity, that of the target material 2 Heat to be removed well over the entire heat sink 1 distribute and inside through the large surface of the pores and webs and the internal turbulence of the coolant at the pore webs are effectively removed.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Targetmaterial 2 dem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material entsprechen. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Trägermaterial Wolfram ist und dementsprechend Wolframschaum den Kühlkörper 1 bildet und gleichzeitig das Targetmaterial 2 ebenfalls aus Wolfram besteht. Das Targetmaterial 2 kann dann direkt oder aber auch mit Hilfe eines speziellen Lots oder eines Wärmeleitmaterials mit dem Wolframschaum verbunden sein. Das Röntgentarget 20 kann ein Targetmaterial 2 aufweisen, welches beispielsweise eines der Elemente Kupfer, Molybdän, Rhodium, Palladium, Silber, Cadmium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Gold, Quecksilber, Thallium, Blei oder Bismut aufweist. Dementsprechend ist es auch denkbar, dass in alternativen Ausführungsbeispielen das Röntgentarget aus einem dieser Metalle und einem entsprechenden Metallschaum aus diesen Metallen besteht. Das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann also elektrisch leitfähig sein, es kann sich bei dem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material um ein Metall handeln oder eine Metalllegierung, denkbar ist aber z. B. auch der Einsatz von aufgeschäumten Material aus Keramik. Falls das Trägermaterial aus einem nicht leitfähigen oder isolierenden Material, wie z. B. Keramik besteht, kann das Targetmaterial einen elektrisch leitfähigen (Anoden-)Anschluss aufweisen. Das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, um so die am Targetmaterial 2 entstehende Abwärme effektiv abtransportieren zu können und so mit Hilfe des Schaumkühlkörpers zur Steigerung der erzielbaren Röntgenstrahlungsleistung durch eine verbesserte Wärmeabfuhr beizutragen.In some embodiments of the present invention, the target material 2 correspond to the carrier material of foamed material. For example, it is conceivable that the carrier material is tungsten and accordingly tungsten foam the heat sink 1 forms and at the same time the target material 2 also made of tungsten. The target material 2 can then be connected directly or else with the help of a special solder or a heat conducting material with the tungsten foam. The X-ray target 20 can be a target material 2 having, for example, one of the elements copper, molybdenum, rhodium, palladium, silver, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, thallium, lead or bismuth. Accordingly, it is also conceivable that in alternative embodiments, the X-ray target consists of one of these metals and a corresponding metal foam of these metals. The carrier material of foamed material may therefore be electrically conductive, it may be in the carrier material of foamed material is a metal or a metal alloy, but it is conceivable z. As well as the use of foamed material made of ceramic. If the substrate made of a non-conductive or insulating material, such as. B. ceramic, the target material may have an electrically conductive (anode) terminal. The carrier material made of foamed material may have a high thermal conductivity, so as to the target material 2 be able to effectively remove the resulting waste heat and thus contribute to the increase of the achievable X-ray power by an improved heat dissipation with the aid of the foam heat sink.
Das Röntgentarget 20 kann in einigen Ausführungsbeispielen so ausgebildet sein, dass die fluiddichte Außenoberfläche 1c zumindest eine erste Öffnung 1a für eine Kühlmittelzuführung und eine zweite Öffnung 1b für eine Kühlmittelabführung aufweist. Im Betriebsfall eines Röntgensystems bzw. einer Röntgenröhre mit dem erfindungsgemäßen Röntgentarget kann dann ein Kühlmittel oder Fluid durch die erste Öffnung in den Kühlkörper gepumpt bzw. gedrückt werden und das durch die Restwärme bei der Röntgenstrahlerzeugung erwärmte Kühlmittel oder Fluid kann aus der zweiten Öffnung des Kühlkörpers 1 wieder austreten.The X-ray target 20 In some embodiments, it may be configured such that the fluid-tight outer surface 1c at least a first opening 1a for a coolant supply and a second opening 1b for a coolant removal. In the operating case of an X-ray system or an X-ray tube with the X-ray target according to the invention then a coolant or fluid can be pumped or pressed through the first opening in the heat sink and the heated by the residual heat in the X-ray generation coolant or fluid can from the second opening of the heat sink 1 exit again.
In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material einen Körper bilden bzw. einen Kühlkörper bilden, der die Form eines Zylinders (1b), eines Ovals oder eines Diskus aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material jedoch auch eine andere körperliche Gestalt annehmen also einen anders geformten Körper aufweisen. Der Kühlkörper 1 bzw. das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann z. B. auch als Hohlkörper ausgebildet sein (1c), wobei der Hohlkörper eine fluiddichte Außenoberfläche 1c und eine fluiddichte Innenoberfläche 1d aufweist und das Kühlmittel nur durch den Wandbereich des Hohlzylinders, also dem Bereich zwischen der fluidichten Außenoberfläche 1c und der fluiddichten Innenoberfläche 1d, strömt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material ebenfalls als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei der Hohlkörper nur eine fluiddichte Außenoberfläche besitzt und das Kühlmittel den gesamten Querschnitt D des Hohlkörpers der als Kühlkörper dient, durchströmt. Der Kühlkörper 1 bzw. das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann beispielsweise einen Durchmesser D zwischen 5 mm und 200 mm oder beispielsweise auch zwischen 10 mm und 150 mm aufweisen. Die Länge L des Schaumkühlkörpers 1 kann beispielsweise bis 200 mm sein, also z. B. ungefähr 40 mm, oder aber auch eine noch größere Länge L haben. Die Porendichte des Schaumkühlkörpers kann entsprechend zur Durchflussgeschwindigkeit eines Kühlmittels gewählt werden. D. h., die Porendichte kann den jeweiligen Anforderungen an den Wärmeabtransport mittels des Kühlmittels angepasst werden.In embodiments of the present invention, the foamed material carrier material may form a body or form a heat sink having the shape of a cylinder (FIG. 1b ), an oval or a discus. However, in other embodiments, the carrier material made of foamed material may also assume a different physical shape, that is to say have a differently shaped body. The heat sink 1 or the carrier material of foamed material may, for. B. also be formed as a hollow body ( 1c ), wherein the hollow body has a fluid-tight outer surface 1c and a fluid-tight inner surface 1d and the coolant only through the wall region of the hollow cylinder, ie the area between the fluid-tight outer surface 1c and the fluid-tight inner surface 1d , flows. In another embodiment, the carrier material of foamed material may also be formed as a hollow body, wherein the hollow body has only a fluid-tight outer surface and the coolant through the entire cross-section D of the hollow body which serves as a heat sink flows through. The heat sink 1 or the carrier material of foamed material, for example, have a diameter D between 5 mm and 200 mm or, for example, between 10 mm and 150 mm. The length L of the foam heat sink 1 For example, can be up to 200 mm, so z. B. about 40 mm, or even have an even greater length L. The pore density of the foam heat sink can be selected according to the flow rate of a coolant. That is, the pore density can be adapted to the respective requirements for the heat removal by means of the coolant.
