DE102015210681B4

DE102015210681B4 - Device for generating bremsstrahlung

Info

Publication number: DE102015210681B4
Application number: DE102015210681.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Macheleidt; Marvin Möller; Holger Baule; Clemens Fiebiger; Sven Müller
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-06-12
Also published as: DE102015210681A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung mit einem Bremsstrahlungstarget (16), das in einem Träger (17) angeordnet ist und von einer Kühleinrichtung (8) kühlbar ist. Erfindungsgemäß ist das Bremsstrahlungstarget (16) im Träger (17) eingebettet und der Träger (17) ist an der Umfangsfläche (18) von einem Ring (19) umschlossen, wobei der Ring (19) eine kleinere Wärmeausdehnung besitzt als der Träger (17). Eine derartige Vorrichtung ist thermisch hoch belastbar und weist eine lange Lebensdauer auf.The invention relates to a device for generating Bremsstrahlung with a Bremsstrahlungstarget (16), which is arranged in a carrier (17) and by a cooling device (8) is coolable. According to the invention, the brake radiation target (16) is embedded in the carrier (17) and the carrier (17) is enclosed on the circumferential surface (18) by a ring (19), the ring (19) having a smaller thermal expansion than the carrier (17). , Such a device is thermally highly resilient and has a long life.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung.The invention relates to a device for generating Bremsstrahlung.

Eine derartige Vorrichtung dient zur Erzeugung von hochenergetischer Bremsstrahlung im MeV-Bereich und ist hierfür in einem Elektronenbeschleuniger, beispielsweise einem Linearbeschleuniger angeordnet. Die Bremsstrahlung (auch als Röntgenbremsstrahlung bezeichnet) wird durch Konversion von zu einem Elektronenstrahl fokussierten und beschleunigten Elektronen in einem Target (auch als Anode oder Konverter bezeichnet) erzeugt. Beim Abbremsen der Elektronen im Target wird ein Großteil der eingebrachten Energie in Wärme umgewandelt. Ein derartiges Target (Bremsstrahlungstarget) muss deshalb in der Regel mit einem Kühlmittel (z. B. Wasser) gekühlt werden. Trotz Kühlung unterliegt das Target einem hohen thermomechanischen Verschleiß und/oder einem thermisch beschleunigten chemischen Verschleiß bzw. kann nicht mit einem Elektronenstrahl mit hoher Strahlenergiedichte betrieben werden.Such a device serves to generate high-energy bremsstrahlung in the MeV range and is arranged for this purpose in an electron accelerator, for example a linear accelerator. The Bremsstrahlung (also referred to as X-ray braking radiation) is generated by conversion of focused and accelerated to an electron beam electrons in a target (also referred to as anode or converter). As the electrons in the target decelerate, much of the energy is converted into heat. Such a target (brake radiation target) must therefore generally be cooled with a coolant (eg water). Despite cooling, the target is subject to high thermo-mechanical wear and / or thermally accelerated chemical wear or can not be operated with an electron beam with high beam energy density.

Das Target weist typischerweise die Form einer Ronde (zylindrischer Körper mit einer geringen Höhe im Verhältnis zum Durchmesser) auf und besteht aus einem Material mit einer hohen Ordnungszahl (Kernladungszahl, Z) sowie hoher Dichte, z. B. Wolfram, Wolframlegierungen, Rhenium, Tantal, Iridium oder Gold. Die Ausbeute an Bremsstrahlung und damit Intensität der Röntgennutzstrahlung wird neben dem Material des Targets auch von dessen Dicke bestimmt.The target is typically in the form of a blank (cylindrical body with a small height in relation to the diameter) and consists of a material with a high atomic number (atomic number, Z) and high density, z. Tungsten, tungsten alloys, rhenium, tantalum, iridium or gold. The yield of Bremsstrahlung and thus the intensity of X-ray radiation is determined not only by the material of the target but also by its thickness.

Bei den meisten Anwendungsfällen müssen die nicht in Bremsstrahlung umgewandelten Elektronen vor dem Erreichen der Probe bzw. vor dem Erreichen des zu durchleuchtenden Objekts vollständig gestoppt werden. Hierzu werden Moderatoren verwendet, die in der Regel aus Aluminium oder Grafit bestehen.In most applications, the non-Bremsstrahlung converted electrons must be completely stopped before reaching the sample or before reaching the object to be illuminated. For this moderators are used, which are usually made of aluminum or graphite.

