DE102010039214A1

DE102010039214A1 - Flüssigkeitskühlung einer Röntgenröhre

Info

Publication number: DE102010039214A1
Application number: DE102010039214A
Authority: DE
Inventors: Jason W. Cottonwood Heights Davies; Gregory C. Draper Andrews; George Benjamin West Jordan Naseath; Lincoln Curtis Stansbury Park Jolley; Richard Alma West Valley Keyes; Ricky Burnett Sandy Smith
Original assignee: Varian Medical Systems Inc
Current assignee: Varex Imaging Corp
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: US20110038462A1; DE102010039214B4; JP2011044427A; US8130910B2; JP5405413B2

Abstract

Bei einem Beispiel umfasst eine Röntgenröhre einen evakuierten Behälter und eine Anode, die in dem evakuierten Behälter angeordnet ist. Die Anode ist konfiguriert, um Elektronen zu empfangen, die von einem Elektronenemitter emittiert werden. Die Röntgenröhre umfasst auch ein evakuiertes Behälterfenster, das in einem Anschluss des evakuierten Behälters angeordnet ist. Das evakuierte Behälterfenster umfasst erste und zweite Achsen, wobei die erste Achse im Verhältnis zur zweiten Achse kürzer ist. Die Röntgenröhre umfasst auch Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses. Das Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses veranlasst das Kühlmittel, über eine äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters in einer Richtung, die zu der ersten Achse im Wesentlichen parallel ist, zu fließen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen Röntgenvorrichtungen. Insbesondere betreffen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur Flüssigkühlung einer Röntgenröhre.
Verwandte Technologie
Die Röntgenröhre hat sich bei der medizinischen bildgebenden Diagnose und Kontrolle, der medizinischen Therapie und diversen medizinischen Prüfungs- und Materialanalyse-Industrien als wesentlich erwiesen. Ein derartiges Gerät wird gewöhnlich in Bereichen wie medizinische und industrielle diagnostische Untersuchung, therapeutische Radiologie, Halbleiterherstellung und Materialanalyse verwendet.
Eine Röntgenröhre umfasst typischerweise einen Vakuumbehälter, der eine Kathodenanordnung und eine Anodenanordnung enthält. Der Vakuumbehälter kann aus Metall, Glas, Keramik oder einer Kombination davon bestehen und wird typischerweise in einem Außengehäuse angeordnet. Ein Kühlmedium, wie etwa ein dielektrisches Öl oder ein ähnliches Kühlmittel, kann in dem Raum angeordnet werden, der zwischen dem Außengehäuse und dem Vakuumbehälter besteht, um Wärme von der Oberfläche des Vakuumbehälters abzuleiten. Je nach Konfiguration kann Wärme aus dem Kühlmittel entnommen werden, indem das Kühlmittel bis zu einem externen Wärmetauscher über eine Pumpe und Flüssigkeitsleitungen umgewälzt wird. Die Kathodenanordnung besteht im Allgemeinen aus einer metallischen Kathodenkopfanordnung und einer Elektronenquelle, die hoch erregt ist, um Röntgenstrahlen zu erzeugen. Die Anodenanordnung, die im Allgemeinen aus einem feuerfesten Metall, wie etwa Wolfram, hergestellt wird, umfasst eine Brennbahn, die orientiert ist, um Elektronen zu empfangen, die von der Kathodenanordnung emittiert werden.
Der evakuierte Behälter umfasst ein evakuiertes Behälterfenster, das auf die Brennbahn ausgerichtet ist, so dass Röntgenstrahlen, die von der Brennbahn emittiert werden, aus dem evakuierten Behälter herausgehen können. Das evakuierte Behälterfenster ist typischerweise in einem Anschluss angeordnet, der in einer Wand des evakuierten Behälters gebildet ist, und wird an dem evakuierten Behälter durch Schweißen, Löten oder andere Verfahren angebracht.
Während des Betriebs der Röntgenröhre wird die Anode gedreht und die Kathode wird mit einem Heizstrom aufgeladen, der die Elektronen dazu veranlasst, aus der Elektronenquelle oder dem Emitter zu entweichen. Ein elektrisches Potential wird zwischen der Kathode und der Anode angelegt, um die emittierten Elektronen in Richtung auf die ringförmige Brennbahn der Anode zu beschleunigen. Röntgenstrahlen werden von einem Teil der hochbeschleunigten Elektronen erzeugt, die auf die ringförmige Brennbahn auftreffen.
Um hochwertige Röntgenbilder hervorzubringen, ist es im Allgemeinen wünschenswert, den Röntgenfluss, d. h. die Anzahl der Röntgenphotonen, die pro Zeiteinheit emittiert werden, zu maximieren. Der Röntgenfluss kann erhöht werden, indem man die Anzahl der Elektronen erhöht, die von dem Elektronenemitter emittiert werden und auf der Brennbahn aufprallen.
Viele der Elektronen, die auf der Brennbahn auftreffen, werden jedoch von der Brennbahn in Richtung auf das evakuierte Behälterfenster und in Richtung auf den Abschnitt des evakuierten Behälters, der zwischen der Kathodenanordnung und der Anodenanordnung positioniert ist, zurückgestreut. Die Anzahl der Rückstreuelektronen ist im Allgemeinen zur Anzahl der Elektronen, die auf der Brennbahn aufprallen, proportional. Wenn die Rückstreuelektronen auf dem evakuierten Behälter oder dem evakuierten Behälterfenster auftreffen, wird eine erhebliche Menge ihrer kinetischen Energie auf den evakuierten Behälter oder das evakuierte Behälterfenster als thermische Energie übertragen. Ohne einen wirksamen Kühlmechanismus kann bzw. können sich der evakuierte Behälter und/oder das evakuierte Behälterfenster überhitzen und versagen, wodurch der evakuierte Behälter und die Funktionsfähigkeit der Röntgenröhre in Frage gestellt werden. Da die Anzahl der Rückstreuelektronen zur Anzahl der Elektronen, die auf der Brennbahn aufprallen, proportional ist, erlegt die Unzulänglichkeit der Kühlung der Röntgenröhre entsprechend eine Grenze für die Höchstanzahl der Elektronen auf, die von dem Elektronenemitter in Richtung auf die Brennbahn emittiert werden können, und folglich für die Qualität der Röntgenbilder, die von der Röntgenröhre hervorgebracht werden.
Zusätzlich dazu, dass sie die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des evakuierten Behälters erhöht, kann die Wärme, die hervorgebracht wird, während die Röntgenröhre funktioniert, auch zum Aufkochen eines flüssigen Kühlmittels führen, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist und das mit dem evakuierten Behälterfenster in direktem Kontakt steht. Dieses Aufkochen des flüssigen Kühlmittels kann zu schädlichen Schwankungen bei der Dämpfung der Röntgenstrahlen führen, während sie auf ihrem Weg zu dem beabsichtigten Ziel durch die kochende Flüssigkeit gehen. Diese schädliche Röntgendämpfungsschwankung der Röntgenstrahlen kann Fehler in den sich ergebenden Röntgenbildern des Ziels verursachen, die z. B. zu einer Fehldiagnose eines geröntgten Patienten führen können.
Der hier beanspruchte Gegenstand beschränkt sich nicht auf Ausführungsformen, die beliebige Nachteile aufheben, oder die nur in Umgebungen funktionieren, wie sie oben beschrieben werden. Stattdessen wird dieser Hintergrund nur bereitgestellt, um einen beispielhaften Technologiebereich zu erläutern, in dem einige der hier beschriebenen Ausführungsformen in die Praxis umgesetzt werden können.
KURZDARSTELLUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Allgemeinen betreffen die Ausführungsformen Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur Flüssigkühlung einer Röntgenröhre.
Ein Ausführungsbeispiel umfasst eine Röntgenröhre. Die Röntgenröhre umfasst einen evakuierten Behälter und eine Anode, die in dem evakuierten Behälter angeordnet ist. Die Anode ist konfiguriert, um Elektronen zu empfangen, die von einem Elektronenemitter emittiert werden. Die Röntgenröhre umfasst auch ein evakuiertes Behälterfenster, das in einem Anschluss des evakuierten Behälters angeordnet ist. Das evakuierte Behälterfenster umfasst erste und zweite Achsen, wobei die erste Achse im Verhältnis zur zweiten Achse kürzer ist. Die Röntgenröhre umfasst auch Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses. Das Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses veranlasst das Kühlmittel, über eine äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters in einer Richtung, die zu der ersten Achse im Wesentlichen parallel ist, zu fließen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Kühlen einer Röntgenröhre. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Kühlmittelflusses in einer Röntgenröhre, die ein evakuiertes Behälterfenster umfasst, wobei das evakuierte Behälterfenster erste und zweite Achsen umfasst, wobei die erste Achse im Verhältnis zur zweiten Achse kürzer ist. Das Verfahren umfasst auch das Leiten des Kühlmittels über eine äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters in einer Richtung, die zu der ersten Achse im Wesentlichen parallel ist. Das Verfahren umfasst auch das Optimieren des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche gemäß einer unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen, die auf einer inneren Oberfläche des evakuierten Behälterfensters auftreffen.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Röntgenröhre, die ein Außengehäuse, einen evakuierten Behälter, einen Elektronenemitter, eine Anode und einen Vollraum umfasst. Der evakuierte Behälter ist in dem Außengehäuse angeordnet und umfasst ein evakuiertes Behälterfenster mit einer kurzen Achse. Der Elektronenemitter ist in dem evakuierten Behälter angeordnet und ist konfiguriert, um Elektronen zu emittieren. Die Anode definiert eine Drehachse, die im Wesentlichen zu der kurzen Achse parallel ist. Der Vollraum ist in dem Außengehäuse angeordnet und weist ein Ende auf, wobei in dem Ende mindestens eine Öffnung gebildet ist. Der Vollraum ist derart angeordnet, dass das Ende im Wesentlichen zu der kurzen Achse senkrecht ist.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Röntgenröhre konfiguriert, um mindestens teilweise in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht zu sein. Die Röntgenröhre umfasst eine Kathode, die mindestens teilweise in einem Kathodengehäuse positioniert ist, eine Anode, die mindestens teilweise in einer Hülse positioniert ist, und einen Blendenkörper, der das Kathodengehäuse mit der Hülse koppelt. Die Hülse ist aus einem ersten Material gebildet, und der Blendenkörper ist aus einem zweiten Material gebildet. Der Blendenkörper definiert eine Blende, durch die Elektronen zwischen der Kathode und der Anode hindurch gehen können. Der Blendenkörper definiert ferner mindestens zwei äußere Oberflächen, die jeweils konfiguriert sind, um dem flüssigen Kühlmittel ausgesetzt zu sein, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Röntgenröhre konfiguriert, um mindestens teilweise in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht zu sein. Die Röntgenröhre umfasst eine Kathode, die mindestens teilweise in einem Kathodengehäuse positioniert ist, eine Anode, die mindestens teilweise in einer Hülse positioniert ist, und einen Blendenkörper, der aus einem zweiten Material gebildet ist. Die Hülse ist aus einem ersten Material gebildet, und der Blendenkörper ist aus einem zweiten Material gebildet. Der Blendenkörper definiert eine Blende, durch die Elektronen zwischen der Kathode und der Anode hindurch gehen können. Der Blendenkörper definiert ferner eine oder mehrere äußere Oberflächen. Mindestens fünfzig Prozent des Flächeninhalts der äußeren Oberflächen des Blendenkörpers sind konfiguriert, um dem flüssigen Kühlmittel ausgesetzt zu sein, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Röntgenröhre konfiguriert, um mindestens teilweise in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht zu sein. Die Röntgenröhre umfasst eine Kathode, die mindestens teilweise in einem Kathodengehäuse positioniert ist, eine Anode, die mindestens teilweise in einer Hülse positioniert ist, und einen Blendenkörper, der das Kathodengehäuse mit der Hülse koppelt. Die Hülse ist aus einem Material gebildet, das Edelstahl umfasst, und der Blendenkörper ist aus einem Material gebildet, das Kupfer umfasst. Der Blendenkörper definiert eine Blende, durch die Elektronen zwischen der Kathode und der Anode hindurch gehen können. Der Blendenkörper definiert ferner zwei orthogonale Lötflächen, die an zwei entsprechende orthogonale Lötflächen gelötet sind, die durch die Hülse definiert werden.
Diese und andere Gesichtspunkte von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen besser ersichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um diverse Gesichtspunkte bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter klarzustellen, wird mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen der Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen abgebildet sind, eine ausführlichere Beschreibung derselben gegeben. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung abbilden und daher nicht als ihren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifizität und Detail unter Verwendung der beiliegenden Zeichnungen beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1A eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Röntgenröhre, die einen Vollraum gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung verwendet.
1B eine perspektivische Ansicht der Röntgenröhre aus 1A.