2a zeigt die schematische Darstellung einer Röntgenröhre 50 mit einer Elektronenquelle 8 und einem Röntgentarget 20, wie es oben beschrieben wurde. In diesem Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Elektronenquelle beispielsweise um eine Glühkathode handeln, die durch elektrischen Stromfluss auf Temperaturen aufgeheizt wird, die zu einer thermischen Emission von Elektronen aus dem Metall führen. Durch Anlegen einer positiven (Hoch-)Spannung an das Röntgentarget, das auch als Anode bezeichnet wird, und einer negativen (Hoch-)Spannung an die Glühkathode werden die Elektronen auf das Röntgentarget hinbeschleunigt. Die Röntgenröhre ist dabei evakuiert, weist also ein Vakuum auf. In anderen Ausführungsbeispielen für die Röntgenröhre kann die Elektronenquelle beispielsweise die Elektronen durch Feldemission freisetzen, und die freigesetzten Elektronen können mittels einer Elektronenfokussiereinrichtung 28 gebündelt werden und auf das Röntgentarget beschleunigt werden. 2a shows the schematic representation of an X-ray tube 50 with an electron source 8th and an X-ray target 20 as described above. For example, in this embodiment, the electron source may be a hot cathode that is heated by electrical current flow to temperatures that result in thermal emission of electrons from the metal. By applying a positive (high) voltage to the X-ray target, which is also referred to as an anode, and a negative (high) voltage to the hot cathode, the electrons are accelerated towards the X-ray target. The x-ray tube is evacuated, so it has a vacuum. For example, in other embodiments for the x-ray tube, the electron source may release the electrons by field emission, and the released electrons may be electronically focused 28 be bundled and accelerated to the X-ray target.
Das Röntgentarget 20 weist wiederum ein Targetmaterial 2 und ein Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material auf. Wie in 2a gezeigt ist, kann das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material einen zylindrischen Körper formen. Das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material kann eine fluiddichte Außenoberfläche 1c aufweisen, wobei die fluiddichte Außenoberfläche eine erste Öffnung 1a für die Kühlmittelzuführung 6 und eine zweite Öffnung 1b für die Kühlmittelabführung 7 aufweist. Die Röntgenröhre 50 kann ein Gehäuse 10 oder eine Vakuumkammer 10 aufweisen, welches gasdichte bzw. fluididchte Durchführungen 12 für die Kühlmittelzuführung zu dem Röntgentarget und für die Kühlmittelabführung von dem Röntgentarget besitzt. Die auf das Röntgentarget 20 beschleunigten Elektronen 11 treffen das Targetmaterial 2 in einem Bereich, der Brennfleck 3 genannt wird. Wie oben bereits beschrieben, ist die Minimierung der Brennfleckgröße einer Röntgenquelle von großer Bedeutung für das Ortauflösungsvermögen des bildgebenden Systems und somit für die Erkennbarkeit von Objektstrukturen mit kleiner räumlicher Ausdehnung. Das Gehäuse 10 bzw. die Umhüllung der Röntgenröhre mit dem innenseitigen Vakuum weist zudem ein Strahlenaustrittsfenster 9 auf, durch das die Röntgenstrahlung aus der Röntgenröhre austreten kann um für ihren jeweiligen Anwendungszweck eingesetzt zu werden.The X-ray target 20 again has a target material 2 and a carrier material 1 made of foamed material. As in 2a is shown, the carrier material 1 made of foamed material form a cylindrical body. The carrier material 1 made of foamed material may have a fluid-tight outer surface 1c wherein the fluid-tight outer surface is a first opening 1a for the coolant supply 6 and a second opening 1b for coolant removal 7 having. The x-ray tube 50 can be a case 10 or a vacuum chamber 10 have, which gas-tight or fluididchte bushings 12 for the coolant supply to the X-ray target and for the coolant discharge from the X-ray target. The on the X-ray target 20 accelerated electrons 11 hit the target material 2 in one area, the focal spot 3 is called. As already described above, the minimization of the focal spot size of an X-ray source is of great importance for the spatial resolution of the imaging system and thus for the recognizability of object structures with a small spatial extent. The housing 10 or the enclosure of the X-ray tube with the inside vacuum also has a beam exit window 9 through which the X-rays can escape from the X-ray tube to be used for their particular application.
In diesem Ausführungsbeispiel kann das Röntgentarget 20 ein festes Targetfeld 2 aufweisen, das auf dem Kühlkörper 1 aufgebracht ist. Die Form des Kühlkörpers 1 kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, zylindrisch sein. Bei dem Röntgentarget, das als Anode ausgebildet ist kann es sich um eine sogenannte Festanode mit Schaumkühlkörper handeln. D. h., die Anode mit dem Targetmaterial 2 ist ortsfest in der Röntgenröhre 50 angebracht. Wie in 2a schematisch dargestellt ist, kann ein kaltes Kühlmittel 6 durch die erste Öffnung 1a der Außenoberfläche 1c des Trägermaterials 1 aus aufgeschäumten Material strömen und nachdem es in effektiver Weise durch die große innere Berührungsfläche mit dem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material die Restwärme aus der Erzeugung von Röntgenstrahlung von dem Targetmaterial 2 absorbiert bzw. aufgenommen hat, mit einer höheren Temperatur oder als warmes Kühlmittel 7 aus der zweiten Öffnung 1b des Kühlkörpers 1 austreten. Aufgrund der fluiddichten Durchführungen 12 ist das Vakuum in der Röntgenröhre gewährleistet.In this embodiment, the X-ray target 20 a fixed target field 2 have that on the heat sink 1 is applied. The shape of the heat sink 1 may be cylindrical, as shown in this embodiment. In the X-ray target, which is designed as an anode may be a so-called solid anode with foam heat sink. That is, the anode with the target material 2 is stationary in the x-ray tube 50 appropriate. As in 2a is shown schematically, can be a cold coolant 6 through the first opening 1a the outer surface 1c of the carrier material 1 of foamed material and, after having effectively exhausted the residual heat from the generation of X-radiation from the target material through the large internal interface with the foamed material support material 2 absorbed or absorbed, with a higher temperature or as a warm coolant 7 from the second opening 1b of the heat sink 1 escape. Due to the fluid-tight bushings 12 the vacuum in the X-ray tube is guaranteed.