Die Anordnung und der Aufbau derartiger Bremsstrahlungstargets (Elektronenstrahlkonverter) erfolgen in Abhängigkeit von dem Problem, das mit der Bremsstrahlung (Röntgenstrahlung) untersucht werden soll. Aus den Offenlegungsschriften DE 25 33 348 A1 und DE 41 06 362 A1 ist es z. B. bekannt, dass Bremsstrahlungstargets aus verschiedenen Schichten aufgebaut sein können, um

• eine hohe Bremsstrahlungsausbeute bei hoher Photonenenergie zu sichern und/oder
• den Raumwinkel der Bremsstrahlung zu variieren und/oder
• die hochenergetischen Elektronen vollständig zu absorbieren und/oder
• die Zahl entstehender Fotoneutronen zu begrenzen.

The arrangement and the structure of such bremsstrahlung targets (electron beam converters) are dependent on the problem to be investigated with the bremsstrahlung (X-radiation). From the publications DE 25 33 348 A1 and DE 41 06 362 A1 is it z. B. known that Bremsstrahlung targets can be constructed of different layers to

• to ensure a high bremsstrahlung yield at high photon energy and / or
• to vary the solid angle of the bremsstrahlung and / or
• fully absorb and / or absorb the high energy electrons
• to limit the number of resulting photo neutrons.

In der Offenlegungsschrift DE 29 26 823 A1 ist ein Elektronen-Linearbeschleuniger mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung beschrieben. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung weist ein Target auf, das aus einem Material mit einer hohen Kernladungszahl, beispielsweise Wolfram (W, Z = 74), besteht. Das Target ist in einem Träger montiert, der aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit λ besteht, z. B. Kupfer (Cu, Z = 29) mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ_Cu = 400 W/(m·K). Um eine möglichst gute Wärmeanbindung des Targets an den Träger zu gewährleisten, ist das Target an den Mantelflächen und/oder der Grundfläche stoffschlüssig mit dem Träger verbunden. Weiterhin ist im Träger ein Kühlkanal angeordnet, der um das Target herum verläuft und in dem ein flüssiges Kühlmedium zirkuliert (indirekte Kühlung des Targets). Da nur ein Kühlkanal vorhanden ist, ergeben sich nur relativ geringe Kühlflächen und damit nur eine entsprechend geringe Wärmeabfuhr. Ein derartiges Target ist bei Linearbeschleunigern beispielsweise als Ronde ausgebildet und weist ein Aspekt-Verhältnis von größer 5:1 auf. Der Durchmesser des Targets ist somit größer als die fünffache Höhe des Targets.In the published patent application DE 29 26 823 A1 is described an electron linear accelerator with a device for generating bremsstrahlung. The device for generating bremsstrahlung has a target consisting of a material having a high atomic number, for example tungsten (W, Z = 74). The target is mounted in a carrier made of a material with a high thermal conductivity λ, e.g. B. copper (Cu, Z = 29) with a thermal conductivity of λ _Cu = 400 W / (m · K). In order to ensure the best possible heat connection of the target to the carrier, the target on the lateral surfaces and / or the base surface is materially connected to the carrier. Furthermore, a cooling channel is arranged in the carrier, which runs around the target and in which a liquid cooling medium circulates (indirect cooling of the target). Since only one cooling channel is present, there are only relatively small cooling surfaces and thus only a correspondingly low heat dissipation. Such a target is formed in linear accelerators, for example, as Ronde and has an aspect ratio of greater than 5: 1. The diameter of the target is thus greater than five times the height of the target.

Bei der während der Elektronenbestrahlung auftretenden Erwärmung des Targets und des Trägers kommt es aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung und den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wolfram und Kupfer zwischen Target und Träger zu unerwünschten Zugspannungen.In the case of the heating of the target and of the carrier occurring during the electron irradiation, unwanted tensile stresses occur due to the cohesive connection and the different thermal expansion coefficients of tungsten and copper between the target and the support.