1C eine Vorderansicht einiger Bauteile der Röntgenröhre aus 1A.
2A eine Vorderansicht eines evakuierten Behälterfensters, wie es bei der Röntgenröhre aus 1A verwendet werden kann.
2B eine Seitenansicht im Querschnitt des evakuierten Behälterfensters aus 2A, die ferner eine beispielhafte Verteilung in einer Z-Richtung der Rückstreuelektronen an dem evakuierten Behälterfenster abbildet.
2C eine Draufsicht des evakuierten Behälterfensters und der Anode aus 2B, die ferner eine beispielhafte Verteilung in einer X-Richtung der Rückstreuelektronen an dem evakuierten Behälterfenster abbildet.
3A und 3B eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht des Vollraums aus 1A.
4A eine alternative Ausführungsform eines Vollraums, der bei der Röntgenröhre aus 1A verwendet werden kann.
4B eine alternative Ausführungsform eines Vollraums, der bei der Röntgenröhre aus 1A verwendet werden kann.
5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Kühlen einer Röntgenröhre.
6A eine Querschnittsansicht eines zweiten beispielhaften Gehäuses und einer zweiten beispielhaften Röntgenröhre.
6B eine vergrößerte Querschnittsansicht des beispielhaften Gehäuses und der beispielhaften Röntgenröhre aus 6A.
7A eine perspektivische Vorderansicht der beispielhaften Röntgenröhre aus 6A.
7B eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht der beispielhaften Röntgenröhre aus 7A.
8A eine auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht eines beispielhaften Blendenkörpers und damit verbundener Bauteile der beispielhaften Röntgenröhre aus 6A.
8B eine perspektivische Vorderansicht des beispielhaften Blendenkörpers und der damit verbundenen Bauteile aus 8A nach dem Zusammenbau.
9 eine auseinandergezogene Ansicht von Abschnitten der beispielhaften Röntgenröhre aus 6A.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen die Flüssigkühlung einer Röntgenröhre.
Bei mindestens einigen Ausführungsbeispielen umfasst eine Röntgenröhre einen Vollraum oder andere Mittel, um einen Kühlmittelfluss über ein evakuiertes Behälterfenster der Röntgenröhre zu leiten, das durch Rückstreuelektronen erhitzt wird, die auf das evakuierte Behälterfenster treffen. Einige Ausführungsbeispiele umfassen eine Röntgenröhre, die einen evakuierten Behälter, eine Anode, die in dem evakuierten Behälter angeordnet ist und konfiguriert ist, um Elektronen zu empfangen, die von einem Elektronenemitter emittiert werden, ein evakuiertes Behälterfenster, das in einem Anschluss des evakuierten Behälters angeordnet ist, und einen Vollraum, der an dem evakuierten Behälter angebracht ist und konfiguriert ist, um einen Kühlmittelfluss über eine kurze Achse des evakuierten Behälterfensters zu leiten, aufweist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Kühlmittelfluss über die kurze Achse des evakuierten Behälterfensters die Rate der Wärmeübertragung von dem evakuierten Behälterfenster erhöhen, was im Vergleich zu gewissen anderen Röntgenröhren zu einer erhöhten Zuverlässigkeit und einem maximalen Energievermögen führt.
Bei mindestens einigen Ausführungsbeispielen umfasst eine Röntgenröhre einen flüssigkeitsgekühlten Blendenkörper. Der flüssigkeitsgekühlte Blendenkörper sammelt Wärme, die als Nebenprodukt des Röntgenröhrenbetriebs erzeugt wird, und überträgt diese Wärme auf ein umgewälztes flüssiges Kühlmittel, das mit dem Blendenkörper in Kontakt steht. Diese Wärmeübertragung auf das umgewälzte flüssige Kühlmittel verringert die thermisch herbeigeführten Verformungsbeanspruchungen in dem Blendenkörper und anderen Bauteilen der Röntgenröhre, die mit dem Blendenkörper gekoppelt sind. Diese Verringerung der thermisch herbeigeführten Verformungsbeanspruchungen bei den Bauteilen der Röntgenröhre reduziert Lecks in dem evakuierten Behälter der Röntgenröhre, was dadurch die Betriebsdauer der Röntgenröhre verlängert. Ferner verringert diese Wärmeübertragung auf das umgewälzte flüssige Kühlmittel das Aufkochen des flüssigen Kühlmittels, das zwischen dem Fenster der Röntgenröhre und dem beabsichtigten Ziel positioniert ist, was Fehler in den sich daraus ergebenden Röntgenbildern des beabsichtigten Ziels reduziert.
Es wird nun Bezug genommen auf die Figuren, in denen die gleichen Strukturen mit den gleichen Bezugsbezeichnungen versehen sind. Es versteht sich, dass die Figuren vereinfachte und schematische Darstellungen einiger Ausführungsformen der Erfindung sind und die vorliegende Erfindung nicht einschränken und auch nicht unbedingt maßstabsgetreu sind.
I. ERSTE BEISPIELHAFTE BETRIEBSUMGEBUNG
Es wird zunächst Bezug genommen auf 1A, die eine vereinfachte Struktur einer ersten Röntgenröhre mit Drehanode abbildet, die im Allgemeinen mit 100 bezeichnet ist. Die Röntgenröhre 100 aus 1A wird im Querschnitt gezeigt. Die Röntgenröhre 100 umfasst ein Außengehäuse 102, in dem ein evakuierter Behälter 104 angeordnet ist. Ein Kühlmittel 105 ist ebenfalls in dem Außengehäuse 102 angeordnet und wird um den evakuierten Behälter 104 herum umgewälzt, um zum Kühlen der Röntgenröhre beizutragen und zwischen dem evakuierten Behälter 104 und dem Außengehäuse 102 eine elektrische Isolierung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Kühlmittel 105 ein Kühlfluid, wie etwa dielektrisches Öl, das wünschenswerte thermische und elektrische Isolierungseigenschaften für bestimmte Anwendungen aufweist, obwohl andere Kühlfluide statt dielektrischem Öl alternativ oder zusätzlich in der Röntgenröhre 100 eingesetzt werden können. Bei einigen Ausführungsformen wird das Kühlmittel 105 absichtlich um den evakuierten Behälter 104 herum zu besonderen Hochtemperaturbereichen geleitet, wie nachstehend ausführlicher erklärt wird.
In dem evakuierten Behälter 104 sind eine Anode 106 und eine Kathode 108 angeordnet. Die Anode 106 ist von der Kathode 108 beabstandet und gegenüber angeordnet und kann mindestens teilweise aus einem wärmeleitfähigen Material, wie z. B. Kupfer oder einer Molybdänlegierung, bestehen. Die Anode 106 und die Kathode 108 sind zu einem elektrischen Schaltkreis geschaltet, der das Anlegen eines Hochspannungspotentials zwischen der Anode 106 und der Kathode 108 ermöglicht. Die Kathode 108 umfasst ein (nicht gezeigtes) Filament, das an eine geeignete Energiequelle angeschlossen ist, und während des Betriebs geht ein elektrischer Strom durch das Filament, um zu veranlassen, dass mit 110A bezeichnete Elektronen von der Kathode 108 durch thermische Emission emittiert werden. Das Anlegen eines Hochspannungsdifferentials zwischen der Anode 106 und der Kathode 108 veranlasst die Elektronen 110A dann, von dem Kathodenfilament in Richtung auf eine Brennbahn 112, die auf einem Ziel 114 der Anode 106 positioniert ist, zu beschleunigen. Die Brennbahn 112 kann z. B. aus Wolfram oder einem oder mehreren anderen Materialien bestehen, die eine hohe Atomzahl („hohe Z-Zahl”) aufweisen. Während die Elektronen 110A beschleunigen, nehmen sie eine wesentliche Menge kinetischer Energie auf, und wenn sie auf das Zielmaterial auf der Brennbahn 112 auftreffen, wird ein Teil dieser kinetischen Energie in elektromagnetische Wellen sehr hoher Frequenz, d. h. Röntgenstrahlen 116, umgesetzt, wie in 1A gezeigt.
Die Brennbahn 112 ist derart orientiert, dass emittierte Röntgenstrahlen in Richtung auf ein evakuiertes Behälterfenster 118 geleitet werden. Das evakuierte Behälterfenster 118 ist in einem Anschluss positioniert, der in einer Wand des evakuierten Behälters 104 an einem Punkt definiert ist, der auf die Brennbahn 112 ausgerichtet ist. Zudem besteht der evakuierte Behälter 118 aus einem Material, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie etwa Beryllium oder ein oder mehrere andere geeignete Materialien.
Ein Außengehäusefenster 120 ist angeordnet, um mindestens teilweise auf das evakuierte Behälterfenster 118 ausgerichtet zu sein. Das Außengehäusefenster 120 besteht auf ähnliche Art und Weise aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material und ist in einem Anschluss angeordnet, der in einer Wand des Außengehäuses 102 definiert ist. Die Röntgenstrahlen 116, die aus dem evakuierten Behälter 104 stammen und durch das Außengehäusefenster 120 hindurch gehen, können dies im Wesentlichen als ein kegelförmig divergierender Strahl tun, dessen Weg in 1A im Allgemeinen mit 122 angegeben ist.
Die Anode 106 wird drehbar von einer Anodenträgeranordnung 126 getragen. Die Anodenträgeranordnung 126 umfasst im Allgemeinen eine Rotorbüchse 128 und eine Lageranordnung 130 mit einem Gehäuse 132. Das Gehäuse 132 ist fest an einem Abschnitt des evakuierten Behälters 104 angebracht, so dass die Anode 106 von dem Gehäuse 132 über die Lageranordnung 130 drehbar getragen wird, wodurch die Anode 106 befähigt wird, sich im Verhältnis zum Gehäuse 132 zu drehen. Ein Stator 134 ist um die Rotorbüchse 128 angeordnet und verwendet elektromagnetische Drehfelder, um die Rotorbüchse 128 zum Drehen zu veranlassen. Die Rotorbüchse 128 wird an der Anode 106 angebracht, wodurch die Drehung der Anode 106 während des Betriebs der Röntgenröhre 100 ermöglicht wird.
Wie zuvor erklärt, ist die Brennbahn 112 derart orientiert, dass emittierte Röntgenstrahlen 116 in Richtung auf das evakuierte Behälterfenster 118 geleitet werden. Die Orientierung der Brennbahn 112 führt auch dazu, dass einige der Elektronen 110A von der Brennbahn 112 in Richtung auf eine innere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters 118 abgelenkt werden. Diese abgelenkten Elektronen werden hier als „Rückstreuelektronen” bezeichnet und sind in 1A mit 110B bezeichnet. Die Rückstreuelektronen 110B weisen eine wesentliche Menge kinetischer Energie auf. Wenn die Rückstreuelektronen 110B auf die innere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters 118 treffen, wird eine erhebliche Menge der kinetischen Energie der Rückstreuelektronen 110B auf das evakuierte Behälterfenster als thermische Energie übertragen.
Entsprechend umfasst die Röntgenröhre 100 zusätzlich einen Vollraum 136, der konfiguriert ist, um ein Kühlmittel 105 über das evakuierte Behälterfenster 118 zu leiten. Insbesondere ist der Vollraum 136 in der Nähe des evakuierten Behälterfensters 118 positioniert und kann an ein Kühlsystem angeschlossen werden, das in der Röntgenröhre 100 verwendet wird, um ein Kühlmittel 105 abzulassen, anzusaugen oder anderweitig über das evakuierte Behälterfenster 118 zu leiten.
Weiter mit Bezug auf 1B und 1C werden Gesichtspunkte des beispielhaften Vollraums 136 und des Kühlsystems offenbart. 1B offenbart eine perspektivische Ansicht der Röntgenröhre 100, wobei ein Abschnitt des Außengehäuses 102 abgenommen ist, während 1C eine Vorderansicht einiger der Bauteile der Röntgenröhre 100 offenbart, die den evakuierten Behälter 104 und den Vollraum 136 umfassen.
Wie in 1A bis 1C offenbart, ist der Vollraum 136 an den evakuierten Behälter 104 angebracht und in der Nähe des evakuierten Behälterfensters 118 positioniert, um das Kühlmittel 105 über das evakuierte Behälterfenster 118 zu leiten. Der Fluss des Kühlmittels 105 kühlt das evakuierte Behälterfenster 118 und/oder andere Abschnitte der Röntgenröhre 100 durch Konvektion. Bei anderen Ausführungsformen kann der Vollraum 136 an dem Außengehäuse 102 und/oder an anderen Bauteilen der Röntgenröhre 100 angebracht werden.