Eine Röntgenröhre 50 kann also gemäß einiger Ausführungsbeispiele eine Elektronenquelle 8, ein als Ziel für einen durch die Elektronenquelle 8 gespeisten Elektronenstrahl 11 dienendes Röntgentarget 20 und einen Kühlmitteldurchleiter zum Durchleiten eines Kühlmittels durch das aufgeschäumte Material des Trägermaterials 1 aufweisen. Ferner kann die Röntgenröhre eine Vakuumkammer 10 aufweisen, in der die Elektronenquelle 8 und das Röntgentarget 20 angeordnet sind und Zuführungen 12 und Abführungen 12 zum Zuführen und zum Abführen des Kühlmittels von außerhalb der Vakuumkammer 10 zu dem Röntgentarget 20 und von dem Röntgentarget 20 nach außerhalb der Vakuumkammer 10. Ferner kann die Röntgenröhre eine Einrichtung 28 bzw. Mittel zum Fokussieren der Elektronen aufweisen.An x-ray tube 50 Thus, according to some embodiments, an electron source 8th , as a target for one through the electron source 8th fed electron beam 11 serving X-ray target 20 and a coolant passage for passing a coolant through the foamed material of the carrier material 1 exhibit. Further, the x-ray tube may be a vacuum chamber 10 in which the electron source 8th and the X-ray target 20 are arranged and feeders 12 and discharges 12 for supplying and discharging the refrigerant from outside the vacuum chamber 10 to the X-ray target 20 and from the X-ray target 20 to outside the vacuum chamber 10 , Furthermore, the x-ray tube may be a device 28 or means for focusing the electrons.
In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Röntgentarget 20 so ausgebildet sein, dass das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material einen Körper bildet, den Kühlkörper 1, wobei in diesem Kühlkörper ein Kühlmittelstromführungselement 13 angeordnet ist, welches ausgebildet ist, die Richtung einer Strömung eines fluidischen Kühlmittels in dem Kühlkörper zu lenken. D. h., der Kühlkörper 1 kann ein Kühlmittelstromführungselement 13 aufweisen, um ein Kühlmittel, das beispielsweise über die erste Öffnung 1a zugeführt wird, so innerhalb des Kühlkörpers 1 zu lenken, das eine gute Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel ermöglicht werden kann. Beispielsweise kann, wie in 2a angedeutet ist, ein Kühlmittelstromführungselement 13 ein einströmendes Kühlmittel 6 an die Außenflächen des Kühlkörpers 1 zu dem Targetmaterial 2 hinlenken, um so einen effektiveren Wärmeabtransport der Restwärme zu ermöglichen. Bei dem Kühlmittelstromführungselement 13 kann es sich um ein in den Schaum bzw. die Poren des Kühlkörpers eingelassenes Element, welches z. B. aus Blech oder anderen Metallformteilen zur Strömungsführung gebildet sein kann, handeln. Die Strömung kann dann beispielsweise mit Hilfe dieses Kühlmittelstromführungselementes in Richtung der Targetspur bzw. des Targetfeldes 2 gelenkt werden. Dies kann z. B. erforderlich sein, wenn die Kühlmittelzufuhr- bzw. die Kühlmittelabfuhrvorrichtung einen anderen Durchmesser als der Schaumkühlkörper hat.In embodiments of the present invention, the X-ray target 20 be formed so that the carrier material 1 made of foamed material forms a body, the heat sink 1 , wherein in this heat sink, a coolant flow guide element 13 which is configured to direct the direction of a flow of a fluidic coolant in the heat sink. That is, the heat sink 1 may be a coolant flow guide element 13 comprise a coolant, for example, via the first opening 1a is supplied, so within the heat sink 1 to steer that a good heat dissipation can be made possible by the coolant. For example, as in 2a is indicated, a coolant flow guide element 13 an incoming coolant 6 to the outer surfaces of the heat sink 1 to the target material 2 to steer so as to allow a more effective heat dissipation of the residual heat. In the coolant flow guide element 13 it may be an embedded in the foam or the pores of the heat sink element which z. B. may be formed from sheet metal or other metal moldings for flow guidance act. The flow can then, for example, with the aid of this coolant flow guide element in the direction of the target track or the target field 2 be steered. This can be z. B. be required if the coolant supply and the coolant discharge device has a different diameter than the foam heat sink.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besitzt das Trägermaterial 1 eine Außenoberfläche 1c mit einem fluiddichten Teil und einem fluiddurchlässigen Teil 1a, 1b. Ferner ist in dem aufgeschäumten Material des Trägermaterials 1 ein fluiddichtes Kühlmittel-Stromführungselement 13 so eingebettet, dass ein kürzester Weg für ein Kühlmittel von einem ersten Punkt des fluiddurchlässigen Teil zu einem zweiten Punkt des fluiddurchlässigen Teils durch das fluiddichte Kühlmittel-Stromführungselement so verlängert wird, dass der Weg näher an dem Targetmaterial 2 vorbeiführt. D. h., das Kühlmittel-Stromführungselement 13 ist so ausgebildet und in dem Schaumkühlkörper so angeordnet, dass ein Kühlmittel oder ein Fluid näher an das Targetmaterial 2, in dem die abzuführende Restwärme beim Betrieb der Röntgenröhre entsteht, herangeführt wird, um so einen besseren Wärmabtransport zu ermöglichen.In some embodiments of the present invention, the substrate has 1 an outer surface 1c with a fluid-tight part and a fluid-permeable part 1a . 1b , Further, in the foamed material of the carrier material 1 a fluid-tight coolant flow guide element 13 embedded such that a shortest path for a coolant is extended from a first point of the fluid-permeable part to a second point of the fluid-permeable part through the fluid-tight coolant flow guide element so that the path is closer to the target material 2 passes. That is, the coolant flow guide member 13 is formed and arranged in the foam heat sink so that a coolant or a fluid closer to the target material 2 , in which the dissipated residual heat during operation of the X-ray tube, is introduced, so as to allow a better heat dissipation.
