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Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Vakuumhülle, in der folgende Funktionselemente vorgesehen sind. Es sind eine Kathode und eine Anode angeordnet, und zwar derart, dass bei Anlegen einer Hochspannung an die Kathode und die Anode von der Kathode emittierte Elektroden zur Anode hin auf eine Primärenergie beschleunigbar sind. Die Primärenergie der Elektronen führt bei Auftreffen derselben auf die Anode zur Emission der Röntgenstrahlung, wobei die Vakuumhülle im Bereich der Anode durchlässig für diese Röntgenstrahlung ist, so dass diese beispielsweise zu medizinischen Zwecken genutzt werden kann. Im Bereich der Anode ist innerhalb der Vakuumhülle überdies eine Abschirmung für von der Anode abgestrahlte Rückstreuelektronen vorgesehen, die ansonsten eine das Bild gebende Diagnoseverfahren störende Extrafokalstrahlung erzeugen würden.
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Röntgenröhren der eingangs angegebenen Art sind beispielsweise aus der
US 2008/0112538 A1 bekannt. Auch die dort beschriebenen Röntgenröhren weisen eine Vakuumhülle auf, wobei in dieser eine Kathode angeordnet ist, aus der Elektronen emittiert werden. Diese werden von einer Anode aufgefangen, auf die diese in einem Strahl gerichtet werden, so dass aus der Anode Röntgenstrahlen emittiert werden. Damit der Elektronenstrahl erzeugt wird, wird an die Kathode und an die Anode eine Hochspannung angelegt, die außerdem ursächlich für eine Beschleunigung der Elektronen auf die notwendige Primärenergie ist. Die rückgestreuten Elektronen, die von der Anode ausgehen, werden durch eine Abschirmung im Bereich der Anode weggefangen, wobei die Abschirmung aus einem Material mit einer möglichst kleinen Kernladungszahl, bevorzugt kleiner als 14, bestehen soll. Daher ist das Material des Rückstreuelektronenfängers bevorzugt aus einer Schicht aufgebaut, die Kohlenstoff, Bor und/oder Stickstoff beinhaltet. Ein Rückstreuelektronenfänger in einer Röntgenröhre kann gemäß der
US 7,410,296 B2 insbesondere als Beschichtung auf Innenteilen der Röntgenröhre aufgebracht werden.
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Ein Rückstreuelektronenfänger, wie er z. B. in Vakuumschaltröhren angewendet werden kann, ist gemäß der
EP 1 276 132 A1 beschrieben. Dieser besteht aus CNT-Röhrchen, die auf eine Oberfläche aufgewachsen werden, d. h., dass diese mit ihrem einen Ende auf dieser Oberfläche stehen und das andere Ende frei von der Oberfläche absteht. Auf diese Weise entsteht ein labyrinthartiges Gebilde, welches das Absorbieren von Elektronen dadurch begünstigt, dass diese innerhalb dieser labyrinthartigen Struktur eine verlängerte Wegstrecke zurücklegen. Hierdurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass diese durch das Material der Absorptionsschicht absorbiert werden.
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Beim Betrieb der Röntgenröhre entsteht Wärme, die ggf. eine Kühlung der Röntgenröhre erfordert und im Übrigen die Bauteile der Röntgenröhre thermisch beansprucht. Hierbei treten Arbeitstemperaturen von über 500°C auf, so dass auch der Rückstreuelektronenfänger in diesem Temperaturbereich thermisch belastet wird. Hierbei treten ggf. aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Funktionselemente der Röntgenröhre auch mechanische Spannungen auf, der diese Funktionselemente Stand halten müssen.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine Röntgenröhre mit einer Abschirmung für Rückstreuelektronen anzugeben, bei dem das Material eine möglichst geringe Kernladungszahl der verwendeten chemischen Elemente aufweist, und vergleichsweise hohe Arbeitstemperaturen von über 500°C zulässt.
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Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegeben Röntgenröhre erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abschirmung auf einer im Inneren der Vakuumhülle angeordneten Fläche in Form einer Schicht ausgebildet ist, die CNT und/oder BNNT und/oder CXBYNNT aufweist. Als CNT sind Carbonnanotubes zu verstehen, BNNT sind Bornitrid-Nanotubes, wobei auch Nanoröhrchen aus sowohl Kohlenstoff als auch Bornitrid gefertigt werden können, unterschiedliche Summenformeln aufweisen können und daher als CXBYNNT bezeichnet werden. Die oben aufgeführten Strukturen werden insgesamt im Folgenden kurz als Nanoröhrchen bezeichnet.
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Die Verwendung von Nanoröhrchen hat den Vorteil, dass diese enorm temperaturbeständig sind, da die gebildeten Strukturen eine hohe Ordnung in ihrer Gitterstruktur aufweisen. Gleichzeitig sind die Nanoröhrchen aus chemischen Elementen gebildet, die eine geringe Kernladungszahl aufweisen. CNT weisen eine Kernladungszahl von 6 auf. BNNT weisen ebenfalls eine durchschnittliche Kernladungszahl von 6 auf. Auch bei CXBYNNT liegt die durchschnittliche Kernladungszahl abhängig von der Summenformel ungefähr bei 6. Hierdurch ist vorteilhaft eine sehr wirksame Absorption der Rückstreuelektroden möglich. Gleichzeitig ist die Temperaturbeständigkeit der Abschirmung sichergestellt, da Nanoröhrchen erst bei Temperaturen weit über 1000°C thermisch instabil werden.