Bei dem Beispiel aus 1A bis 1C umfasst der Vollraum 136 einen Eintrittsvollraum, der konfiguriert ist, um das Kühlmittel 105 über das evakuierte Behälterfenster 118 von einer Kathodenseite 118A (1B, 1C) zu einer Anodenseite 118B (1B, 1C) des evakuierten Behälterfensters 118 und dann in den Vollraum 136 zu leiten. Bei anderen Ausführungsformen ist der Vollraum 136 positioniert, um das Kühlmittel 105 über das evakuierte Behälterfenster 118 von der Anodenseite 118B zu der Kathodenseite 118 zu leiten. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Vollraum 136 einen Austrittsvollraum, der positioniert und konfiguriert ist, um das Kühlmittel 105 aus dem Vollraum 136 und über den evakuierten Behälter 118 von der Kathodenseite 118A zu der Anodenseite 118B oder umgekehrt zu leiten.
Nach einigen Ausführungsbeispielen ist der Vollraum 136 an ein Kühlsystem angeschlossen, zu dem eine Kühlmittelversorgung 138 (1B, 1C), eine Vielzahl von evakuierten Behälterhohlräumen 140A, 140B, 140C (1A), ein erster Schlauch 142 oder eine andere Fluidleitung (1B, 1C), ein zweiter Schlauch 144 oder eine andere Fluidleitung (1A bis 1C) und ein Kühlmittelrücklauf 146 (1A bis 1C) gehören. Wahlweise sind die Anschlüsse der Kühlmittelversorgung 138 und des Kühlmittelrücklaufs 146 an eine Pumpe und/oder an einen externen Wärmetauscher angeschlossen.
Eine beispielhafte Betriebsart des Kühlsystems und des Vollraums 136 wird nun mit Bezug auf die Buchstaben A bis G beschrieben, die diverse allgemeine Bezugspunkte identifizieren, während das Kühlmittel 105 durch das Kühlsystem fließt. Bei A (1B, 1C) fließt das Kühlmittel 105 in das Außengehäuse 102 über die Kühlmittelversorgung 138, um um den evakuierten Behälter 104 umgewälzt zu werden. Bei B (1B, 1C) leitet der Vollraum 136 das Kühlmittel 105 über das evakuierte Behälterfenster 118 in eine Richtung, die zu einer kurzen Achse des evakuierten Behälterfensters 118 im Wesentlichen parallel ist (siehe 2A), und in den Vollraum 136. Das Kühlmittel fließt durch der Vollraum 136 nach C (1A), woraufhin das Kühlmittel in den evakuierten Behälterhohlraum 140A fließt (1A). Das Kühlmittel 105 fließt durch den evakuierten Behälterhohlraum 140A hindurch nach D (1A), woraufhin das Kühlmittel 105 in den ersten Schlauch 142 eintritt (1B, 1C). Das Kühlmittel 105 fließt durch den ersten Schlauch 142 hindurch nach E (1B, 1C) und dann in die evakuierten Behälterhohlräume 140B und 140C (1A). Das Kühlmittel 105 fließt durch die evakuierten Behälterhohlräume 140B, 140C hindurch nach F (1C) und dann in den zweiten Schlauch 144. Das Kühlmittel 105 fließt durch den zweiten Schlauch hindurch 144 nach G (1A, 1C) und verlasst die Röntgenröhre 100 über den Kühlmittelrücklauf 146. Bei einigen Beispielen wird das Kühlmittel 105, das über den Kühlmittelrücklauf 146 austritt, durch eine Pumpe zu einem externen Wärmetauscher umgewälzt oder wird anderweitig gekühlt, bevor es über die Kühlmittelversorgung 138 wieder in die Röntgenröhre 100 umgewälzt wird.
Die beispielhafte Betriebsart, die mit Bezug auf die Bezugsbuchstaben A bis G beschrieben wird, ist nur ein Beispiel einer Betriebsart zum Umwälzen eines Kühlmittels durch die Röntgenröhre 100. Bei anderen Ausführungsformen wird das Kühlmittel 105 in der Richtung, die der beschriebenen Richtung entgegengesetzt ist, umgewälzt, z. B. wird das Kühlmittel 105 von G nach A statt von A nach G umgewälzt. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlmittel über das evakuierte Behälterfenster geleitet werden, ohne auch durch eines oder mehrere der Kühlmittelversorgung 138, des Kühlmittelrücklaufs 146, der evakuierten Behälterhohlräume 140A bis 140C und/oder der Schläuche 142, 144 umgewälzt zu werden.
1A bis 1C offenbaren eine beispielhafte Umgebung, in der ein Vollraum 136 gemäß den Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden könnte. Es versteht sich jedoch, dass es viele andere Konfigurationen und Umgebungen von Röntgenröhren gibt, für welche die Ausführungsformen des Vollraums 136 Verwendung und Anwendung finden würden. Entsprechend ist der Umfang der Erfindung nicht auf die in den Figuren offenbarten Beispiele beschränkt.
II. THERMISCHE ENERGIEVERTEILUNG
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Vollraum 136 konfiguriert, um den Fluss des Kühlmittels 105 über die äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters 118 zu optimieren. Der Fluss des Kühlmittels 105 kann basierend auf der Verteilung der Rückstreuelektronen 110B optimiert werden, wenn sie auf die innere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters 118 auftreffen, wobei diese Verteilung den thermischen Energiefluss von der inneren Oberfläche zu der äußeren Oberfläche des evakuierten Behälterfensters 118 und die Konzentration der thermischen Energie auf der äußeren Oberfläche des evakuierten Behälterfensters 118 direkt beeinflusst. Bevor erklärt wird, wie der Fluss des Kühlmittels 105 optimiert wird, beschreibt der folgende Abschnitt demnach eine mögliche Verteilung der Rückstreuelektronen 110B, während sie auf das evakuierte Behälterfenster 118 auftreffen.
Zunächst wird Bezug genommen auf 2A, die eine Vorderansicht des evakuierten Behälterfensters 118 offenbart. Bei dem abgebildeten Beispiel ist das evakuierte Behälterfenster 118 im Wesentlichen rechteckig und umfasst eine kurze Achse 202 und eine lange Achse 204. Bei einigen Ausführungsformen ist das evakuierte Behälterfenster 118 im Verhältnis zur Anode 106 derart angeordnet, dass die kurze Achse 202 zu einer Drehachse A₁ (siehe 2C) der Anode 106 im Wesentlichen parallel ist, und die lange Achse 204 zu der kurzen Achse 202 im Wesentlichen rechtwinklig ist. Wie es am besten in 2B und 2C zu sehen ist, kann das evakuierte Behälterfenster 118 ferner im Wesentlichen planar sein.
Bei anderen Ausführungsformen kann das evakuierte Behälterfenster 118 andere Formen aufweisen, wie etwa im Wesentlichen elliptisch, im Wesentlichen quadratisch oder dergleichen, jedoch ohne Einschränkung. Alternativ oder zusätzlich kann das evakuierte Behälterfenster 118 in zwei oder mehreren Ebenen gekrümmt oder gebogen sein. Bei diesen und anderen Ausführungsformen bezieht sich die „kurze Achse” des evakuierten Behälterfensters 118 auf eine Achse des evakuierten Behälterfensters 118, die im Wesentlichen zu einer Drehachse einer entsprechenden Anode parallel ist und die kürzer ist als eine entsprechende lange Achse des evakuierten Behälterfensters 118.
Wie in 2A gezeigt, umfasst das evakuierte Behälterfenster 118 eine Kathodenseite 118A und eine Anodenseite 118B. Im Allgemeinen bezieht sich die Kathodenseite 118A auf die Seite des evakuierten Behälterfensters 118, die der Kathode 108 in der willkürlich definierten Z-Richtung am nächsten liegt (siehe 1A). Ähnlich bezieht sich die Anodenseite 118B auf die Seite des evakuierten Behälterfensters 118, die der Anode 106 in der Z-Richtung am nächsten liegt (siehe 1A).
Weiter mit Bezug auf 2B wird eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht des evakuierten Behälterfensters 118 und der Anode 106 offenbart. Wie gezeigt, ist die Brennbahn 112 im Verhältnis zu der willkürlich definierten X-Y-Ebene angewinkelt. Bei einigen Ausführungsformen, und u. a. auf Grund des Winkels der Brennbahn 112, können die Rückstreuelektronen 110B im Allgemeinen auf einer inneren Oberfläche 118C des evakuierten Behälterfensters 118 mit einer unregelmäßigen Verteilung in Z-Richtung auftreffen, die näher an der Kathodenseite 118A als an der Anodenseite 118B konzentriert ist.
Z. B. stellt die Kurve 206 ein Beispiel einer unregelmäßigen Verteilung in Z-Richtung der Rückstreuelektronen 110B dar, die in einem Bereich R₁ konzentriert sind, der näher an der Kathodenseite 118A als an der Anodenseite 118B liegt. Die Verteilungskurve 206 der Rückstreuelektronen 110B in der Z-Richtung wird nur als Beispiel bereitgestellt – andere Konfigurationen von Röntgenröhren im Umfang der beanspruchten Erfindung können unregelmäßige Verteilungen in Z-Richtung der Rückstreuelektronen aufweisen, die durch ähnliche oder unterschiedliche Verteilungskurven dargestellt werden.
Die Rückstreuelektronen 110B übertragen eine erhebliche Menge ihrer kinetischen Energie auf das evakuierte Behälterfenster 118 als thermische Energie an den Punkten, an denen die Rückstreuelektronen 110B auf dem evakuierten Behälterfenster 118 auftreffen. Folglich korreliert die Verteilung in der Z-Richtung der thermischen Energie an der inneren Oberfläche 118C im Allgemeinen mit der Verteilung in der Z-Richtung der Rückstreuelektronen 110B, die durch die Verteilungskurve 206 dargestellt wird.
Die thermische Energie an der inneren Oberfläche 118C wird konduktiv durch das evakuierte Behälterfenster 118 hindurch übertragen. Da eine Dicke des evakuierten Behälterfensters 118 (z. B. in der Y-Richtung gemessen) erheblich geringer ist als die Höhe (z. B. in der Z-Richtung gemessen) und die Länge (z. B. in der X-Richtung gemessen), korreliert die Verteilung thermischer Energie in der Z-Richtung an einer äußeren Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 auch im Allgemeinen mit der Verteilung in der Z-Richtung von Rückstrahlelektronen 110B, die durch die Verteilungskurve 206 dargestellt wird. Mit anderen Worten ist die äußere Oberfläche 118D im Allgemeinen in der Nähe der Kathodenseite 118A heißer als in der Nähe der Anodenseite 118B.
Weiter mit Bezug auf 2C wird eine vereinfachte Draufsicht des evakuierten Behälterfensters 118 und der Anode 106 offenbart. 2C offenbart u. a. die Drehachse A₁ der Anode 106 und einen Brennfleck 208 auf der Brennbahn 112, wo die von der Kathode 108emittierten Elektronen (siehe 1A) fokussiert werden. Wie gezeigt, ist die kurze Achse 202 im Wesentlichen parallel zu der Drehachse A₁. Zudem ist das evakuierte Behälterfenster 118 im Verhältnis zu der Anode 106 derart positioniert, dass ein Mittelpunkt C in der X-Richtung des evakuierten Behälterfensters 118, z. B. der Abschnitt des evakuierten Behälterfensters 118, durch den die kurze Achse 202 geht, näher an dem Brennfleck 208 liegt als andere Abschnitte des evakuierten Behälterfensters 118.
Bei einigen Ausführungsformen, und u. a. weil der Mittelpunkt C näher an dem Brennfleck 208 liegt als die anderen Abschnitte des evakuierten Behälterfensters 118, treffen die Rückstreuelektronen 110B im Allgemeinen auf der inneren Oberfläche 118C mit einer unregelmäßigen Verteilung in X-Richtung auf, die sich um den Mittelpunkt C konzentriert. Z. B. stellt die Kurve 210 ein Beispiel einer unregelmäßigen Verteilung in X-Richtung der Rückstreuelektronen 110B, die sich in einem Bereich R₂ konzentrieren, der um den Mittelpunkt C zentriert ist, dar. Die Verteilungskurve 210 der Rückstreuelektronen 110B in der X-Richtung wird nur als Beispiel bereitgestellt – andere Konfigurationen von Röntgenröhren im Umfang der beanspruchten Erfindung können unregelmäßige Verteilungen in X-Richtung der Rückstreuelektronen aufweisen, die durch ähnliche oder unterschiedliche Verteilungskurven dargestellt werden.
Ähnlich wie die Verteilung thermischer Energie in der Z-Richtung an der inneren Oberfläche 118C und der äußeren Oberfläche 118D, korreliert die Verteilung thermischer Energie in der X-Richtung an der inneren Oberfläche 118C und der äußeren Oberfläche 118D im Allgemeinen mit der Verteilung der Rückstreuelektronen 110B in der X-Richtung, die durch die Verteilungskurve 210 dargestellt wird. Mit anderen Worten sind die inneren und äußeren Oberflächen 118C, 118D im Allgemeinen in der Nähe des Mittelpunkts C des evakuierten Behälterfensters 118 heißer.