In 2b ist eine schematische Darstellung eines Röntgentargets 20 in einer Vakuumkammer 10 mit Elektronenquelle 8 gezeigt. Demnach ist es auch denkbar, dass das Röntgentarget nicht vollständig in der Vakuumkammer 10 der Röntgenröhre angeordnet ist, sondern wie in 2b angedeutet ist nur das Targetmaterial 2. Das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht in der Vakuumkammer der Röntgenröhre 50 angeordnet. Es ist daher denkbar, dass das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material in diesem Ausführungsbeispiel keine fluiddichte Außenoberfläche benötigt und das Targetmaterial 2 in einer Vakuumkammerwand der Vakuumkammer 10 so eingebaut ist, dass das Vakuum in der Vakuumkammer aufrecht erhalten werden kann, die Vakuumkammer also gasdicht bzw. fluiddicht verschlossen ist.In 2 B is a schematic representation of a Röntgentargets 20 in a vacuum chamber 10 with electron source 8th shown. Accordingly, it is also conceivable that the X-ray target is not completely in the vacuum chamber 10 the X-ray tube is arranged, but as in 2 B indicated is only the target material 2 , The carrier material 1 out Foamed material is not in the vacuum chamber of the X-ray tube in this embodiment 50 arranged. It is therefore conceivable that the carrier material 1 made of foamed material in this embodiment, no fluid-tight outer surface needed and the target material 2 in a vacuum chamber wall of the vacuum chamber 10 is installed so that the vacuum can be maintained in the vacuum chamber, the vacuum chamber is thus sealed gas-tight or fluid-tight.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Röntgenröhre 50 mit einer Elektronenquelle 8 und einem Röntgentarget 20 mit einem Targetmaterial 2 und einem Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material mit einer fluiddichten Außenoberfläche 1c gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel in 3 weist die Festanode 2 mit Schaumkühlkörper 1 eine alternativ angeordnete Kühlmittelzuführung 6 und Kühlmittelabführung 7 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlmittelzuführung bzw. Kühlmittelabführung nebeneinander angeordnet. Die Röntgenröhre 50 weist wiederum ein Strahlenaustrittsfenster 9 für eine Röntgenstrahlung 5 auf, die beim Auftreffen der Elektronen 11 in dem Targetmaterial 2 auftritt. Der Ort, an dem die Elektronen 11 auf das Targetmaterial 2 auftreffen, wird auch als Brennfleck 3 bezeichnet. Die Röntgenröhre 50 kann außerdem fluiddichte Durchführungen 12 für die Kühlmittelzuführung zu dem Röntgentarget und für die Kühlmittelabführung von dem Röntgentarget aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel in 3 weist das Röntgentarget bzw. der Kühlkörper eine Trennwand 14 auf, die als Kühlmittelstromführungselement 13 für das einströmende kalte Kühlmittel und das ausströmende wärmere Kühlmittel dient.In 3 is another embodiment of an x-ray tube 50 with an electron source 8th and an X-ray target 20 with a target material 2 and a carrier material 1 made of foamed material with a fluid-tight outer surface 1c shown. In the embodiment in 3 has the fixed anode 2 with foam heat sink 1 an alternatively arranged coolant supply 6 and coolant removal 7 on. In this embodiment, the coolant supply or coolant discharge is arranged side by side. The x-ray tube 50 again has a beam exit window 9 for an X-ray 5 on, when the electrons strike 11 in the target material 2 occurs. The place where the electrons 11 on the target material 2 Impact is also called a focal spot 3 designated. The x-ray tube 50 can also provide fluid-tight feedthroughs 12 for the coolant supply to the X-ray target and for the coolant discharge from the X-ray target. In the embodiment in 3 the X-ray target or the heat sink has a partition wall 14 on, as a coolant flow guide element 13 for the incoming cold coolant and the outflowing warmer coolant is used.