Weiterhin ist in der Patentschrift US 5 757 885 A ein Elektronen-Linearbeschleuniger mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung offenbart. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung umfasst ein Target, in dem durch einen Beschuss mit Elektronen Bremsstrahlung erzeugt wird. Das Target ist in einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung angeordnet und auf einer Drehachse gelagert, die asymmetrisch zur Strahlachse verläuft. Die Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung ist mit einem flüssigen Kühlmedium gefüllt (direkte Kühlung des Targets). Durch die Zirkulation des Kühlmediums wird das drehbar gelagerte Target in Rotation versetzt. Das Target weist hierzu an seiner Mantelfläche eine zahnradartige Struktur auf. Während des Betriebs des Linearbeschleunigers wird das Target an allen Außenflächen vom Kühlmedium umströmt, wodurch eine chemische Wechselwirkung zwischen dem Targetmaterial und dem Kühlmedium auftritt. Da das Target vollständig im Kühlmedium angeordnet ist, durchstrahlt die erzeugte Bremsstrahlung das Kühlmedium vor dem Austritt aus dem Linearbeschleuniger zumindest teilweise.Furthermore, in the patent US Pat. No. 5,757,885 discloses an electron linear accelerator with a device for generating bremsstrahlung. The device for generating Bremsstrahlung comprises a target in which Bremsstrahlung is generated by a bombardment with electrons. The target is arranged in a device for generating Bremsstrahlung and mounted on a rotation axis which is asymmetrical to the beam axis. The device for generating bremsstrahlung is filled with a liquid cooling medium (direct cooling of the target). Due to the circulation of the cooling medium, the rotatably mounted target is set in rotation. For this purpose, the target has a gearwheel-like structure on its lateral surface. During operation of the linear accelerator, the target flows around the cooling medium at all outer surfaces, whereby a chemical interaction between the target material and the cooling medium occurs. Since the target is arranged completely in the cooling medium, the generated Bremsstrahlung at least partially transmits the cooling medium before exiting the linear accelerator.

In der Offenlegungsschrift DE 31 43 141 A1 ist ein Auffangelement (Antikathode), insbesondere für eine Röntgenröhre, beschrieben, das aus einem in einer Anode eingesetzten Körper besteht, der aus einem zur Emission von Röntgenstrahlung geeigneten Material (z. B. Wolfram) hergestellt ist und der eine Oberfläche besitzt, auf der ein Elektronenstrahlbündel fokussierbar ist (Fokussierungsfläche). Der Körper weist eine der Fokussierungsfläche gegenüberliegende zweite Begrenzungsfläche auf, die eine konkave Form hat und in einer in der Fokussierungsfläche liegenden Kante endet. Das aus dieser Offenlegungsschrift bekannte Auffangelement besitzt eine derartige Formgebung, dass die Begrenzungsfläche, mit der es an einer entsprechend komplementär geformten Fläche des Anodenträgerelements befestigt ist, eine solche Kontur aufweist, dass die in ihrem Bereich auftretenden Scherkräfte aufgrund der Verteilung der in dem Auffangelement entstehenden Wärme minimal sind. Im Betrieb entwickeln sich in dem Auffangelement und in dem benachbarten Material des Trägerelementes Flächen gleicher Temperatur (Isothermenflächen), deren Gestalt zu dem Brennfleck auf der Fokussierungsfläche des Auffangelementes symmetrisch ist. Diese Isothermenflächen repräsentieren Temperaturwerte, die mit zunehmender Entfernung vom Brennfleck abnehmen.In the published patent application DE 31 43 141 A1 is a capture element (anticathode), in particular for an X-ray tube composed of an anode-mounted body made of a material (e.g., tungsten) capable of emitting X-rays and having a surface on which an electron beam is focussable (focusing surface). The body has a second boundary surface opposite to the focusing surface, which has a concave shape and terminates in an edge lying in the focusing surface. The collecting element known from this publication has such a shape that the boundary surface, with which it is attached to a correspondingly complementarily shaped surface of the anode support member having such a contour that the shear forces occurring in its area due to the distribution of heat generated in the collecting element are minimal. In operation, surfaces of the same temperature (isothermal surfaces) develop in the collecting element and in the adjacent material of the carrier element, the shape of which is symmetrical with respect to the focal spot on the focusing surface of the collecting element. These isothermal surfaces represent temperature values that decrease with increasing distance from the focal spot.