III. OPTIMIERUNG DES KÜHLMITTELFLUSSES
Weiter mit Bezug auf 3A und 3B werden eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht des beispielhaften Vollraums 136 offenbart. Wie in 3A gezeigt, wird eine Vielzahl von Strukturen 302 verwendet, um zwei oder mehrere getrennte Einzelteile zusammen zu befestigen, um den Vollraum 136 zu bilden. Z. B. wird eine erste Gruppe der Strukturen 302 auf einem ersten Abschnitt des Vollraums 136 gebildet und eine zweite Gruppe der Strukturen 302 wird auf einem zweiten Abschnitt des Vollraums 136 gebildet, wobei jeder der ersten und zweiten Abschnitte des Vollraums 136 ein getrenntes Einzelteil ist. Die Strukturen auf dem ersten Abschnitt des Vollraums 136 können im Allgemeinen auf die Strukturen auf dem zweiten Abschnitt des Vollraums 136 ausgerichtet werden, so dass Schrauben, Bolzen, Klebstoffe oder andere Befestigungsmittel verwendet werden können, um die beiden Abschnitte des Vollraums 136 anhand der Strukturen 302 zusammen zu befestigen. Bei anderen Ausführungsformen ist der Vollraum 136 ein einstückig gebildetes Bauteil.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Vollraum 136 eine Vielzahl von Ösen 304 mit darin gebildeten Durchgangslöchern umfassen. Der Vollraum 136 kann an dem evakuierten Behälter 104 oder an einem anderen Bauteil der Röntgenröhre 100 befestigt werden, indem Schrauben oder andere Befestigungselemente durch die Durchgangslöcher der Ösen 304 und in den evakuierten Behälter 104 oder eine andere Struktur eingefügt werden. Andere Befestigungsanordnungen, die Schrauben, Bolzen, Klemmen, Stützen, Klebstoffe oder andere Mittel zum Befestigen einsetzen, können alternativ oder zusätzlich verwendet werden, um den Vollraum 136 an dem evakuierten Behälter 104 oder an einer anderen Struktur in der Röntgenröhre 100 zu befestigen.
Wie in 3A und 3B gezeigt, umfasst der Vollraum 136 ein erstes Ende 306 und ein zweites Ende 308. Das erste Ende 306 ist konfiguriert, um an dem Kühlsystem aus 1A bis 1C angebracht zu werden. Insbesondere ist bei dem vorliegenden Beispiel das erste Ende 306 konfiguriert, um an dem evakuierten Behälterhohlraum 140A angebracht zu werden, wie es am besten in 1A zu sehen ist, um es dem Kühlmittel 105 zu ermöglichen, von dem Vollraum 136 in den evakuierten Behälterhohlraum 140A zu fließen.
Der Vollraum 136 umfasst eine oder mehrere Öffnungen 310, die in dem zweiten Ende 308 gebildet sind, durch die das Kühlmittel 105 fließen kann. Wahlweise können die Ausführungsformen des Vollraums 136 mit einem oder mehreren ausgestanzten Abschnitten oder Ausschnitten, die in dem zweiten Ende 308 gebildet sind, hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die ausgestanzten Abschnitte oder Ausschnitte selektiv entfernt werden, um den Vollraum 136 für eine bestimmte Vorrichtung oder Anwendung spezifisch anzupassen.
Der Vollraum 136 wird im Allgemeinen im Verhältnis zu dem evakuierten Behälterfenster 118 positioniert, so dass Kühlmittel in oder aus der Öffnung 310 in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der kurzen Achse 202 des evakuierten Behälterfensters 118 fließt. Z. B. ist bei der abgebildeten Ausführungsform der Vollraum 136 derart angeordnet, dass das zweite Ende 308 zu der kurzen Achse 202 im Wesentlichen senkrecht ist. Insbesondere ist der Vollraum 136 derart angeordnet, dass das zweite Ende 308 zu jeder Ebene, die zu der kurzen Achse 202 im Wesentlichen parallel ist, im Wesentlichen senkrecht ist. Bei anderen Ausführungsformen ist der Vollraum 136 nicht derart angeordnet, dass das zweite Ende 308 zu der kurzen Achse 202 im Wesentlichen senkrecht ist.
Das zweite Ende 308 ist konfiguriert, um in der Nähe des evakuierten Behälterfensters 118 angeordnet zu werden, um Kühlmittel 105 über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 in einer Richtung zu leiten, die zu der kurzen Achse 202 (2A) des evakuierten Behälterfensters 118 im Wesentlichen parallel ist. Somit dient der Vollraum 136 als Beispiel einer strukturellen Umsetzung eines Mittels zum Leiten eines Kühlmittelflusses. Bei dieser Ausführungsform leitet das Mittel den Kühlmittelfluss über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 in einer Richtung, die zu der kurzen Achse 202 im Wesentlichen parallel ist.
Bei diesem und anderen Beispielen minimiert das Leiten des Kühlmittels, so dass es über die äußere Oberfläche 118D in einer Richtung fließt, die zu der kurzen Achse 202 im Wesentlichen parallel ist, die Strecke, die das Kühlmittel 105 über das evakuierte Behälterfenster 118 fließt, um den Kühleffekt zu maximieren, der durch das Kühlmittel 105 bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu kühlt das Leiten des Flusses über die lange Achse eines evakuierten Behälterfensters bevorzugt ein Ende des evakuierten Behälterfensters mehr ab als das andere Ende des evakuierten Behälterfensters, was zu unerwünschten Beanspruchungen in dem Fenster führt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Vollraum 136 bei einigen Ausführungsformen konfiguriert sein, um den Fluss des Kühlmittels 105 gemäß der unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen 110B an der inneren Oberfläche 118C des evakuierten Behälterfensters 118 zu optimieren. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Optimieren des Flusses des Kühlmittels 105 gemäß der unregelmäßigen Verteilung das anfängliche Leiten des Kühlmittels 105 über Bereiche der äußeren Oberfläche 118D, die eine höhere Konzentration von thermischer Energie aufweisen als andere Bereiche der äußeren Oberfläche 118D, und dann das Leiten des Kühlmittels 105 über die anderen Bereiche der äußeren Oberfläche 118D. Wie es z. B. am besten in 1A zu sehen ist, kann der Vollraum 136 in der Röntgenröhre 100 positioniert sein, um den Kühlmittelfluss von der Kathodenseite 118A, z. B. der heißen Seite, zu der Anodenseite 118B, z. B. der relativ kühleren Seite, der äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 zu leiten.
Das Leiten des Kühlmittelflusses von der Kathodenseite 118A zu der Anodenseite 118B maximiert den Temperaturgradienten zwischen dem Kühlmittel 105 und der Kathodenseite 118A, um einen Wärmetransfer von der relativ heißeren Kathodenseite 118A weg zu maximieren. Daraufhin erhöht sich die Temperatur des Kühlmittels 105, während das Kühlmittel 105 in Richtung auf die Anodenseite 118B fließt. Da jedoch die Anodenseite 118B auf Grund der unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen 110B in der Z-Richtung kühler ist als die Kathodenseite 118A, ist das Kühlmittel 105 in der Lage, eine ausreichende Wärme von der Anodenseite 118B weg zu übertragen, um die Anodenseite 118B auf eine überschaubare Temperatur abzukühlen, obwohl die Temperatur des Kühlmittels 105 auf der Anodenseite 118B höher ist als auf der Kathodenseite 118A.
Entsprechend ist bei dem Beispiel aus 1A bis 1C, bei dem der Vollraum 136 einen Eintrittsvollraum umfasst, was bedeutet, dass das Kühlmittel 105 in den Vollraum 136 über die Öffnung 310 an dem zweiten Ende 308 (3A und 3B) des Vollraums fließt, das zweite Ende 308 näher an der Anodenseite 118B als an der Kathodenseite 118A positioniert. Somit wird das Kühlmittel 105 über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 von der Kathodenseite 118A zu der Anodenseite 118B geleitet, bevor es über die Öffnung 310 an dem zweiten Ende 308 in den Vollraum 136 fließt.
Falls der Vollraum 136 einen Austrittsvollraum umfasst, was bedeutet, dass das Kühlmittel 105 aus dem Vollraum 136 über die Öffnung 310 an dem zweiten Ende 308 (3A und 3B) fließt, kann der Vollraum 136 alternativ oder zusätzlich wahlweise anders als in 1A bis 1C gezeigt positioniert sein. Insbesondere kann der Vollraum 146 in der Röntgenröhre 100 positioniert sein, wobei das zweite Ende 308 näher an der Kathodenseite 118A als an der Anodenseite 118B liegt. Bei diesem Beispiel fließt das Kühlmittel 105 aus dem zweiten Ende 308 über die Öffnung 310 und über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 von der Kathodenseite 118A zu der Anodenseite 118B.
Falls die Anodenseite 118B heißer wäre als die Kathodenseite 118A des evakuierten Behälterfensters 118, auf Grund einer unregelmäßigen Verteilung in Z-Richtung der Rückstreuelektronen 110B, die im Wesentlichen das Gegenteil der Verteilung in Z-Richtung wäre, die mit Bezug auf 2A bis 2C offenbart wurde, könnte der Vollraum 136 alternativ oder zusätzlich als Austrittsvollraum konfiguriert sein und in der gleichen Position bleiben, wie in 1A bis 1C gezeigt, um das Kühlmittel 105 aus der Öffnung 310 und über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 von der Anodenseite 118B zu der Kathodenseite 118A zu leiten.
Falls die Anodenseite 118B heißer wäre als die Kathodenseite 118A des evakuierten Behälterfensters 118, auf Grund einer unregelmäßigen Verteilung in Z-Richtung der Rückstreuelektronen 110B, die im Wesentlichen das Gegenteil der Verteilung in Z-Richtung wäre, die mit Bezug auf 2A bis 2C offenbart wurde, könnte der Vollraum 136 alternativ oder zusätzlich anders positioniert werden als in 1A bis 1C gezeigt und als Eintrittsvollkammer betrieben werden. Insbesondere könnte der Vollraum 136 in der Röntgenröhre 100 mit dem zweiten Ende 308 (3A und 3B) näher an der Kathodenseite 118A als an der Anodenseite 118B positioniert werden. Bei diesem Beispiel würde der Vollraum 136 das Kühlmittel 105 über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 von der Anodenseite 118B zu der Kathodenseite 118A und dann über die Öffnung 310 in das zweite Ende 308 leiten.
Somit ist das anfängliche Leiten des Kühlmittels 105 über heißere Bereiche der äußeren Oberfläche 118B vor dem Leiten des Kühlmittels über kühlere Bereiche der äußeren Oberfläche 118B eine Möglichkeit, den Fluss des Kühlmittels 105 gemäß der unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen 110B zu optimieren. Bei einem anderen Beispiel kann das Optimieren des Flusses des Kühlmittels 105 gemäß der unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen 110E das Variieren des Kühlmittelflusses in der X-Richtung, z. B. Geschwindigkeit und/oder Durchsatz, des Kühlmittels 105, das über die äußere Oberfläche 118D geleitet wird, umfassen.
Z. B. offenbaren die 4A und 4B die Vollräume 400A, 400B, die konfiguriert sind, um in der X-Richtung den Durchsatz des Kühlmittels 105 über die äußere Oberfläche 118B zu variieren. 4A und 4B bilden Draufsichten der Vollräume 400A, 400B ab. Die Vollräume 400A, 400B können bei Röntgenröhren, wie etwa der Röntgenröhre 100 aus 1A bis 1C, z. B. anstelle des Vollraums 136 verwendet werden.
Im Allgemeinen ist die Rate der konvektiven Wärmeübertragung von dem evakuierten Behälterfenster 118 weg durch das Kühlmittel 105 zum Durchsatz des Kühlmittels 105 proportional. Dadurch dass die Vollräume 400A, 400B ausgelegt sind, um den Durchsatz des Kühlmittels 105 in der X-Richtung zu variieren, kann die Wärmeübertragungsrate an der äußeren Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 anders als an verschiedenen Stellen in der X-Richtung der äußeren Oberfläche 118D gemacht werden. Somit können die Vollräume gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ausgelegt werden, um diversen Bedürfnissen gerecht zu werden.
Wie in 4A gezeigt, umfasst der Vollraum 400A ein erstes Ende 402, das konfiguriert ist, um an einem Kühlsystem angebracht zu werden. Z. B. ist das erste Ende 402 konfiguriert, um an dem evakuierten Behälterhohlraum 140A aus 1A angebracht zu werden, so dass das Kühlmittel 105 zwischen dem Vollraum 400A und dem evakuierten Behälterhohlraum 140A fließen kann.