Wie in der 4 dargestellt ist, kann das Röntgentarget 20 auch als rotierende Anode 2 mit Schaumkühlkörper 1 ausgebildet sein. Die Funktionsweise der übrigen Elemente wurde bereits oben beschrieben, weshalb sie hier nicht noch einmal beschrieben werden sollen. Die Röntgenröhre 50 weist in diesem Ausführungsbeispiel jedoch ein Röntgentarget 20 auf, welches als drehbares Röntgentarget 20 ausgebildet ist, also als rotierende Anode. Der Kühlkörper 1, der beispielsweise aus Metallschaum ausgebildet ist, kann z. B. die Form eines Zylinders, eines Ovals oder eines Diskus annehmen, der von einem ringförmigen Targetstreifen 2a umgeben ist. Der Targetstreifen 2a besteht aus Targetmaterial 2. Während des Betriebes der Röntgenröhre 50 kann sich der Kühlkörper um seine Längsachse drehen 4. Dadurch wird die Einwirkung des Brennflecks 3 auf eine größere Fläche als bei einer nicht-rotierenden Anode, nämlich auf die Fläche des Targetstreifens 2a verteilt. Die dem Brennfleck 3 jeweils abgewandten Teile des Targetstreifens 2a können in dieser Zeit effektiv durch ein Kühlmittel, welches durch den Kühlkörper 1 strömt, abgekühlt, also auf eine niedrigere Temperatur gebracht werden. Im Falle der beweglichen, drehbaren Anode 20 können der fluiddichte Auslass bzw. die fluiddichten Durchführungen 12 durch eine Hohlwellen-Drehdurchführung mit Magnetflüssigkeitsdichtung realisiert werden. Der zur Drehung der Anode bzw. zur Drehung des Röntgentargets nötige Drehantrieb kann in diesem Fall ebenfalls außerhalb des Röntgenröhrengehäuses 10 ausgeführt werden (nicht gezeigt in 3).Like in the 4 is shown, the X-ray target 20 also as a rotating anode 2 with foam heat sink 1 be educated. The operation of the other elements has already been described above, so they should not be described here again. The x-ray tube 50 However, in this embodiment has an X-ray target 20 on which as a rotatable X-ray target 20 is formed, so as a rotating anode. The heat sink 1 , which is formed for example of metal foam, z. B. assume the shape of a cylinder, an oval or a discus, of an annular target strip 2a is surrounded. The target strip 2a consists of target material 2 , During operation of the X-ray tube 50 The heat sink can rotate about its longitudinal axis 4 , This will change the effect of the focal spot 3 to a larger area than a non-rotating anode, namely the area of the target strip 2a distributed. The focal spot 3 each remote parts of the target strip 2a can be effectively at this time by a coolant, passing through the heat sink 1 flows, cooled, so be brought to a lower temperature. In the case of the movable, rotatable anode 20 For example, the fluid-tight outlet or the fluid-tight passages 12 be realized by a hollow shaft rotary feedthrough with magnetic fluid seal. The necessary for rotation of the anode or for rotation of the X-ray target rotary drive can in this case also outside the X-ray tube housing 10 be executed (not shown in 3 ).
In einigen Ausführungsbeispielen ist das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material als rotationssymmetrischer Körper mit einer Rotationsachse ausgebildet, wobei das Targetmaterial 2 in Form eines ringförmigen Targetstreifens 2a an einer Außenoberfläche des rotationssysmmetrischen Körpers angeordnet ist.In some embodiments, the substrate is 1 formed of foamed material as a rotationally symmetrical body with a rotation axis, wherein the target material 2 in the form of an annular target strip 2a is disposed on an outer surface of the rotation-symmetrical body.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 5 ein Röntgensystem 100 gezeigt. Das Röntgensystem 100 weist eine Röntgenröhre 50, wie sie beispielsweise oben beschrieben wurde, auf. D. h., die Röntgenröhre kann u. a. ein Röntgentarget 20 aufweisen, bei dem das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material eine fluiddichte Außenoberfläche 1c aufweist und bei dem die fluiddichte Außenoberfläche eine erste Öffnung 1a für die Kühlmittelzuführung 6 und eine zweite Öffnung 1b für eine Kühlmittelabführung 7 aufweist, und wobei eine Elektronenquelle 8, eine Einrichtung 28 zum Fokussieren der Elektronen und das Röntgentarget 20 in einem evakuierten Gehäuse 10, der Vakuumkammer, mit fluiddichten Durchführungen 12 für die Kühlmittelzuführung 6 zu dem Röntgentarget 20 und für die Kühlmittelabführung 7 von dem Röntgentarget 20 angeordnet ist. Das Röntgentarget 20 kann, wie es oben beschrieben wurde, ein Targetmaterial 2 und ein Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material aufweisen. Durch dieses Röntgentarget kann eine effektive Abführung der Restwärme bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung ermöglicht werden. Das Röntgensystem 100 kann ferner eine Einrichtung 21 zum Erzeugen einer Elektronenemission in der Röntgenröhre 50 aufweisen. Die Einrichtung 21 zum Erzeugen einer Elektronenemission kann beispielsweise eine Stromquelle sein, die die Elektronenquelle 8, die als Glühkathode ausgebildet sein kann, so stark erwärmt, dass thermische Elektronen ins Vakuum der Röntgenröhre 50 austreten. Diese Elektronen können dann mit einer Einrichtung 23 zum Erzeugen einer Hochspannung, die zwischen der Elektronenquelle 8 und dem Röntgentarget 20 anlegbar ist, auf das Targetmaterial 2 des Röntgentargets 20 beschleunigt werden. Die auf das Targetmaterial 2 auftreffenden beschleunigten Elektronen werden abgebremst und erzeugen dabei eine entsprechende Röntgenstrahlung 5. Die Abwärme die dabei frei wird kann durch das Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material, mit dem sich das Targetmaterial in guter wärmeleitender Verbindung befindet, effektiv abgeführt werden. Diese effektive Wärmeabfuhr kann, wie oben bereits beschrieben wurde, durch die große innere Oberfläche bzw. Berührungsfläche mit dem Kühlmittel und durch die innere Verwirbelungen des Kühlmittels an den Porenstegen des Kühlkörpers 1 aus aufgeschäumten Material erreicht werden. Das Röntgensystem 100 kann dazu einen Kühlmittelkreislauf 25 aufweisen, der über die fluiddichten Durchführungen 12 Kühlmittel für das Röntgentarget liefern kann und das im Betrieb erwärmte Kühlmittel wieder vom Röntgentarget abführen kann. Das in dem Kühlmittelkreislauf befindliche Kühlmittel kann dann mit Hilfe eines Pumpsystems 27 des Röntgensystems 100 durch den Kühlmittelkreislauf gepumpt werden, so dass eine effektive Abführung der anfallenden Restwärme bei der Röntgenstrahlenerzeugung erreicht werden kann. Das Pumpsystem kann also außerhalb des Vakuums für die Umwälzung des Kühlmittels sorgen.According to a further embodiment of the present invention is in 5 an x-ray system 100 shown. The X-ray system 100 has an x-ray tube 50 , as described above, for example. That is, the X-ray tube may include an X-ray target 20 in which the carrier material 1 made of foamed material, a fluid-tight outer