Ferner ist in der Patentanmeldung US 2012/0 321 038 A1 eine Röntgenfluoreszenz-Analysevorrichtung offenbart, die eine Röntgenröhre und einen Detektor für Fluoreszenz-Strahlung aufweist. Die Röntgenröhre umfasst eine Kathode, eine Anode mit einer Oberfläche, die Elektronen aufnimmt, und ein Fenster, das der elektronenaufnehmenden Oberfläche der Anode zugewandt ist. Die elektronenaufnehmende Oberfläche der Anode besteht aus einer Schicht Anodenmaterial und einer darunterliegenden Schicht aus einem Abschwächungsmaterial zum Abbremsen der eindringenden Elektronen. Die Kernladungszahl des Abschwächungsmaterials ist kleiner als ein Drittel der Kernladungszahl des Anodenmaterials, so dass nur relativ wenig Bremsstrahlung erzeugt wird.Furthermore, in the patent application US 2012/0 321 038 A1 discloses an X-ray fluorescence analyzer having an X-ray tube and a fluorescence radiation detector. The x-ray tube includes a cathode, an anode having a surface that receives electrons, and a window that faces the electron-accepting surface of the anode. The electron-accepting surface of the anode consists of a layer of anode material and an underlying layer of attenuating material for decelerating the penetrating electrons. The atomic number of the attenuating material is less than one third of the atomic number of the anode material, so that only relatively little Bremsstrahlung is generated.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine thermisch hoch belastbare Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung zu schaffen, die eine lange Lebensdauer aufweist.Object of the present invention is to provide a thermally highly resilient device for the generation of Bremsstrahlung, which has a long life.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen. Ein Elektronenbeschleuniger mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jeweils Gegenstand der Ansprüche 11 und 12.The object is achieved by a device according to claim 1. Advantageous embodiments of the device according to the invention for generating Bremsstrahlung are each the subject of further claims. An electron accelerator with a device according to the invention is the subject matter of claims 11 and 12, respectively.

Die Vorrichtung nach Anspruch 1 dient zur Erzeugung von Bremsstrahlung und umfasst ein Bremsstrahlungstarget, das in einem Träger angeordnet ist und von einer Kühleinrichtung kühlbar ist. Erfindungsgemäß ist das Bremsstrahlungstarget im Träger eingebettet und der Träger ist an der Umfangsfläche (Mantelfläche) von einem Ring umschlossen, wobei das der Ring eine kleinere Wärmeausdehnung besitzt als der Träger. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten sind im Folgenden mit dem Symbol ”α” bezeichnet.The device according to claim 1 is used for generating Bremsstrahlung and includes a Bremsstrahlungstarget, which is arranged in a carrier and can be cooled by a cooling device. According to the invention, the Bremsstrahlung target is embedded in the carrier and the carrier is enclosed on the peripheral surface (lateral surface) of a ring, wherein the ring has a smaller thermal expansion than the carrier. The thermal expansion coefficients are denoted below by the symbol "α".

Zur Kühlung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 muss nicht zwingend ein flüssiges Kühlmedium verwendet werden. Abhängig von den auftretenden Temperaturen kann im Rahmen der Erfindung auch ein gasförmiges Kühlmedium eingesetzt werden.For cooling the device according to claim 1 does not necessarily have a liquid cooling medium can be used. Depending on the temperatures occurring, a gaseous cooling medium can also be used within the scope of the invention.