Der Vollraum 400A umfasst auch ein zweites Ende 404 und eine Öffnung 406, die in dem zweiten Ende 404 gebildet ist. Bei dem abgebildeten Beispiel weist die Öffnung 406 eine zugespitzte Form auf, die in der Mitte der Öffnung 406 breiter als an den Enden der Öffnung 406 ist. Somit wird ein größeres Volumen des Kühlmittels 105 in oder aus der Mitte der Öffnung 406 geleitet als es in oder aus den Enden der Öffnung 406 geleitet wird.
Auf ähnliche Art und Weise, und wie in 4B gezeigt, umfasst der Vollraum 400B ein erstes Ende 408 und ein zweites Ende 410. Im Gegensatz zu dem Vollraum 400A aus 4A umfasst der Vollraum 400B jedoch eine Vielzahl von Öffnungen 412A bis 412E, deren Größe unregelmäßig ist. Die Unregelmäßigkeit der Öffnungen 412A bis 412E lässt ein größeres Volumen des Kühlmittels durch die mittlere Öffnung 412C fließen als durch die anderen Öffnungen 412A, 412B, 412D, 412E. Größe, Form, Anzahl, Position und Orientierung der Öffnungen 412A bis 412E können variiert werden und können für unterschiedliche Ausführungsformen anders sein.
Entsprechend sind bei den Beispielen aus 4A und 4B die Vollräume 400A, 400B konfiguriert, um ein größeres Volumen des Kühlmittels 105 über den Mittelpunkt C (2C) des evakuierten Behälterfensters 118 als über seine Seiten zu leiten. Während ein größeres Volumen des Kühlmittels 105 im Allgemeinen eine größere Kühlkapazität aufweist, stellt das Leiten eines größeren Volumens des Kühlmittels 105 über den Mittelpunkt C einen größeren Kühleffekt für den Abschnitt des evakuierten Behälterfensters 118 bereit, der die höchste Konzentration an thermischer Energie in der X-Richtung aufweist. Somit dient bzw. dienen die zugespitzte Öffnung 406 an sich und/oder die Vielzahl von unregelmäßigen Öffnungen 412A bis 412E als Beispiele einer strukturellen Umsetzung eines Mittels zum Variieren des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118.
Bei den vorliegenden Beispielen ist bzw. sind die Öffnung(en) 406, 412A bis 412E, die in den ersten Enden 404, 410 der Vollräume 400A, 400B gebildet sind, konfiguriert, um eine größeres Volumen des Kühlmittels 105 über den Mittelpunkt C des evakuierten Behälterfensters 118 gemäß der Verteilung in X-Richtung der Rückstreuelektronen 110B zu leiten, die eine höhere Konzentration in der Nähe des Mittelpunktes C des evakuierten Behälterfensters 118 aufweist. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Verteilung in X-Richtung der Rückstreuelektronen 110B eine höhere Konzentration in der Nähe einer oder mehrerer Seiten des evakuierten Behälterfensters 118 aufweist, statt in der Nähe des Mittelpunktes C, kann bzw. können die Öffnung(en) 406, 412A bis 412E in den ersten Enden 404, 410 der Vollräume 400A, 400B gebildet werden, um ein größeres Volumen des Kühlmittels 105 über den oder die entsprechenden Abschnitte des evakuierten Behälterfensters zu leiten, der oder die eine entsprechende höhere Konzentration an thermischer Energie aufweist bzw. aufweisen.
IV. KÜHLVERFAHREN
Mit Bezug sowohl auf 1A bis 2C als auch auf 5 wird eine Ausführungsform eines Verfahrens 500 zum Kühlen einer Röntgenröhre offenbart. Das Verfahren 500 kann bei diversen Vorrichtungen und Betriebsumgebungen verwendet werden, einschließlich z. B. der Röntgenröhre 100 aus 1A bis 1C. Das Verfahren 500 beginnt mit dem Erzeugen 502 eines Kühlmittelflusses in dem Kühlsystem der Röntgenröhre 100. Z. B. kann der Kühlmittelfluss durch eine Pumpe erzeugt 502 werden, die an das Kühlsystem angeschlossen ist, wobei die Pumpe als Teil der Röntgenröhre 100 enthalten oder von der Röntgenröhre 100 getrennt sein kann.
Nach dem Erzeugen 502 des Kühlmittelflusses fährt das Verfahren 500 fort mit dem Leiten 504 des Kühlmittels 105 über die äußere Oberfläche 118D des evakuierten Behälterfensters 118 in einer Richtung, die zur kurzen Achse 202 des evakuierten Behälterfensters 118 im Wesentlichen parallel ist. Das Leiten 504 des Kühlmittels 105 über die äußere Oberfläche 118D kann das Leiten des Kühlmittels 105 aus dem Vollraum 136 und über die äußere Oberfläche 118D umfassen. Alternativ kann das Leiten 504 des Kühlmittels 105 über die äußere Oberfläche 118D das Leiten des Kühlmittels 105 über die äußere Oberfläche 118D und in den Vollraum 136 umfassen.
Das Verfahren 500 umfasst ferner das Optimieren 506 des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche 118D gemäß der unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen, die auf die innere Oberfläche 118C des evakuierten Behälterfensters 118 auftreffen. Das Optimieren 506 des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche 118D gemäß der unregelmäßigen Verteilung kann das Variieren des Kühlmittelflusses des Kühlmittels 105 umfassen, der über die äußere Oberfläche 118D geleitet wird. Das Variieren des Kühlmittelflusses des Kühlmittels 105, der über die äußere Oberfläche 118D geleitet wird, kann das Leiten eines größeren Kühlmittelvolumens über einen ersten Bereich der äußeren Oberfläche 118D als über einen zweiten Bereich der äußeren Oberfläche 118D umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Variieren des Kühlmittelflusses des Kühlmittels 105, der über die äußere Oberfläche 118D geleitet wird, das Leiten eines ersten Teils des Kühlmittels 105, der über einen ersten Bereich der äußeren Oberfläche 118D fließt, umfassen, damit er schneller fließt als ein zweiter Teil des Kühlmittels 105, der über einen zweiten Bereich der äußeren Oberfläche 118D fließt.
Alternativ oder zusätzlich kann, falls die nicht regelmäßige Verteilung der Rückstreuelektronen 110B dazu führt, dass die Kathodenseite 118A heißer ist als die Anodenseite 118B, das Optimieren 506 des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche 118B gemäß der unregelmäßigen Verteilung das anfängliche Leiten des Flusses des Kühlmittels 105 über Bereiche der äußeren Oberfläche 118D umfassen, die eine höhere Konzentration thermischer Energie aufweisen als andere Bereiche der äußeren Oberfläche 118D. Insbesondere kann der Fluss des Kühlmittels 105 anfänglich über die heißere Kathodenseite 118A geleitet werden, ehe er über die kühlere Anodenseite 118B geleitet wird. Ferner kann das Kühlmittel 105 aus dem Vollraum 136 und über die äußere Oberfläche 118D oder über die äußere Oberfläche 118D und in den Vollraum 136 geleitet werden.
V. ZWEITE BEISPIELHAFTE BETRIEBSUMGEBUNG
Zunächst mit Bezug auf 6A und 6B wird ein beispielhaftes Gehäuse 600 offenbart, das eine beispielhafte Röntgenröhre 700 enthält. Wie in 6A offenbart, definieren die inneren Oberflächen des beispielhaften Gehäuses 600 einen Kühlmittelspeicher. Ferner ist ein Speicherfenster 602 in dem Gehäuse 600 montiert. Das Speicherfenster 602 besteht aus einem Material, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie etwa Beryllium oder einem oder mehreren anderen geeigneten Materialien.
Wie es 6A ebenfalls offenbart, umfasst die Röntgenröhre 700 im Allgemeinen ein Kathodengehäuse 702, eine Hülse 704, einen Blendenkörper 800, der das Kathodengehäuse 702 mit der Hülse 704 koppelt, und ein Röntgenröhrenfenster 706 ist an dem Blendenkörper 800 angebracht. Das Röntgenröhrenfenster 706 besteht aus einem Material, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie etwa Beryllium oder einem oder mehreren anderen geeigneten Materialien. Die Hülse 704 ist aus einem ersten Material gebildet und der Blendenkörper 800 ist aus einem zweiten Material gebildet. Bei mindestens einigen Ausführungsbeispielen weist das erste Material eine erste Wärmeleitfähigkeit auf, und das zweite Material weist eine zweite Wärmeleitfähigkeit auf, die größer als die erste Wärmeleitfähigkeit ist.
Z. B. kann die Hülse 704 aus Edelstahl, wie etwa Edelstahl 304, gebildet sein. Bei diesem Beispiel wird der Blendenkörper 800 dagegen aus einem Material gebildet, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer als die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl ist, und die insbesondere größer als die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl 304 ist. Z. B. kann der Blendenkörper 800 aus Kupfer gebildet sein, wie etwa aus sauerstofffreiem hochleitfähigem (OFHC-)Kupfer, aus Aluminium, Silber, Gold, diversen feuerfesten Materialien, oder aus einem beliebigen anderen Material, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl 304. Im Allgemeinen führt das Bilden des Blendenkörpers 800 aus einem Material, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl 304, zu einer verbesserten Kühlung des Blendenkörpers 800 durch ein flüssiges Kühlmittel, das gegen die äußeren und inneren Oberflächen des Blendenkörpers 800 fließt, wie es nachstehend in Zusammenhang mit 8A und 8B ausführlicher besprochen wird.
Wie in 6A offenbart, definieren das Kathodengehäuse 702, der Blendenkörper 800, das Röntgenröhrenfenster 706 und die Hülse 704 mindestens teilweise einen evakuierten Behälter 707, in dem eine Kathode 708 und eine Anode 710 positioniert sind. Insbesondere ist die Kathode 708 mindestens teilweise in dem Kathodengehäuse 702 positioniert, und die Anode 710 ist mindestens teilweise in der Hülse 704 positioniert. Die Anode 710 ist von der Kathode 708 beabstandet und ihr gegenüber angeordnet und kann mindestens teilweise aus einem wärmeleitfähigen Material, wie z. B. Kupfer oder einer Molybdänlegierung, bestehen. Die Anode 710 und die Kathode 708 sind zu einem elektrischen Schaltkreis geschaltet, der das Anlegen eines Hochspannungspotentials zwischen der Anode 710 und der Kathode 708 ermöglicht. Die Kathode 708 umfasst ein (nicht gezeigtes) Filament, das an eine geeignete (nicht gezeigte) Energiequelle angeschlossen ist.
Wie in 6B offenbart, wird vor dem Betrieb der beispielhaften Röntgenröhre 700 der evakuierte Behälter 707 evakuiert, um ein Vakuum zu schaffen. Während des Betriebs der beispielhaften Röntgenröhre 700 wird dann ein elektrischer Strom durch das Filament der Kathode 708 gegeben, um die Elektronen 708a zu veranlassen, von der Kathode 708 durch thermische Emission emittiert zu werden. Das Anlegen eines Hochspannungsdifferentials zwischen der Anode 710 und der Kathode 708 veranlasst die Elektronen 708a dann, von dem Kathodenfilament durch eine zugespitzte Öffnung 801 hindurch, die in dem Blendenkörper 800 definiert ist, und in Richtung auf eine Brennbahn 712, die auf der Anode 710 positioniert ist, zu beschleunigen. Die Brennbahn 712 kann z. B. aus Wolfram oder einem oder mehreren anderen Materialien bestehen, die eine hohe Atomzahl („hohe Z-Zahl”) aufweisen. Während die Elektronen 708a beschleunigen, nehmen sie eine wesentliche Menge kinetischer Energie auf, und wenn sie auf das Zielmaterial auf der Brennbahn 112 auftreffen, wird ein Teil dieser kinetischen Energie in Röntgenstrahlen 712a umgewandelt.
Die Brennbahn 712 ist derart orientiert, dass emittierte Röntgenstrahlen 712a in Richtung auf das Röntgenröhrenfenster 706 und auf das Speicherfenster 602 geleitet werden. Da sowohl das Röntgenröhrenfenster 706 als auch das Speicherfenster 602 aus für Röntgenstrahlen durchlässigen Materialien bestehen, gehen die Röntgenstrahlen 712a, die von der Brennbahn 712 emittiert werden, durch das Röntgenröhrenfenster 706 und das Speicherfenster 602, um auf einem (nicht gezeigten) beabsichtigten Ziel aufzutreffen, um ein (nicht gezeigtes) Röntgenbild hervorzubringen. Das Fenster 706 dichtet daher das Vakuum des evakuierten Behälters der Röntgenröhre 700 gegenüber dem Druck von einem flüssigen Kühlmittel 620 ab, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist, und ermöglicht es dennoch den Röntgenstrahlen 712a, die von der Drehanode 710 erzeugt werden, die Röntgenröhre 700 zu verlassen, durch das Kühlmittel 620 zu gehen und das Gehäuse durch das entsprechende Fenster 602 hindurch, das in dem Gehäuse 600 montiert ist, zu verlassen.