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Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass die Schicht eine Gefügematrix aufweist, in der die Nanoröhrchen eingebaut sind. Eine solche Schicht kann beispielsweise elektrochemisch hergestellt werden, wobei die Nanoröhrchen in dem Elektrolyt dispergiert sind, wie dies beispielsweise gemäß der
US 2007/0036978 A1 beschrieben ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Schicht durch Kaltgasspritzen herzustellen. Hierbei werden die Nanoröhrchen auf den Beschichtungspartikeln fixiert und so in die sich ausbildende kaltgasgespritzte Schicht eingebaut. Dieses Verfahren ist beispielsweise gemäß der
DE 10 2006 047 103 A1 beschrieben.
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Nanoröhrchen weisen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die Wärme auch gut aus der Röntgenröhre abgeführt werden kann, auch wenn beispielsweise gemäß einer sinnvollen Ausgestaltung der Erfindung die Abschirmung zumindest teilweise auf einer inneren Wand der Vakuumhülle vorgesehen sind. Alternativ ist es auch vorteilhaft möglich, dass die Abschirmung zumindest teilweise auf einem Abschirmungsbauteil vorgesehen ist, welches sich im Inneren der Vakuumröhre befindet. Hierdurch kann das Abschirmungsbauteil geometrisch optimal derart angepasst werden, dass die Rückstreuelektronen möglichst nah an dem Ort ihrer Entstehung wieder eingefangen werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die besagte Fläche durch ein Substrat zur Verfügung gestellt wird, welches aus einer Metalllegierung besteht, deren Legierungselemente Konstituenten mit unterschiedlichen Atomradien haben. Insbesondere kann die Fläche durch eine Inconel®-Legierung zur Verfügung gestellt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Röntgenröhre im schematischen Schnitt und
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2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schicht, die als erfindungsgemäße Abschirmung zur Absorption von Rückstreuelektronen zum Einsatz kommt, als schematische Ausschnitte.
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Eine Röntgenröhre 1 gemäß 1 ist als Drehkolbenröhre ausgeführt. Diese weist eine Vakuumhülle 3 auf, die um eine Achse drehbar gelagert ist. Innerhalb der Vakuumhülle 3 befinden sich eine Kathode 5 und eine Anode 7 (diese Baugruppen sind im Einzelnen nicht näher erläutert, da ihr Aufbau allgemein bekannt ist). Diese können in nicht dargestellter Weise mit einer Hochspannung beaufschlagt werden. Dadurch werden ausgehend von der Kathode 5 Elektronen (nicht näher dargestellt) freigesetzt, die aufgrund der Hochspannung entlang eines Primärstrahls 11 beschleunigt werden und auf die Anode 7 treffen. Unter Verwendung eines Elektromagneten 13 kann der Primärstrahl 11 derart abgelenkt werden, dass er auf einem bestimmten Ort der Anode 7 trifft, der einen Brennfleck 15 bildet.
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Im Brennfleck 15 treten die Elektronen mit den Atomen des Anodenmaterials in Wechselwirkung, wodurch eine Rontgenstrahlung 17 erzeugt wird, die aus dem Brennfleck 15 emittiert wird und durch die Vakuumhulle hindurch von der Rontgenrohre 1 abgestrahlt wird. Um die Rontgenrohre 1 zu drehen, wird ein Motor 19 verwendet, der eine in Wellenlagern 21 gelagerte Antriebswelle 23 antreibt. Damit wandert der Brennfleck 15 auf der Anode 7 im Kreis, wodurch eine hohere Leistung der Rontgenrohre erreicht werden kann, da die Warmeabfuhr aus der Rontgenrohre 1 dadurch erleichtert wird.
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Allerdings emittiert die Anode 7 nicht nur die Rontgenstrahlen 17, sondern es treten auch weitere Elektronen 29 aus. Diese bestehen aus den bereits erwahnten Ruckstreuelektronen des Primarstrahls 11. Es konnen jedoch auch Sekundarelektronen sein, die zusatzlich aus dem Anodenmaterial herausgelost werden. Allerdings sind die Ruckstreuelektronen, die noch eine vergleichsweise hohe Energie besitzen, diejenigen, die großere Probleme erzeugen.
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Diese weiteren Elektronen 29 treffen wieder auf die Anode 7, allerdings außerhalb des Brennflecks 15. Einige treffen jedoch auch auf das Material der Vakuumhulle 3. Die Vakuumhulle ist im Allgemeinen jedoch aus einem vergleichsweise schweren Material gefertigt (d. h. aus einem Material mit Atomen hoher Kernladungszahl), wie z. B. Stahl. Bei diesen Materialien erzeugen die weiteren Elektronen beim Auftreffen wiederum Rontgenstrahlung, die sogenannte Extrafokalstrahlung, die die Bildqualitat verringert, die sich mit der Rontgenrohre 1 erreichen lasst. Darum sollen die Elektronen moglichst absorbiert werden, ohne Rontgenstrahlung zu erzeugen. Dies ist mit der erfindungsgemaßen Abschirmung 31 moglich. Diese kann, wie 1 zu entnehmen ist, auf der Innenwand der Vakuumhulle 3 angebracht sein und/oder auf einem gesonderten Abschirmbauteil 32, welches hinsichtlich seiner Form daraufhin optimiert ist, möglichst viele Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen 29 abzufangen.
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In 2 ist die Abschirmung 31 in Form von Schichten im Detail zu erkennen. Diese befinden sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf dem Abschirmungsbauteil 32, welches als Substrat die besagte Fläche 33 zur Beschichtung zur Verfügung stellt. Gemäß 2 besteht die Abschirmung 31 aus einer Gefügematrix 34, in die Nanoröhrchen 35 eingebunden sind. Die Schicht ist elektrochemisch unter Einbau der Nanoröhrchen 35 hergestellt worden.