Durch die erfindungsgemäße Einbettung des Bremsstrahlungstargets stehen sowohl die Mantelfläche als auch die Grundfläche mit dem Träger in Kontakt. Der Kontakt ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt (Anspruch 2). Dadurch ist eine gute Wärmeanbindung des Bremsstrahlungstargets an den Träger gewährleistet.As a result of the embedding of the Bremsstrahlung target according to the invention, both the outer surface and the base surface are in contact with the carrier. The contact is preferably made in accordance with an advantageous embodiment by a cohesive connection (claim 2). This ensures a good heat connection of Bremsstrahlungstargets to the carrier.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bremsstrahlungstarget an den Mantelflächen vollständig im Träger eingebettet (Anspruch 3). Durch diese Maßnahme erhält man einen maximalen Flächenkontakt zwischen Bremsstrahlungstarget und Träger, wodurch die Wärmeanbindung des Bremsstrahlungstargets an den Träger maximiert wird, ohne dass die aus dem Bremsstrahlungstarget austretende Bremsstrahlung durch den Träger reduziert wird.According to an advantageous embodiment, the Bremsstrahlungstarget on the lateral surfaces completely embedded in the carrier (claim 3). By this measure, one obtains a maximum surface contact between Bremsstrahlungstarget and the carrier, whereby the heat input of Bremsstrahlungstargets is maximized to the carrier without the emerging from the Bremsstrahlungstarget Bremsstrahlung is reduced by the carrier.

Gemäß einer für Einzelfälle ebenfalls realisierbaren Ausgestaltung muss das Bremsstrahlungstarget nicht vollständig im Träger eingebettet sein, sondern kann über den Träger hinausragen. Die Mantelfläche des Bremsstrahlungstargets ist dann nicht vollständig, sondern nur teilweise mit dem Träger in Kontakt.According to an embodiment which can likewise be implemented for individual cases, the brake radiation target does not have to be completely embedded in the carrier, but may protrude beyond the carrier. The lateral surface of Bremsstrahlungstargets is then not complete, but only partially in contact with the carrier.

Das Bremsstrahlungstarget besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Kernladungszahl, beispielsweise Wolfram (W, Z = 74).The Bremsstrahlungstarget is preferably made of a material having a high atomic number, for example tungsten (W, Z = 74).

Der der Träger, in dem das Bremsstrahlungstarget eingebettet ist, besteht demgegenüber aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer (Cu, Z = 29) mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ_Cu = 400 W/(m·K).The carrier, in which the Bremsstrahlungstarget is embedded, in contrast, consists of a material having a high thermal conductivity, for. B. copper (Cu, Z = 29) with a thermal conductivity of λ _Cu = 400 W / (m · K).

Der Ring, der den Träger an seiner Mantelfläche umschließt, besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Trägermaterial, Idealerweise einem Wärmeausdehnungskoeffizienten analog zum Targetmaterial, z. B. Molybdän (Mo, Z = 42), Wolfram (W, Z = 74) bzw. Wolframlegierung oder einer Metall-Legierung, die Eisen (Fe, Z = 26), Nickel (Ni, Z = 28) und Kobalt (Co, Z = 27) enthält. Bei einer derartigen Metall-Legierung handelt es sich in vorteilhafter Weise um den Werkstoff Nr. 1.3981, der ca. 53 Gew.-% Eisen (Fe) und ca. 29 Gew.-% Nickel (Ni) sowie ca. 17 Gew.-% Kobalt (Co) enthält und z. B. unter den Markennamen Vacon^® oder Kovar^® bekannt ist.The ring which surrounds the carrier on its lateral surface is preferably made of a material having a lower coefficient of thermal expansion than the carrier material, ideally a thermal expansion coefficient analogous to the target material, for. As molybdenum (Mo, Z = 42), tungsten (W, Z = 74) or tungsten alloy or a metal Alloy containing iron (Fe, Z = 26), nickel (Ni, Z = 28) and cobalt (Co, Z = 27). In such a metal alloy is advantageously the material no. 1.3981, the about 53 wt .-% iron (Fe) and about 29 wt .-% nickel (Ni) and about 17 wt. % Cobalt (Co) contains and z. B. under the brand names Vacon ^® or Kovar ^{® is} known.