surface 1c and wherein the fluid-tight outer surface has a first opening 1a for the coolant supply 6 and a second opening 1b for a coolant discharge 7 and wherein an electron source 8th , An institution 28 for focusing the electrons and the X-ray target 20 in an evacuated housing 10 , the vacuum chamber, with fluid-tight feedthroughs 12 for the coolant supply 6 to the X-ray target 20 and for coolant removal 7 from the X-ray target 20 is arranged. The X-ray target 20 For example, as described above, a target material may be used 2 and a carrier material 1 made of foamed material. By means of this X-ray target, an effective removal of the residual heat during the generation of the X-ray radiation can be made possible. The X-ray system 100 may also be a device 21 for generating an electron emission in the x-ray tube 50 exhibit. The device 21 For example, to generate an electron emission, a current source may be the electron source 8th , which can be formed as a hot cathode, so strongly heated that thermal electrons into the vacuum of the X-ray tube 50 escape. These electrons can then be connected to a device 23 for generating a high voltage between the electron source 8th and the X-ray target 20 can be applied to the target material 2 of the X-ray target 20 be accelerated. The on the target material 2 Accelerated electrons are decelerated and thereby generate a corresponding X-radiation 5 , The waste heat that is released by the carrier material 1 made of foamed material, with which the target material is in good heat conducting connection, effectively be dissipated. As described above, this effective heat dissipation may be due to the large internal surface or area of contact with the coolant and the internal turbulence of the coolant at the pores of the heat sink 1 be achieved from foamed material. The X-ray system 100 can do this with a coolant circuit 25 which, via the fluid-tight passages 12 Can provide coolant for the X-ray target and can dissipate the heated in operation coolant again from the X-ray target. The coolant in the coolant circuit can then be pumped by means of a pumping system 27 of the X-ray system 100 be pumped through the coolant circuit, so that an effective dissipation of the resulting residual heat in the X-ray generation can be achieved. The pumping system can thus ensure the circulation of the coolant outside of the vacuum.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Röntgensystem ferner eine Einrichtung 29 aufweisen, die mit dem Kühlmittelkreislauf 25 so gekoppelt ist, dass das durch den Betrieb des Röntgensystem erwärmte Kühlmittel 7 nach dem Durchgang durch den Kühlkörper 1 wieder abgekühlt wird. Die Einrichtung 29 kann also so ausgebildet sein, um das erwärmte Kühlmittel wieder auf eine vorbestimmte tiefere Temperatur abzukühlen, so dass das abgekühlte Kühlmittel wieder als „kaltes” Kühlmittel 6, durch das Pumpsystem oder durch andere Einrichtungen angetrieben, den Kühlkörper 1 erneut durchströmen kann. Eine Sekundär-Kühlmaßnahme kann also für die Abkühlung des erwärmten Kühlmittels sorgen.In some embodiments, the x-ray system may further comprise means 29 have that with the coolant circuit 25 is coupled so that the heated by the operation of the X-ray system coolant 7 after passing through the heat sink 1 is cooled again. The device 29 Thus, it may be configured to cool the heated coolant back to a predetermined lower temperature, such that the cooled coolant is again referred to as a "cold" coolant 6 driven by the pumping system or by other means, the heat sink 1 can flow through again. A secondary cooling measure can thus ensure the cooling of the heated coolant.
In einigen Ausführungsbeispielen kann, wie oben bereits beschrieben, das Röntgentarget 20 als drehbares Röntgentarget bzw. als rotierende Anode, ausgebildet sein. Dementsprechend kann ein Röntgensystem 100 eine Einrichtung 31 aufweisen, die ausgebildet ist, um das Röntgentarget mit Targetspur 2a zu drehen, um so die Einwirkung des Brennflecks auf eine größere Targetmaterialfläche zu verteilen. Die dem Brennfleck jeweils abgewandten Teile des Röntgentargetstreifens 2a können in dieser Zeit durch das Kühlmittel abgekühlt werden. Ein Röntgensystem 100 kann natürlich, was in der 5 nicht gezeigt ist, entsprechende Computer mit entsprechender Software zur Steuerung, beispielsweise der Einrichtung zum Erzeugen der Elektronenemission 21, der Einrichtung zum Erzeugen einer Hochspannung 23, zum Steuern des Pumpsystems für den Kühlmittelkreislauf 25 bzw. falls vorhanden, für den Drehantrieb 31 aufweisen. Des Weiteren kann ein Röntgensystem natürlich auch die entsprechenden bildgebenden Systeme aufweisen (nicht gezeigt in 5), um die durch das Strahlenaustrittsfenster 9 austretende und ein Objekt durchdringende Röntgenstrahlung sichtbar zu machen.In some embodiments, as already described above, the X-ray target 20 be designed as a rotatable X-ray target or as a rotating anode. Accordingly, an X-ray system 100 An institution 31 which is formed to the X-ray target target track 2a to rotate, so as to distribute the effect of the focal spot on a larger target material surface. The focal spot respectively facing away from the X-ray target strip 2a can be cooled by the coolant during this time. An x-ray system 100 Of course, something in the 5 not shown, corresponding computer with appropriate software for controlling, for example, the means for generating the electron emission 21 The device for generating a high voltage 23 , for controlling the pumping system for the coolant circuit 25 or, if available, for the rotary drive 31 exhibit. Furthermore, of course, an X-ray system can also have the corresponding imaging systems (not shown in FIG 5 ), through the beam exit window 9 emerging and an object penetrating X-ray radiation visible.
Das Röntgentarget 20 kann in Röntgenröhren mit einem typischen Röntgenenergiebereich bis 450 kV Beschleunigungsspannung eingesetzt werden.The X-ray target 20 can be used in X-ray tubes with a typical X-ray energy range up to 450 kV acceleration voltage.
In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser D des Schaumkühlkörpers 1 bzw. des Trägermaterials aus aufgeschäumten Material beispielsweise zwischen 10 mm und 150 mm liegen. Die Länge L des Schaumkühlkörpers kann z. B. bis 40 mm lang sein. Die Porendichten des Trägermaterials aus aufgeschäumten Material sollte entsprechend passend zur Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmittels gewählt werden.In some embodiments of the present invention, the diameter D of the foam heat sink 1 or the carrier material of foamed material, for example, between 10 mm and 150 mm. The length L of the foam heat sink may, for. B. be up to 40 mm long. The pore densities of the foamed material carrier should be selected according to the flow rate of the refrigerant.