Die Orientierung der Brennbahn 712 führt auch dazu, dass einige der Elektronen 708a von der Brennbahn 112 in Richtung auf diverse innere Oberflächen des Blendenkörpers 800 und die innere Oberfläche des Röntgenröhrenfensters 706 abgelenkt werden. Diese abgelenkten Elektronen werden hier als „Rückstreuelektronen” 708b bezeichnet. Die Rückstreuelektronen 708B weisen eine wesentliche Menge kinetischer Energie auf. Wenn die Rückstreuelektronen 708b auf den inneren Oberflächen des Blendenkörpers 800 und des Röntgenröhrenfensters 706 auftreffen, wird eine erhebliche Menge der kinetischen Energie der Rückstreuelektronen 708b an den evakuierten Blendenkörper 800 und das Röntgenröhrenfenster 706 als Wärme übertragen.
Obwohl die beispielhafte Röntgenröhre 700 als Röntgenröhre mit Drehanode abgebildet ist, können die hier offenbarten Ausführungsbeispiele in einer beliebigen Röntgenröhrenart verwendet werden, die ein umgewälztes flüssiges Kühlmittel verwendet. Somit kann das beispielhafte System zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels für Röntgenröhren alternativ z. B. bei einer Röntgenröhre mit fester Anode verwendet werden.
VI. BEISPIELHAFTES UMWÄLZSYSTEM EINES FLÜSSIGEN KÜHLMITTELS FÜR RÖNTGENRÖHREN
Weiter mit Bezug auf 6A und auch mit Bezug auf 7A und 7B werden Gesichtspunkte eines beispielhaften Systems zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels für Röntgenröhren offenbart. Das beispielhafte System zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels für Röntgenröhren funktioniert im Allgemeinen, um Wärme in der Röntgenröhre 700, einschließlich der Wärme in dem Blendenkörper 800 und dem Röntgenröhrenfenster 706, durch Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels 620 abzuleiten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das flüssige Kühlmittel 620 ein dielektrisches flüssiges Kühlmittel sein. Beispiele von dielektrischen Flüssigkeiten umfassen ohne Einschränkung: fluorhaltige oder silikonbasierte Öle, SYLTHERM, oder entionisiertes Wasser. Das beispielhafte System zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels für Röntgenröhren umfasst einen (nicht gezeigten) Wärmetauscher oder ein anderes Mittel zum Kühlen des Kühlmittels 620, der bzw. das dazu dient, das Kühlmittel 620 zwischen dem Wärmetauscher und dem beispielhaften Gehäuse 600 und der Röntgenröhre 700 umzuwälzen.
Eine erste beispielhafte Betriebsart des beispielhaften Systems zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels für Röntgenröhren wird nun offenbart. Zunächst fließt das gekühlte Kühlmittel 620 in einen (nicht gezeigten) Schlauch, der in dem Speicher positioniert ist, der in dem Gehäuse 600 definiert ist. An dem Kühlmittelanschluss F (7A und 7B) fließt das Kühlmittel 620 in den Blendenkörper 800. Das Kühlmittel 620 fließt dann durch innere Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 des Blendenkörpers 800, wie nachstehend in Verbindung mit 8A und 8B besprochen wird. Das Kühlmittel 620 verlässt dann den Blendenkörper 800 an dem Kühlmittelanschluss E (7A und 7B) und fließt durch einen (nicht gezeigten) Schlauch in diverse innere Kühlmitteldurchgänge, die in der Hülse 704 definiert sind. Dann fließt das Kühlmittel 620 am Anschluss C (6A) in einen Vollraum 720. Am Anschluss B (7A und 7B) wird das Kühlmittel 620 aus dem Vollraum 720 und über das Röntgenröhrenfenster 706 geleitet. Zudem können Flussführungen 722 (7B), die auf dem Blendenkörper 800 auf beiden Seiten des Röntgenröhrenfensters 706 montiert sind, weiter dazu beitragen, das Kühlmittel 620 zu leiten, damit es über das Röntgenröhrenfenster 706 fließt. Nachdem es den Anschluss B des Vollraums 720 verlassen hat, füllt das Kühlmittel 620 den Speicher, der von den inneren Oberflächen des Gehäuses 600 definiert wird, so dass die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise in das Kühlmittel 620 eingetaucht ist, wie es in 6A offenbart wird. Während das Kühlmittel 620 aktiv durch innere Durchgänge der Röntgenröhre 700 und danach etwas passiver um äußere Oberflächen der Röntgenröhre 700 in umgewälzt wird, steigt die Temperatur des Kühlmittels 620 in dem Maße an, wie Wärme, die von der Röntgenröhre 602 erzeugt wird, auf das Kühlmittel 620 übertragen wird. Schließlich verlässt das erhitzte Kühlmittel 620 das Gehäuse 600. Bei einigen Beispielen wird das erhitzte Kühlmittel 620, welches das Gehäuse 600 verlässt, durch eine Pumpe zu einem (nicht gezeigten) externen Wärmetauscher umgewälzt oder wird anderweitig abgekühlt, bevor es wieder in das Gehäuse 600 umgewälzt wird.
Die oben beschriebene erste beispielhafte Betriebsart ist nur ein Beispiel einer Betriebsart für das beispielhafte System zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels für Röntgenröhren. Bei einer zweiten beispielhaften Betriebsart wird das Kühlmittel 620 in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen, die oben beschrieben wurde, umgewälzt.
Während das Kühlmittel 620 durch den Blendenkörper 800 und über das Röntgenröhrenfenster 706 umgewälzt wird, dient das Kühlmittel 620 dazu, die Wärme in dem Blendenkörper 800 und dem Röntgenröhrenfenster 706, die durch das Aufprallen der Rückstreuelektronen 708b (siehe 6B) verursacht wird, auf das umgewälzte Kühlmittel 620 zu übertragen. Das Übertragen dieser Wärme auf das umgewälzte Kühlmittel 620 verringert thermisch herbeigeführte Verformungsbeanspruchungen in den Bauteilen der Röntgenröhre 700, reduziert Lecks in dem evakuierten Behälter 707 der Röntgenröhre 700 und verlängert somit die Betriebsdauer der Röntgenröhre 700. Ferner verringert diese Wärmeübertragung auf das umgewälzte Kühlmittel das Aufkochen des Kühlmittels 620, das mit dem Röntgenröhrenfenster 706 in direktem Kontakt steht, was Fehler in den sich ergebenden Röntgenbildern des beabsichtigten Ziels reduziert.
VII. BEISPIELHAFTE ÄUSSERE KÜHLRIPPENGRUPPEN
Weiter mit Bezug auf 7A und 7B werden Gesichtspunkte von Kühlrippengruppen 900 offenbart. Wie in 7B offenbart, umfasst jede Kühlrippengruppe 900 eine Verbindungsfläche 902 und eine Vielzahl von Kühlrippen 904. Jede Kühlrippengruppe 900 ist konfiguriert, um an den äußeren Oberflächen 802 und 804 oder an den äußeren Oberflächen 804 und 806 des Blendenkörpers 800 angebracht zu werden. Bei mindestens einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Kühlrippengruppen 900 aus einem Material gebildet sein, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem die Hülse 704 gebildet ist. Z. B. können die Kühlrippengruppen 900 aus dem gleichen Material gebildet sein, aus dem der Blendenkörper 800 gebildet ist. Ferner können die Kühlrippengruppen 900 z. B. aus Kupfer oder Aluminium extrudiert werden. Wie in 7A und 7B offenbart, kann jede Kühlrippengruppe 900 an dem Blendenkörper 800 unter Verwendung von Befestigungselementen 906 angebracht werden. Alternativ kann jede Kühlrippengruppe 900 stattdessen mechanisch angebracht, mit Klebstoff angebracht, gelötet oder anderweitig z. B. an dem Blendenkörper 800 angebracht werden.
Jede der Kühlrippen 904 ist konfiguriert, um dem Kühlmittel 620 ausgesetzt zu werden, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist (siehe 6A). Die Kühlrippen 904 erweitern effektiv die Mantelfläche der äußeren Oberflächen 802, 804 und 806 des Blendenkörpers 800, wodurch sie die Wärmeübertragungsrate dieser Oberflächen erhöhen. Es versteht sich, dass obwohl zwölf Kühlrippen 904 bei der Ausführungsform aus 7B offenbart werden, stattdessen weniger als zwölf Kühlrippen 904 oder mehr als zwölf Kühlrippen 904 an dem Blendenkörper 800 angebracht werden können, je nach der gewünschten Wärmeübertragungsrate einer bestimmten Ausführungsform.
Zusätzlich zu den Kühlrippengruppen 800 kann bzw. können eine oder mehrere Oberflächen des Blendenkörpers 800 ferner integrierte gewellte Oberflächen 803 umfassen. Wie es z. B. 7B offenbart, sind die gewellten Oberflächen 803 in der Nähe des Fensters 706 positioniert, um die Mantelfläche in der Nähe des Fensters 706 effektiv zu erweitern. Die erweiterte Mantelfläche erhöht die Wärmeübertragungsrate des Blendenkörpers 800 in der Nähe des Fensters 706.
VIII. BEISPIELHAFTER BLENDENKÖRPER
Mit Bezug auf 8A und 8B werden zusätzliche Gesichtspunkte des Blendenkörpers 800 offenbart. Wie es 8A offenbart, definiert der Blendenkörper 800 mehrere äußere Oberflächen, die jeweils konfiguriert sind, um dem umgewälzten Kühlmittel 620 ausgesetzt zu sein, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist (siehe 6A). Z. B. definiert der Blendenkörper 800 eine äußere vordere Oberfläche 802, äußere seitliche Oberflächen 804 und 806 und eine äußere obere Oberfläche 808, die jeweils konfiguriert sind, um dem umgewälzten Kühlmittel 620 direkt ausgesetzt zu sein. Die kombinierten Mantelflächen der Oberflächen 802 bis 808 führen dazu, dass mindestens fünfzig Prozent des Flächeninhalts der äußeren Oberflächen des Blendenkörpers 800 konfiguriert sind, um dem umgewälzten Kühlmittel 620, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist, direkt ausgesetzt zu sein. So wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „die äußeren Oberflächen des Blendenkörpers 800” auf die Oberflächen des Blendenkörpers 800, die nicht vollständig von dem Blendenkörper 800 umgeben sind. Z. B. umfassen die „äußeren Oberflächen des Blendenkörpers 800” nicht die inneren Oberflächen der Blende 801 oder die inneren Oberflächen der inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826, die nachstehend besprochen werden.
Zudem definiert der Blendenkörper 800 auch eine hintere Oberfläche 810 und eine untere Oberfläche 812, die nur durch relativ dünne leitfähige Materialien von einem direkten Aussetzen an das Kühlmittel 620 getrennt sind. Insbesondere ist die hintere Oberfläche 810 von einem direkten Aussetzen an das Kühlmittel 620 durch einen relativ dünnen leitfähigen Verteiler 814 getrennt, und die untere Oberfläche 812 ist von einem direkten Aussetzen an das Kühlmittel 620 durch eine relativ dünne leitfähige Platte 816 getrennt. Wie es 8A offenbart, kann der Verteiler 814 an dem Blendenkörper 800 unter Verwendung von Befestigungselementen 818 angebracht sein, und die Platte 816 kann an dem Blendenkörper unter Verwendung der Befestigungselemente 820 angebracht sein.
Entsprechend definiert der Blendenkörper 800 vier äußere Oberflächen (802, 804, 806 und 808), die jeweils konfiguriert sind, um dem umgewälzten Kühlmittel 620, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist (siehe 6A), direkt ausgesetzt zu sein, und zwei äußere Oberflächen (810 und 812), die jeweils konfiguriert sind, um dem Kühlmittel 620, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise, jeweils über den Verteiler 814 und die Platte 816, eingetaucht ist, indirekt ausgesetzt zu sein. Da die äußeren Oberflächen 802, 804, 806, 808, 810 und 812 dem umgewälzten Kühlmittel 620, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist, direkt oder indirekt ausgesetzt sind, dient das umgewälzte Kühlmittel 620 dazu, die Wärme in dem Blendenkörper 800, die durch das Aufprallen der Rückstreuelektronen 708b verursacht wird (siehe 6B), auf das umgewälzte Kühlmittel 620 zu übertragen.
