DE102015203459A1

DE102015203459A1 - Röntgenröhre

Info

Publication number: DE102015203459A1
Application number: DE102015203459.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Geisler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-09-01

Abstract

Es wird eine Röntgenröhre vorgeschlagen, bei der eine unmittelbare, im Brennfleck (5) auf einer Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) der Röntgenröhre deponierte Leistung je emittiertem Photon des einfallenden Elektronenstrahls (2) verringert ist. Die Röntgenröhre weist hierzu einen einfallenden Elektronenstrahl (2) auf, der in der Weise gerichtet ist, dass die Elektronen des einfallenden Elektronenstrahls (2) in einem Winkel ϑ zum Lot (6) der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) auf die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) einfallen, und weist die Röntgenröhre einen Detektor (3) auf, der angepasst an den Winkel ϑ des einfallenden Elektronenstrahls (2) in einem flachen Winkel ϑ auf den Brennfleck (5) auf der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Röntgenröhren und hier insbesondere Hochleistungsröntgenröhren, wie sie zum Beispiel in der medizinischen Bildgebung verwendet sind, sind in ihrer Leistung beziehungsweise der Zahl von ihnen erzeugten Röntgenquanten je Zeiteinheit vorwiegend deshalb begrenzt, weil die Wärmebelastbarkeit der Anode im Bereich des Auftreffpunktes der Elektronen des Elektronenstrahls, das heißt im Bereich des Brennflecks auf der Anodenoberfläche bis an die Höchstbelastung stößt.
Um die Leistung, die eine Anode bewältigen kann, zu erhöhen, ist es insbesondere bei Hochleistungsröhren allgemein bekannt, Drehanoden einzusetzen, um die Dauer der Einwirkung des Elektronenstrahles auf ein festes Volumenelement der Anode beziehungsweise der Anodenoberfläche zu reduzieren.
Es ist zur Lösung dieses Problems auch allgemein bekannt, semi-elektronentransparente Anoden zu verwenden, die aber wegen einer fehlenden Wärmeabfuhr nicht aus einem festen Material bestehen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einer Röntgenröhre der eingangs genannten Art, diese in einer solchen Weise zu verbessern, dass die unmittelbare, im Brennfleck der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche deponierte Leistung je emittiertem Photon des Elektronenstrahls verringert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgenröhre gelöst, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Danach weist die Röntgenröhre mit Vorrichtung zur Abgabe eines gerichteten Elektronenstrahls auf eine Anode beziehungsweise Anodenoberfläche einen Elektronenstrahl auf, der in der Weise gerichtet ist, dass die Elektronen des Elektronenstrahls in einem Winkel ϑ zum Lot der Anodenoberfläche auf die Anodenoberfläche einfallen, und weist die Röntgenröhre einen Detektor auf, der angepasst an den Winkel ϑ des einfallenden Elektronenstrahls in einem flachen Winkel auf den Brennfleck auf der Anodenoberfläche ausgerichtet ist.
Die Elektronen des Elektronenstrahls treffen aufgrund dieser Maßnahmen im streifenden Einfall auf die Oberfläche der Anode auf. Der Winkel ϑ des Elektronenstrahls zur Anode bewirkt, dass der Brennfleck auf der Anode vergrößert ist und dass die Photonen wie auch die Elektronen die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche mit einer erhöhten Dichte in Vorwärtsrichtung verlassen. Für den Detektor, der angepasst an den Winkel ϑ ebenfalls im flachen Winkel auf den Brennfleck gerichtet ist, erscheint der in Bezug auf die Anodenoberfläche vergrößerte Brennfleck mit entsprechend verkleinerter Fläche, so dass die Photonenquellengröße gegenüber herkömmlichen Quellen nicht vergrößert ist.
Die Elektronen haben wegen des flachen Eintrittswinkels in die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche eine stark verringerte Eindringtiefe in das Anodenmaterial. Dies führt dazu, dass die Zahl der aus der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche wieder austretenden Elektronen gegenüber der Rückstreuung bei lotrechtem oder zu gering geneigtem Einfall stark erhöht ist und damit eine geringere thermische Belastung der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche stattfindet. Die Zahl der erzeugten Photonen reduziert sich für den hochenergetischen Teil des Photonenspektrums wesentlich weniger, sodass ein erheblicher Effizienzgewinn erzielt ist.
Die vorgeschlagen Lösung verbindet den Vorteil von semielektronentransparenten Anoden in Bezug auf die Photonenausbeute je in der Anode deponierte Leistung und einem nutzbaren, vorwärtsgerichteten Photonenfluss mit den Vorteilen von massiven Anoden. Ein Grund hierfür ist, dass eine durch die Wärmediffusion ins Innere der Anode ausreichende Kühlung und für charakteristische Strahlungserzeugung genügend photonenabsorbierendes Material vorhanden sind.