Der Kühlkörper 1 aus dem aufgeschäumten Material kann als vollständig ausgefüllter Kühl- bzw. Schaumkühlkörper oder auch als Hohlkörper, z. B. als Hohlzylinder ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann die Wand zum Hohlraum ebenfalls fluiddicht sein. Die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmittels durch den Kühlkörper 1 kann in einigen Ausführungsbeispielen beispielsweise 10 mm/s bis 2 m/s betragen. Als Kühlmittel können sowohl flüssige als auch gasförmige Stoffe, also allgemein Fluide benutzt werden. Als Kühlmittel können z. B. Wasser, Öle, Helium, Stickstoff, Luft etc. zum Einsatz kommen.The heat sink 1 from the foamed material can be used as a completely filled cooling or foam cooling body or as a hollow body, for. B. be designed as a hollow cylinder. In the latter case, the wall to the cavity may also be fluid-tight. The flow rate of the coolant through the heat sink 1 may be, for example, 10 mm / s to 2 m / s in some embodiments. As a coolant, both liquid and gaseous substances, ie generally fluids can be used. As a coolant z. As water, oils, helium, nitrogen, air, etc. are used.
Wie in einigen Ausführungsbeispielen gezeigt ist, kann in dem aufgeschäumten Material des Trägermaterials bzw. des Kühlkörpers 1 ein Kühlmittelstromführungselemente angeordnet sein, welches z. B. aus Blech oder einem Metallformteil ausgebildet ist. Durch diese Kühlmittelstromführungselemente kann die Strömung des Kühlmittels beispielsweise in Richtung der Röntgentargetspur 2a (bei rotierenden Targetanoden) bzw. des Targetfeldes 2 gelenkt werden. Dies kann erforderlich sein, wenn die Kühlmittelzuführung- und Abführungsvorrichtung einen anderen Durchmesser als der Schaumkühlkörper 1 aufweist. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Targetmaterial 2 ein Material mit einer hohen Kernladungszahl sein. Beispielsweise kann die Kernladungszahl Z > 20 sein. Materialien, die als Targetmaterial eingesetzt werden können, sind beispielsweise Metalle, wie Wolfram, Molybdän, Gold, Platin, Blei oder Kupfer. Die Dicke des Targetmaterials 2 kann beispielsweise zwischen 10 μm und 2 mm liegen. Wie in einigen Ausführungsbeispielen gezeigt ist, kann die Anode bzw. das Röntgentarget drehbar gelagert sein. Die Drehgeschwindigkeit der beweglichen Anode mit dem Schaumkühlkörper 1 kann in einigen Ausführungsbeispielen zwischen 10 Hz und 300 Hz liegen.As shown in some embodiments, in the foamed material of the substrate or the heat sink 1 a coolant flow guide elements may be arranged which z. B. is formed of sheet metal or a metal molding. By these coolant flow guide elements, the flow of the coolant, for example, in the direction of the X-ray target track 2a (with rotating target anodes) or the target field 2 be steered. This may be necessary if the coolant supply and discharge device has a different diameter than the foam heat sink 1 having. In some embodiments, the target material may be 2 a material with a high atomic number. For example, the atomic number Z can be> 20. Materials which can be used as the target material are, for example, metals such as tungsten, molybdenum, gold, platinum, lead or copper. The thickness of the target material 2 may for example be between 10 microns and 2 mm. As shown in some embodiments, the anode or the X-ray target may be rotatably mounted. The rotational speed of the moving anode with the foam heat sink 1 may be between 10 Hz and 300 Hz in some embodiments.
In alternativen Ausführungsbeispielen für ein Röntgentarget kann die gesamte Röntgentarget-/Kühlkörperkonstruktion, also das Röntgentarget 20 mit dem Targetmaterial 2 und dem Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material aus offenporigen, aber zur Außenseite hin geschlossenem Targetmaterialschaum, z. B. Wolframschaum gefertigt werden.In alternative embodiments for an X-ray target, the entire X-ray target / heat sink construction, ie the X-ray target 20 with the target material 2 and the carrier material 1 of foamed material of open-pore, but closed to the outside target material foam, z. B. tungsten foam are made.
In 6 ist in einem Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel zum Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung dargestellt. Demnach kann das Verfahren ein Beschleunigen 110, oder ein Richten eines Elektronenstrahls, der auf ein Röntgentarget mit einem Targetmaterial und einem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material trifft und ein Durchleiten 112 eines Kühlmittels durch das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material aufweisen. Durch das Durchleiten des Kühlmittels durch das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann die große innere Berührungsfläche des aufgeschäumten Trägermaterials mit dem Kühlmittel ausgenutzt werden, um die Wärme, die bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung entsteht, vom Targetmaterial 2 effektiv und in einer verbesserten Weise als bei herkömmlichen Kühlmethoden abzuführen. Ein Grund für diesen verbesserten Wärmeabtransport ist auch in der inneren Verwirbelung des Kühlmittels in dem aufgeschäumten Material und seinen entsprechenden Porenstegen beim durchleiten des Kühlmittels zu sehen. Durch diese innere Verwirbelung des Kühlmittels ist es nun möglich das Kühlmittel in einer extrem effektiven Weise einzusetzen, d. h. schnell und mit einem hohen Wärmeaustauschwirkungsgrad, um die Wärme vom Röntgentarget abzutransportieren.In 6 is shown in a flowchart an embodiment of the method for generating X-radiation. Thus, the method can accelerate 110 , or directing an electron beam which strikes an X-ray target with a target material and a foamed material carrier and passing it through 112 a coolant through the carrier material of foamed material. By passing the coolant through the carrier material made of foamed material, the large inner contact surface of the foamed carrier material can be used with the coolant to heat the heat generated during the generation of the X-ray from the target material 2 dissipate effectively and in an improved manner than conventional cooling methods. One reason for this improved heat removal is also seen in the internal swirling of the coolant in the foamed material and its corresponding pores when passing the coolant. By this internal swirl of the coolant, it is now possible to use the coolant in an extremely effective manner, ie, quickly and with a high heat exchange efficiency, to carry away the heat from the X-ray target.