Wie es 8A offenbart, kann der Blendenkörper 800 ferner einen Fensterrahmen 822 definieren, wobei das Röntgenröhrenfenster 706 (siehe 7A) konfiguriert ist, um daran angebracht zu werden, und durch das die Röntgenstrahlen 712a, die an der Brennbahn 712 der Anode 710 hervorgebracht werden, den Blendenkörper 800 verlassen können (siehe 6B). Zudem definiert der Blendenkörper 800 erste und zweite innere Kühlmitteldurchgänge 824 und 826. Die ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 können z. B. unter Verwendung von Funkenerosion (EDM) gebildet werden, was komplizierte und präzise Durchgangsgeometrien ermöglicht und die Schwierigkeiten vermeidet, die mit dem Bilden von Durchgängen durch das Zusammenlöten diverser Abschnitte des Blendenkörpers 800 verknüpft sind. Der erste innere Kühlmitteldurchgang 824 umgibt den Fensterrahmen 822 und der zweite innere Kühlmitteldurchgang 826 umgibt die Blende 801. Es versteht sich jedoch, dass bei einigen Ausführungsbeispielen der Fensterrahmen 822 von dem Blendenkörper 800 getrennt sein kann, wobei bei diesen Ausführungsformen mindestens ein Abschnitt des ersten inneren Kühlmitteldurchgangs 824 ebenfalls von dem Blendenkörper 800 getrennt wäre.
Wie es 8A offenbart, können zudem erste Kühlrippen 828 in dem überlappenden Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 positioniert sein. Ferner können zweite Kühlrippen 830 in dem zweiten inneren Kühlmitteldurchgang 826 positioniert sein. Obwohl die ersten und zweiten Kühlrippen 828 und 830 versetzte Kühlrippen sind, versteht es sich, dass die ersten und/oder zweiten Kühlrippen 828 und 830 stattdessen andersartige Kühlrippen sein können, wie etwa gewellte, lamellierte, perforierte, gerade Kühlrippen oder eine Kombination derselben. Obwohl in 8A nur erste und zweite Kühlrippen 828 und 830 offenbart sind, versteht es sich zudem, dass nur eine Gruppe von Kühlrippen oder drei oder mehrere Gruppen von Kühlrippen stattdessen in die ersten und/oder zweiten internen Kühlrippendurchgänge des Blendenkörpers 800 eingefügt werden können. Die ersten und zweiten Kühlrippen 828 und 830 erweitern effektiv die Mantelfläche der inneren Oberflächen der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826, wodurch die Wärmeübertragungsrate dieser Oberflächen erhöht wird.
Die ersten Kühlrippen 828 können verschiedenartig in dem überlappenden Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 fixiert sein. Die ersten Kühlrippen 828 können z. B. in den überlappenden Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 eingefügt werden und dann durch das Verformen relativ dünner Bereiche 832 (siehe 7A) nach innen, so dass sie eine eingedrückte Form aufweisen, örtlich fixiert werden. Diese eingedrückte Form kann durch Klopfen auf die relativ dünnen Bereiche 832, z. B. mit einem passend geformten Werkzeug und einem Hammer, erreicht werden. Die ersten Kühlrippen 828 können ferner oder alternativ durch Löten der ersten Kühlrippen 828 auf eine oder mehrere innere Oberflächen des überlappenden Abschnitts der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 örtlich fixiert werden. Mindestens bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Verwendung der eingedrückten Bereiche 832, um die ersten Kühlrippen 828 örtlich zu fixieren, die Notwendigkeit vermeiden, die ersten Kühlrippen 828 örtlich zu löten, was die Fixierung der ersten Kühlrippen 828 vereinfachen kann. Schließlich kann der überlappende Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 mindestens teilweise gegenüber dem Kühlmittel 620, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist (siehe 6A), abgedichtet sein, indem die Platten 824 z. B. unter Verwendung der Befestigungselemente 836 an dem Blendenkörper 800 angebracht werden. Dies ermöglicht es dem Kühlmittel 620, das durch die ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 umgewälzt wird, von dem Kühlmittel 620, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist (siehe 6A), getrennt zu bleiben, bis das Kühlmittel 620 die Röntgenröhre 700 durch den Kühlmittelanschluss B hindurch verlässt (siehe 7A).
Auf ähnliche Art und Weise können die zweiten Kühlrippen 830 in dem zweiten inneren Kühlmitteldurchgang 826 auf verschiedene Art und Weise fixiert werden. Z. B. können die zweiten Kühlrippen 830 in den zweiten inneren Kühlmitteldurchgang 826 eingefügt werden und dann durch Anbringen der Platte 816 an dem Blendenkörper 800 z. B. unter Verwendung der Befestigungselemente 820 örtlich fixiert werden. Das Anbringen der Platte 816 dichtet auch mindestens teilweise den zweiten inneren Kühlmitteldurchgang 826 gegenüber dem Kühlmittel 620 ab, in das die Röntgenröhre 700 mindestens teilweise eingetaucht ist (siehe 6A). Der Abschnitt des zweiten inneren Kühlmitteldurchgangs 826, in dem die zweiten Kühlrippen 830 positioniert sind, kann derart bemessen sein, dass das Anbringen der Platte 816 an dem Blendenkörper 800 die zweiten Kühlrippen 830 zwischen der Platte 816 und dem Blendenkörper 800 einklemmt, wodurch die zweiten Kühlrippen 830 örtlich fixiert werden. Die zweiten Kühlrippen 830 können ferner oder alternativ durch Löten der zweiten Kühlrippen 830 auf eine oder mehrere innere Oberflächen des zweiten inneren Kühlmitteldurchgangs 826 örtlich fixiert werden.
Es versteht sich ebenfalls, dass Kühlrippen in dem bzw. den ersten und/oder zweiten inneren Kühlmitteldurchgängen 824 und 826 positioniert sein können, indem die Kühlrippen innerhalb eines oder der beiden dieser inneren Kühlmitteldurchgänge einstückig gebildet werden. Wie es z. B. 6B offenbart, sind die Kühlrippen 832 in dem ersten inneren Kühlmitteldurchgang 824 positioniert. Die Kühlrippen 831 sind innerhalb des ersten inneren Durchgangs 824 einstückig gebildet. Die Kühlrippen 831 können durch Bearbeiten der Kühlrippen 831 z. B. während der Bearbeitung des ersten inneren Kühlmitteldurchgangs 824 gebildet werden. Die Kühlrippen 831 können dann in dem ersten inneren Kühlmitteldurchgang 824 durch Anbringen des Verteilers 814 an dem Blendenkörper 800 abgedichtet werden.
Wie in 8B offenbart, wird das Kühlmittel 620 in den Blendenkörper 800 durch den Anschluss F hindurch umgewälzt, z. B. wird ein Teil des Kühlmittels 620 durch den ersten inneren Kühlmitteldurchgang 824 hindurch und ein anderer Teil des Kühlmittels 620 durch den zweiten inneren Kühlmitteldurchgang 826 hindurch umgewälzt, bevor er den Blendenkörper durch den Anschluss E hindurch verlasst. Während das Kühlmittel 620 durch die ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 und an den ersten und zweiten Kühlrippen 828 und 830 vorbei fließt, dient das umgewälzte Kühlmittel 620 dazu, die Wärme in dem Blendenkörper 800, die durch den Aufprall der Rückstreuelektronen 708b (siehe 1B) verursacht wird, auf das umgewälzte Kühlmittel 620 zu übertragen. Zudem kann bei mindestens einigen Ausführungsbeispielen, während das Kühlmittel 620 durch die ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 fließt, ein Aufkochen des Kühlmittels 620 herbeigeführt werden, um die Übertragungsrate der Wärme in dem Blendenkörper 800, die durch den Aufprall der Rückstreuelektronen 708b (siehe 6B) verursacht wird, auf das umgewälzte Kühlmittel 620 zu verbessern.
Noch einmal mit Bezug auf 6B werden Gesichtspunkte eines Grabens 838, der in dem überlappenden Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 definiert ist, offenbart. Der Graben 838 ist in der Nähe des Fensterrahmens 822 definiert und dient dazu, eine relativ dünne Wand 840 zwischen dem überlappenden Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge 824 und 826 und dem Fensterrahmen 822 zu verlängern. Da sich der Blendenkörper 800 während des Betriebs der Röntgenröhre 700 aufheizt, neigt der Blendenkörper 800 dazu, sich auszudehnen und zu verformen. Da sich die relativ dünne Wand 840 während des Betriebs der Röntgenröhre ausdehnt und verformt, ermöglicht es der Graben 838 einem Abschnitt der länglichen und relativ dünnen Wand 840, sich in den Graben 838 auszudehnen. Der Graben 838 entlastet somit die Beanspruchung z. B. für das Fenster 706, den Fensterrahmen 822 und die Verbindung zwischen dem Fenster 706 und dem Fensterrahmen 822. Diese entlastete Beanspruchung reduziert die Wahrscheinlichkeit eines beanspruchungsbedingten Versagens, wie etwa eines Zerspringens, des Fensters 706.
Es versteht sich, dass eine Alternative zu dem Graben 838 darin besteht, einen Fensterrahmen mit relativ dünner Wand über der oberen Oberfläche 808 des Blendenkörpers 840zu erweitern, was auf ähnliche Art und Weise die Beanspruchung z. B. für das Fenster 706, den erweiterten Fensterrahmen und die Verbindung zwischen dem Fenster 706 und dem erweiterten Fensterrahmen entlasten würde.
Weiterhin mit Bezug auf 6B werden zusätzliche Gesichtspunkte des Fensterrahmens 822 offenbart. Insbesondere kann der Fensterrahmen 822 einen oder mehrere verengte Abschnitte 842 umfassen. Der eine oder die mehreren verengten Abschnitte 842 des Fensterrahmens 822 kann bzw. können das Erhitzen des Fensters 706 durch Rückstreuelektronen minimieren und dabei eine ausreichende Breite beibehalten, um es genügend Röntgenstrahlen 712a zu ermöglichen, die Röntgenröhre 700 zu verlassen.
IX. BEISPIELHAFTES LÖTEN DES BLENDENKÖRPERS AN DIE HÜLSE
Mit Bezug auf 9 werden zusätzliche Gesichtspunkte des Blendenkörpers 800 und der Hülse 704 offenbart. Wie es 9 offenbart, definiert der Blendenkörper 800 zwei orthogonale Lötflächen 800a und 800b, die konfiguriert sind, um jeweils an zwei entsprechende orthogonale Lötflächen 704a und 704b gelötet zu werden, die durch die Hülse 704 definiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt dieses Löten durch die Verwendung einer Lötscheibe 1000, die eine Form aufweist, die den orthogonalen Lötflächen 800a und 800b und 704a und 704b entspricht, was den Prozess des Lötens des Blendenkörpers 800 an die Hülse 704 vereinfachen kann. Das Löten auf den orthogonalen Lötflächen des Blendenkörpers 800 und der Hülse 704 ermöglicht es, komplexe Geometrien, wie etwa die komplexe Geometrie des umgekehrt L-förmigen Blendenkörpers 800, in der Röntgenröhre 700 umzusetzen.
Es versteht sich, dass mindestens bei einigen Ausführungsbeispielen die orthogonalen Lötflächen des Blendenkörpers 800 und der Hülse 704 durch eine oder mehrere nicht orthogonale Lötflächen ersetzt werden können. Z. B. kann eine einzige geneigte Lötfläche die in 9 offenbarten doppelten orthogonalen Lötflächen ersetzen. Zudem kann eine (nicht gezeigte) Eckplatte an der orthogonalen Lötschnittstelle zwischen dem Blendenkörper 800 und der Hülse 704 angebracht werden, um Vakuumlecks zu verhindern. Die Eckplatte kann als Teil eines Standardmodells verwendet werden oder kann alternativ verwendet werden, um Vakuumlecks an der Schnittstelle zu reparieren. Ferner kann ein (nicht gezeigter) Lötspeicher an der orthogonalen Lötschnittstelle verwendet werden, um zusätzliches Lötmittel an der Lötverbindung zwischen dem Blendenkörper 800 und der Hülse 704 bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgebildet sein, ohne sich von ihrem Geist oder ihren wesentlichen Kennzeichen zu entfernen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als rein erläuternd und nicht einschränkend anzusehen. Der Umfang der Erfindung wird daher durch die beiliegenden Ansprüche statt durch die vorhergehende Beschreibung definiert. Alle Änderungen, die mit den Ansprüchen gleichbedeutend und gleichwertig sind, sind dazu gedacht, zu ihrem Umfang zu gehören.