Dadurch, dass bei Vorrichtung nach Anspruch 1 der Träger (z. B. aus Kupfer) an der Umfangsfläche (Mantelfläche) von einem Ring (z. B. aus Molybdän oder Werkstoff Nr. 1.3.981) umschlossen ist, dessen Material einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten (α_Mc = 5,0·10^–6/K) besitzt als das Material des Trägers (α_Cu = 16,8·10^–6/K), wird sichergestellt, dass bei den im Betrieb auftretenden Erwärmungen des Trägers keine unerwünschten Zugspannungen an den Mantelflächen des Bremsstrahlungstargets auftreten. Vielmehr werden bei der erfindungsgemäßen Lösung durch den Ring im Wesentlichen nur Druckspannungen an den Mantelflächen des Trägers ausgeübt. Durch den Ring wird der Träger somit über eine stoffschlüssige Verbindung daran gehindert, nachteilige Zugspannungen auf das Bremsstrahlungstarget auszuüben.Characterized in that in the device according to claim 1, the carrier (eg made of copper) on the peripheral surface (lateral surface) is enclosed by a ring (eg made of molybdenum or material No. 1.3.981) whose material has a smaller thermal expansion coefficient (α _Mc = 5.0 × 10 ^-6 / K) has as the material of the carrier (α _Cu = 16.8 × 10 ^-6 / K), it is ensured that in the occurring during operation heating of the carrier no undesirable tensile stresses occur on the lateral surfaces of Bremsstrahlungstargets. Rather, essentially only compressive stresses are exerted on the lateral surfaces of the carrier in the solution according to the invention by the ring. Through the ring, the carrier is thus prevented by a cohesive connection from exerting adverse tensile stresses on the Bremsstrahlungstarget.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Ringes etwa dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Bremsstrahlungstargets entspricht (Anspruch 4). Das Material des Trägers wird dadurch besonders wirkungsvoll am Übertragen von Zugspannungen in das Bremsstrahlungstarget gehindert.A preferred embodiment of the device is characterized in that the coefficient of thermal expansion of the material of the ring corresponds approximately to the thermal expansion coefficient of the material of the Bremsstrahlung target (claim 4). The material of the carrier is thereby prevented from transferring tensile stresses into the Bremsstrahlung target particularly effectively.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind das Bremsstrahlungstarget, der Träger und der Ring untereinander stoffschlüssig verbunden und der Träger weist wenigstens eine Kontaktfläche auf, die vom Kühlmedium umströmt ist (Anspruch 5). Bei einer derartigen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung kommen das Bremsstrahlungstarget, der Träger und der Ring nicht direkt mit dem Kühlmedium in Kontakt, so dass eine mögliche chemische Wechselwirkung zwischen dem Bremsstrahlungstarget und dem Kühlmedium verhindert wird. Die Außenflächen von Träger und Ring können hierbei durch eine Beschichtung vor Korrosion geschützt werden.In a further embodiment, the Bremsstrahlungstarget, the carrier and the ring are materially interconnected and the carrier has at least one contact surface, which is flowed around by the cooling medium (claim 5). In such a device for generating Bremsstrahlung the Bremsstrahlungstarget, the carrier and the ring are not directly in contact with the cooling medium, so that a possible chemical interaction between the Bremsstrahlungstarget and the cooling medium is prevented. The outer surfaces of the carrier and ring can be protected by a coating from corrosion.

Durch eine vorgebbare Zahl von Kühlrippen an der Kontaktfläche zum Kühlmedium (Anspruch 6) wird die Kühlung der Vorrichtung nochmals verbessert.By a predetermined number of cooling fins on the contact surface to the cooling medium (claim 6), the cooling of the device is further improved.

Besonders einfach herstellbar ist eine Vorrichtung, bei der das Bremsstrahlungstarget die Form einer Ronde aufweist (Anspruch 7). Abhängig vom Material des Bremsstrahlungstargets und der Energie des Elektronenstrahls beträgt die Dicke der Targetronde zwischen 0,5 mm und 2 mm und der Durchmesser der Targetronde ca. 5 mm bis ca. 3 mm.Particularly easy to produce is a device in which the Bremsstrahlungstarget has the form of a blank (claim 7). Depending on the material of Bremsstrahlungstargets and the energy of the electron beam, the thickness of Targetronde is between 0.5 mm and 2 mm and the diameter of Targetronde about 5 mm to about 3 mm.