In anderen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung ein Erzeugen von freien Elektronen in einer evakuierten Röntgenröhre aufweisen. Weiterhin kann das Verfahren ein Fokussieren der Elektronen mittels einer Elektronenfokussierungseinrichtung 28 und ein Beschleunigen der freien Elektronen auf ein Röntgentarget 20 mit einem Targetmaterial 2 und einem Trägermaterial 1 aus aufgeschäumten Material aufweisen. Außerdem kann das Verfahren ein Abbremsen der freien Elektronen zumindest in dem Targetmaterial 2 aufweisen, so dass eine Röntgenstrahlung emittiert wird und ferner ein Abführen der bei der Abbremsung entstehenden Wärme vom Röntgentarget 20 bzw. genauer vom Targetmaterial 2 durch Durchströmen des Trägermaterials 1 aus aufgeschäumten Material mit einem Kühlmittel und durch innere Verwirbelung des Kühlmittels an dem aufgeschäumten Material.In other embodiments, the method of generating X-radiation may include generating free electrons in an evacuated X-ray tube. Furthermore, the method can focus the electrons by means of an electron focusing device 28 and accelerating the free electrons to an X-ray target 20 with a target material 2 and a carrier material 1 made of foamed material. In addition, the method may include decelerating the free electrons at least in the target material 2 have, so that an X-ray radiation is emitted and further, a discharge of the heat generated during the deceleration of the X-ray target 20 or more precisely of the target material 2 by flowing through the carrier material 1 made of foamed material with a coolant and by internal swirling of the coolant to the foamed material.
Das Erzeugen von freien Elektronen in einer evakuierten Röntgenröhre kann beispielsweise durch thermische Emission von Elektronen aus einer Glühkathode in der Röntgenröhre oder durch Feldemission aus einer entsprechenden Kathode erreicht werden. Das Beschleunigen der freien Elektronen auf ein Röntgentarget mit einem Targetmaterial und einem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material kann beispielsweise durch Anlegen einer Hochspannung zwischen der oben erwähnten Kathode und dem Röntgentarget, das als Anode dient, erreicht werden. Das Abbremsen der freien Elektronen kann dann so durchgeführt werden, dass es in einem Targetmaterial mit einer entsprechend hohen Kernladungszahl abgebremst wird, so dass eine Röntgenstrahlung emittiert wird. Das Abführen der beim Abbremsen entstehenden Wärme vom Röntgentarget kann so durchgeführt werden, dass das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material mit einem Kühlmittel durchströmt wird, wobei durch die große innere Berührungsfläche des aufgeschäumten Trägermaterials mit dem Kühlmittel ausgenutzt wird, um die Wärme vom Röntgentarget besser als mit herkömmlichen Kühlmethoden, abgeführt werden kann. Dies wird auch die durch die innere Verwirbelung des Kühlmittels in dem aufgeschäumten Material und seinen entsprechenden Porenstegen erreicht.The generation of free electrons in an evacuated X-ray tube can be achieved for example by thermal emission of electrons from a hot cathode in the X-ray tube or by field emission from a corresponding cathode. The accelerating of the free electrons to an X-ray target with a target material and a foamed material carrier material can be achieved, for example, by applying a high voltage between the above-mentioned cathode and the X-ray target serving as the anode. The deceleration of the free electrons may then be carried out so that it is decelerated in a target material having a correspondingly high atomic number, so that an X-ray radiation is emitted. The dissipation of the heat generated during the braking of the X-ray target can be carried out so that the carrier material made of foamed material is flowed through by a coolant, which is exploited by the large inner contact surface of the foamed carrier material with the coolant to the heat from the X-ray target better than conventional Cooling methods, can be dissipated. This is also achieved by the internal swirling of the coolant in the foamed material and its corresponding pores.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann es ermöglicht werden, die Brennfleckgröße der auf das Targetmaterial des Röntgentargets auftreffenden Elektronen zu minimieren und gleichzeitig eine maximale Ausbeute an Röntgenquanten zu erzielen. Das Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung kann durch eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Targetmaterial eine verlängerte ununterbrochene Betriebeszeit einer Röntgenröhre 50 bzw. eines Röntgensystems 100 ermöglichen. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ein Röntgentarget 20 eine längere Lebensdauer aufweisen, da eine hitzebedingte Beschädigung des Röntgentargets durch die verbesserte Wärmeabfuhr vermindert bzw. zeitlich verzögert wird. In Ausführungsbeispielen zum Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung kann durch eine höhere Beschleunigung der freien Elektronen, z. B. durch Anlegen einer höheren Beschleunigungsspannung oder durch einen höheren Röhrenstrom als bei vergleichbaren Röntgenssystemen ohne verbesserte Wäremabfuhr, eine größere zulässige Röntgenröhrenleistung bei gleicher Brennfleckgröße bzw. ein kleinerer Brennfleck bei gleicher Röhrenleistung erzielt werden. Dadurch kann eine verbesserte Ortsauflösung von Objektstrukturen erzielt werden und auch eine verlängerte ununterbrochene Betriebszeit der Röntgenröhre erreicht werden, da das Abführen der bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung entstehenden Wärme vom Röntgentarget, effizienter als in herkömmlichen Röntgensystemen durchgeführt werden kann.The method according to the invention makes it possible to minimize the focal spot size of the electrons incident on the target material of the X-ray target, and at the same time to achieve a maximum yield of X-ray quanta. The method of generating X-radiation may provide an extended uninterrupted service life of an X-ray tube through improved heat removal from the target material 50 or an X-ray system 100 enable. According to embodiments of the present invention, an X-ray target 20 have a longer life, since a heat-related damage of the X-ray target is reduced or delayed by the improved heat dissipation. In exemplary embodiments of the method for the generation of X-radiation, by a higher acceleration of the free electrons, for. B. by applying a higher acceleration voltage or by a higher tube current than comparable X-ray systems without improved Wäremabfuhr, a larger allowable X-ray tube performance at the same focal spot size or a smaller focal spot with the same tube performance can be achieved. As a result, an improved spatial resolution of object structures can be achieved and also an extended uninterrupted operating time of the X-ray tube can be achieved, since the dissipation of the heat generated during the generation of the X-radiation from the X-ray target can be carried out more efficiently than in conventional X-ray systems.