Claims

Röntgenröhre, umfassend: einen evakuierten Behälter; eine Anode, die in dem evakuierten Behälter angeordnet und konfiguriert ist, um Elektronen zu empfangen, die von einem Elektronenemitter emittiert werden; ein evakuiertes Behälterfenster, das in einem Anschluss des evakuierten Behälters angeordnet ist, wobei das evakuierte Behälterfenster erste und zweite Achsen umfasst, wobei die erste Achse im Verhältnis zur zweiten Achse kürzer ist; und Mittel zum Leiten eines Kühlmittels, damit es über eine äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters in einer Richtung, die zu der ersten Achse im Wesentlichen parallel ist, fließt.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei das evakuierte Behälterfenster konfiguriert ist, um eine höhere Konzentration an Rückstreuelektronen auf einer ersten Seite als auf einer zweiten Seite zu empfangen, und wobei das Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses im Verhältnis zu dem evakuierten Behälterfenster derart angeordnet ist, dass es den Kühlmittelfluss über die äußere Oberfläche von der ersten Seite zu der zweiten Seite leitet.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses einen Vollraum umfasst.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses ferner Mittel zum Variieren des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche umfasst.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei das Mittel zum Variieren des Kühlmittelflusses eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die in dem Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses gebildet sind, wobei die Vielzahl von Öffnungen unregelmäßig groß ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei das Mittel zum Variieren des Kühlmittelflusses eine zugespitzte Öffnung umfasst, die in dem Mittel zum Leiten des Kühlmittelflusses gebildet ist, wobei die zugespitzte Öffnung eine Mitte und zwei Seiten aufweist, wobei die Mitte der zugespitzten Öffnung breiter als die Seiten der zugespitzten. Öffnung ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Kühlsystem, das konfiguriert ist, um das Kühlmittel umzuwälzen, und das einen oder mehrere Hohlräume, die in dem evakuierten Behälter gebildet sind, eine Kühlmittelversorgung, einen Kühlmittelrücklauf und einen oder mehrere Schläuche umfasst.
Verfahren zum Kühlen einer Röntgenröhre, umfassend folgende Schritte: Erzeugen eines Kühlmittelflusses in einer Röntgenröhre, die ein evakuiertes Behälterfenster umfasst, wobei das evakuierte Behälterfenster erste und zweite Achsen umfasst, wobei die erste Achse im Verhältnis zur zweiten Achse kürzer ist; Leiten des Kühlmittels über eine äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters in einer Richtung, die zu der ersten Achse im Wesentlichen parallel ist; und Optimieren des Kühlmittelflusses über die äußere Oberfläche gemäß einer unregelmäßigen Verteilung der Rückstreuelektronen, die auf einer inneren Oberfläche des evakuierten Behälterfensters auftreffen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Optimieren des Kühlmittelflusses gemäß der unregelmäßigen Verteilung das Variieren des Kühlmittelflusses des Kühlmittels über die äußere Oberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Variieren des Kühlmittelflusses des Kühlmittels über die äußere Oberfläche das Leiten eines größeren Kühlmittelvolumens über einen ersten Bereich der äußeren Oberfläche als über einen zweiten Bereich der äußeren Oberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Variieren des Kühlmittelflusses des Kühlmittels über die äußere Oberfläche das Leiten eines ersten Teils des Kühlmittels, der über einen ersten Bereich der äußeren Oberfläche fließt, damit er schneller fließt als ein zweiter Teil des Kühlmittels, der über einen zweiten Bereich der äußeren Oberfläche fließt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Optimieren des Kühlmittelflusses gemäß der unregelmäßigen Verteilung das anfängliche Leiten des Kühlmittels über einen ersten Bereich der äußeren Oberfläche vor dem Leiten des Kühlmittels über einen zweiten Bereich der äußeren Oberfläche umfasst, wobei der erste Bereich eine höhere Konzentration an thermischer Energie als der zweite Bereich aufweist.
Röntgenröhre, umfassend: ein Außengehäuse; einen evakuierten Behälter, die in dem Außengehäuse angeordnet ist, wobei der evakuierte Behälter ein evakuiertes Behälterfenster mit einer kurzen Achse umfasst; einen Elektronenemitter, der in dem evakuierten Behälter angeordnet und ist konfiguriert, um Elektronen zu emittieren; eine Anode, die in dem evakuierten Behälter angeordnet ist, um Elektronen zu empfangen, die von dem Elektronenemitter emittiert werden, und die eine Drehachse definiert, die im Wesentlichen zu der kurzen Achse parallel ist; und einen Vollraum, der in dem Außengehäuse angeordnet ist und ein Ende aufweist, in dem mindestens eine Öffnung gebildet ist, wobei der Vollraum derart angeordnet ist, dass das Ende im Wesentlichen zu der kurzen Achse senkrecht ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 13, wobei der Vollraum einen Austrittsvollraum aufweist, der konfiguriert ist, um ein Kühlmittel aus der mindestens einen Öffnung heraus und über die äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters zu leiten.
Röntgenröhre nach Anspruch 14, wobei das evakuierte Behälterfenster konfiguriert ist, um eine höhere Konzentration an Rückstreuelektronen auf einer ersten Seite als auf einer zweiten Seite zu empfangen, und wobei das Ende mit der mindestens eine Öffnung innerhalb des Außengehäuses näher an der ersten Seite als an der zweiten Seite angeordnet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 13, wobei der Vollraum einen Eintrittsvollraum umfasst, der konfiguriert ist, um ein Kühlmittel über die äußere Oberfläche des evakuierten Behälterfensters und in die mindestens eine Öffnung zu leiten.
Röntgenröhre nach Anspruch 16, wobei das evakuierte Behälterfenster konfiguriert ist, um eine höhere Konzentration an Rückstreuelektronen auf einer ersten Seite als auf einer zweiten Seite zu empfangen, und wobei das Ende mit der mindestens einen Öffnung innerhalb des Außengehäuses näher an der zweiten Seite als an der ersten Seite angeordnet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Öffnung eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die unregelmäßig groß sind.
Röntgenröhre nach Anspruch 18, wobei die Vielzahl von Öffnungen mindestens eine mittlere Öffnung und zwei Endöffnungen umfasst, wobei eine Größe der mittleren Öffnung größer ist als eine Größe einer der beiden Endöffnungen.
Röntgenröhre nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Öffnung eine zugespitzte Öffnung umfasst, die eine Mitte und zwei Seiten aufweist, wobei die Mitte der zugespitzten Öffnung breiter als die Seiten der zugespitzten Öffnung ist.
Röntgenröhre, die konfiguriert ist, um mindestens teilweise in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht zu sein, wobei die Röntgenröhre Folgendes umfasst: eine Kathode, die mindestens teilweise in einem Kathodengehäuse positioniert ist; eine Anode, die mindestens teilweise in einer Hülse positioniert ist, wobei die Hülse aus einem ersten Material gebildet ist; und einen Blendenkörper, der aus einem zweiten Material gebildet ist, wobei der Blendenkörper das Kathodengehäuse mit der Hülse koppelt, wobei der Blendenkörper eine Blende definiert, durch die Elektronen zwischen der Kathode und der Anode hindurch gehen können, wobei der Blendenkörper ferner mindestens zwei äußere Oberflächen definiert, die jeweils konfiguriert sind, um dem flüssigen Kühlmittel, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist, ausgesetzt zu sein.
Röntgenröhre nach Anspruch 21, wobei der Blendenkörper mindestens vier äußere Oberflächen definiert, die jeweils konfiguriert sind, um dem flüssigen Kühlmittel, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist, ausgesetzt zu sein.
Röntgenröhre nach Anspruch 21, wobei: die Röntgenröhre ferner ein Röntgenfenster umfasst; und der Blendenkörper ferner einen Fensterrahmen definiert, an dem das Röntgenfenster angebracht ist und durch das Röntgenstrahlen, die an der Anode hervorgebracht werden, den Blendenkörper verlassen können.
Röntgenröhre nach Anspruch 23, wobei das Kathodengehäuse, der Blendenkörper, das Fenster und die Hülse mindestens teilweise einen evakuierten Behälter definieren.
Röntgenröhre nach Anspruch 24, wobei der Blendenkörper ferner einen ersten inneren Kühlmitteldurchgang definiert, der den Fensterrahmen umgibt.
Röntgenröhre, konfiguriert, um mindestens teilweise in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht zu sein, wobei die Röntgenröhre Folgendes umfasst: eine Kathode, die mindestens teilweise in einem Kathodengehäuse positioniert ist; eine Anode, die mindestens teilweise in einer Hülse positioniert ist, wobei die Hülse aus einem ersten Material gebildet ist; und einen Blendenkörper, der aus einem zweiten Material gebildet ist, wobei der Blendenkörper das Kathodengehäuse mit der Hülse koppelt, wobei der Blendenkörper eine Blende definiert, durch die Elektronen zwischen der Kathode und der Anode hindurch gehen können, wobei der Blendenkörper ferner eine oder mehrere äußere Oberflächen definiert, wobei mindestens fünfzig Prozent des Flächeninhalts der äußeren Oberflächen des Blendenkörpers konfiguriert sind, um dem flüssigen Kühlmittel, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist, ausgesetzt zu sein.
Röntgenröhre nach Anspruch 26, wobei der Blendenkörper ferner einen ersten inneren Kühlmitteldurchgang definiert, der die Blende umgibt.
Röntgenröhre nach Anspruch 27, ferner umfassend Kühlrippen, die in dem ersten inneren Kühlmitteldurchgang positioniert sind.
Röntgenröhre nach Anspruch 28, wobei die Kühlrippen ferner innerhalb des ersten inneren Kühlmitteldurchgangs durch eingedrückte Bereiche des Blendenkörpers örtlich fixiert sind.
Röntgenröhre nach Anspruch 27, wobei der erste innere Kühlmitteldurchgang mindestens teilweise gegenüber dem flüssigen Kühlmittel, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist, durch eine oder mehrere Platten, die an dem Blendenkörper angebracht sind, abgedichtet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 27, wobei: die Röntgenröhre ferner ein Röntgenfenster umfasst; der Blendenkörper ferner einen Fensterrahmen definiert, an dem das Röntgenfenster angebracht ist und durch das Röntgenstrahlen, die an der Anode hervorgebracht werden, den Blendenkörper verlassen können; und der Blendenkörper ferner einen zweiten inneren Kühlmitteldurchgang definiert, der den Fensterrahmen umgibt.
Röntgenröhre nach Anspruch 31, ferner umfassend Flussführungen, die auf dem Blendenkörper auf beiden Seiten des Röntgenröhrenfensters positioniert sind und konfiguriert sind, um das Kühlmittel zu leiten, damit es über das Röntgenröhrenfenster fließt.
Röntgenröhre nach Anspruch 31, wobei der Abschnitt des Fensterrahmens, an dem das Röntgenfenster angebracht ist, sich über eine obere Oberfläche des Blendenblocks erstreckt.
Röntgenröhre nach Anspruch 31, wobei der zweite innere Kühlmitteldurchgang sich mit dem ersten inneren Kühlmitteldurchgang überlappt.
Röntgenröhre nach Anspruch 34, wobei überlappende Abschnitt der ersten und zweiten inneren Kühlmitteldurchgänge einen Graben in der Nähe des Fensterrahmens definiert.
Röntgenröhre nach Anspruch 26, wobei: das erste Material Edelstahl umfasst und eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist; und das zweite Material eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit.
Röntgenröhre nach Anspruch 26, ferner umfassend eine Vielzahl von Kühlrippen, die an einer oder mehreren äußeren Oberflächen des Blendenkörpers angebracht sind, wobei die Kühlrippen konfiguriert sind, um dem flüssigen Kühlmittel, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist, ausgesetzt zu sein.
Röntgenröhre, konfiguriert, um mindestens teilweise in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht zu sein, wobei die Röntgenröhre Folgendes umfasst: eine Kathode, die mindestens teilweise in einem Kathodengehäuse positioniert ist; eine Anode, die mindestens teilweise in einer Hülse positioniert ist, wobei die Hülse aus einem Material gebildet ist, das Edelstahl umfasst; und einen Blendenkörper, der aus einem Material gebildet ist, das Kupfer umfasst, wobei der Blendenkörper das Kathodengehäuse mit der Hülse koppelt, wobei der Blendenkörper eine Blende definiert, durch die Elektronen zwischen der Kathode und der Anode hindurch gehen können, wobei der Blendenkörper ferner zwei orthogonale Lötflächen definiert, die an zwei entsprechende orthogonale Lötflächen gelötet sind, die von der Hülse definiert werden.
Röntgenröhre nach Anspruch 38, wobei die beiden orthogonalen Lötflächen des Blendenkörpers an zwei entsprechende orthogonale Lötflächen der Hülse unter Verwendung einer Lötscheibe gelötet sind, die eine Form aufweist, die den orthogonalen Lötflächen entspricht.
Röntgenröhre nach Anspruch 38, ferner umfassend eine Vielzahl von Kühlrippen, die an einer oder mehreren äußeren Oberflächen des Blendenkörpers angebracht sind, wobei die Kühlrippen konfiguriert sind, um dem flüssigen Kühlmittel, in das die Röntgenröhre mindestens teilweise eingetaucht ist, ausgesetzt zu sein.
Röntgenröhre nach Anspruch 40, wobei die Kühlrippen aus einem Material gebildet sind, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem die Hülse gebildet ist.