Ferner kann über ein Auffangen der vermehrt von der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche emittierten Elektronen die Wärmebelastung auch außerhalb des Brennfleckes stark reduziert werden, so dass mit der Röntgenröhre ein höherer mittlerer Photonenfluss erzeugbar ist. Auf der anderen Seite ist die vorgeschlagene Röntgenröhre auch mit einer reduzierten Leistungsaufnahme betreibbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Danach ist die erzielte erfinderische Wirkung besonders effektiv, wenn für den Elektronenstrahl ein Einfallwinkel ϑ > 80° zum Lot der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche gewählt ist.
Die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche kann in vorteilhafter Weise starr gehalten sein und es wird ein erfinderischer Effekt erzielt. Der konstruktive Aufbau der Elektronenröhre vereinfacht sich dadurch.
Die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche kann in vorteilhafter Weise aber auch drehend gehalten sein, wodurch sich zusätzliche Vorteile ergeben. Für eine Drehanode, deren Winkelgeschwindigkeit quadratisch mit der maximalen Spitzenleistung erhöht werden muss, ergibt sich der Vorteil auch dahingehend, dass bei gleicher Photonenausbeute eine erhebliche Reduktion der Anodenwinkelgeschwindigkeit möglich ist. Dies wiederum heißt, dass der Antrieb der Drehanode mit wesentlich weniger Leistung ausgelegt werden muss und/oder sich die Dauer, die die Röntgenröhre benötigt, bis sie betriebsbereit ist, erheblich reduziert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt die einzige Figur in einer Prinzipdarstellung den Kernbereich einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre, der den auf eine Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 einfallenden Elektronenstrahl 2 und durch einen Detektor 3 die Detektion des in Vorwärtsrichtung ausfallenden Elektronenstrahls 4 betrifft.
Die Elektronen des einfallenden Elektronenstrahls 2 treffen im streifenden Einfall auf die Oberfläche der Anode 1 auf und erzeugen dort einen Brennfleck 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weicht der Winkel ϑ des einfallenden Elektronenstrahls 2 zum Lot 6 der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 wesentlich von 0° ab und liegt zur Erzielung eines besonders signifikanten Effektes bei ϑ > 80°. Hierbei ist es unerheblich, ob die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 starr, also feststehend, oder in Form einer Drehanode drehend gehalten ist. Photonen 7 wie auch Elektronen 8 des ausfallenden Elektronenstrahls 3 verlassen die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 mit einer erhöhten Dichte in Vorwärtsrichtung. Für den Detektor 3, der angepasst an den Winkel ϑ ebenfalls im flachen Winkel auf den Brennfleck 5 gerichtet ist, erscheint der in Bezug auf die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 stark vergrößerte Brennfleck 5 wieder mit entsprechend verkleinerter Fläche, so dass die Photonenquellengröße gegenüber herkömmlichen Quellen nicht vergrößert ist.
Die Elektronen 8 haben wegen des flachen Eintrittswinkels in die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 eine stark verringerte Eindringtiefe in das Anodenmaterial. Dies führt dazu, dass die Zahl der aus der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 wieder austretenden Elektronen 8 gegenüber der Rückstreuung bei lotrechtem oder nur mäßig geneigtem Einfall stark erhöht ist. Die Zahl der erzeugten Photonen 7 reduziert sich für den hochenergetischen Teil des Photonenspektrums wesentlich.
Über ein Auffangen der vermehrt von der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche 1 emittierten Elektronen 8 kann die Wärmeleistung außerhalb des Brennflecks 5 stark reduziert werden.

Claims

Röntgenröhre mit Vorrichtung zur Abgabe eines gerichteten Elektronenstrahls (1) auf eine Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) unter Erzeugen eines Brennflecks (5) auf der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) und mit einem Detektor (3) zum detektieren des von der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) in Vorwärtsrichtung abgestrahlten Elektronenstrahls (4), dadurch gekennzeichnet, – dass der einfallende Elektronenstrahl (2) in der Weise gerichtet ist, dass die Elektronen des einfallenden Elektronenstrahls (2) in einem Winkel ϑ zum Lot (5) der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) auf die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) einfallen, und – dass der Detektor (3) angepasst an den Winkel ϑ des einfallenden Elektronenstrahls (2) in einem flachen Winkel ϑ auf den Brennfleck (5) auf der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) ausgerichtet ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Winkel ϑ des einfallenden Elektronenstrahls (2) zum Lot (6) der Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) im Bereich ϑ > 80° liegt.
Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Anode beziehungsweises Anodenoberfläche (1) starr gehalten ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Anode beziehungsweise Anodenoberfläche (1) drehend gehalten ist.