Besonders vorteilhaft ist die Ausführung des Bremsstrahlungstargets (Targetronde) mit einem Aspektverhältnis (Durchmesser zu Höhe) von kleiner 5:1, z. B. 3:1 bis hin zu einem theoretischen Optimum von 1:1. Damit herrschen innerhalb des Bremsstrahlungstargets geringere Temperaturunterschiede, wodurch die intrinsischen thermomechanischen Spannungen in der Targetronde reduziert werden.Particularly advantageous is the execution of Bremsstrahlungstargets (Targetronde) with an aspect ratio (diameter to height) of less than 5: 1, z. B. 3: 1 up to a theoretical optimum of 1: 1. This results in lower temperature differences within the Bremsstrahlung target, whereby the intrinsic thermo-mechanical stresses are reduced in Targetronde.

Abhängig von den verwendeten Materialien für den Träger, den diesen umschließenden Ring sowie das darin eingebettete Bremsstrahlungstarget werden unterschiedliche Zugkräfte auf das Bremsstrahlungstarget ausgeübt, die möglichst vollständig durch den Ring kompensiert werden sollten. Abhängig von den auftretenden bzw. maximal zulässigen Zugkräften ist der Wert des Wärmemausdehnungskoeffizienten des Materials des Ringes das 0,2-fache bis 0,8-fache des Wertes des Wärmemausdehnungskoeffizienten des Materials des Trägers (Anspruch 9).Depending on the materials used for the carrier, the surrounding ring and the embedded Bremsstrahlungstarget different tensile forces are exerted on the Bremsstrahlung target, which should be compensated as completely as possible by the ring. Depending on the occurring or maximum permissible tensile forces, the value of the thermal expansion coefficient of the material of the ring is 0.2 times to 0.8 times the value of the coefficient of thermal expansion of the material of the carrier (claim 9).

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung ist das Bremsstrahlungstarget für Elektronen mit einer Energie von mehr als 1 MeV geeignet (Anspruch 10) und ist dann als Transmissionstarget ausgeführt.According to an advantageous embodiment of the device for generating Bremsstrahlung the Bremsstrahlungstarget for electrons with an energy of more than 1 MeV is suitable (claim 10) and is then designed as a transmission target.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen sind für eine Vielzahl von Elektronenbeschleunigern geeignet (Anspruch 11). Die Maßnahmen gemäß der Erfindung und gemäß den vorteilhaften Ausgestaltungen können nicht nur bei einem Linearbeschleuniger (Anspruch 12), sondern beispielsweise auch bei einem Zyklotron, einem Betatron, einem Van-de-Graaff-Beschleuniger oder einem Tandembeschleuniger angewendet werden.The inventive device for generating Bremsstrahlung and their advantageous embodiments are suitable for a variety of electron accelerators (claim 11). The measures according to the invention and according to the advantageous embodiments can be applied not only to a linear accelerator (claim 12), but also for example to a cyclotron, a betatron, a Van de Graaff accelerator or a tandem accelerator.

Ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteter Linearbeschleuniger umfasst somit eine evakuierte Beschleunigerröhre (Beschleunigerstruktur), die wenigstens einen Hohlraumresonator, eine stirnseitige Eingangsöffnung und eine stirnseitige Ausgangsöffnung aufweist. Der Linearbeschleuniger umfasst weiterhin eine an der Eingangsöffnung angeordnete Elektronenquelle und eine an der Ausgangsöffnung angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10. Die von der Elektronenquelle erzeugten Elektronen werden innerhalb der Beschleunigerröhre beschleunigt und erzeugen beim Auftreffen auf das Bremsstrahlungstarget 16 Bremsstrahlung.A linear accelerator equipped with the device according to the invention thus comprises an evacuated accelerator tube (accelerator structure) which has at least one cavity resonator, an end-side inlet opening and an end-side outlet opening. The linear accelerator further comprises an electron source disposed at the input port and a brake radiation generating device disposed at the output port according to at least one of claims 1 to 10. The electrons generated by the electron source are accelerated within the accelerator tube and generate upon striking the Bremsstrahlung target 16 Bremsstrahlung.

Nachfolgend werden zwei schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:In the following two schematically illustrated embodiments of the invention will be described the drawing explained in more detail, but without being limited thereto. Show it:

1 einen Linearbeschleuniger gemäß Stand der Technik mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung, 1 a linear accelerator according to the prior art with a device for generating Bremsstrahlung,

2 einen Linearbeschleuniger gemäß einem weiteren Stand der Technik mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung, 2 a linear accelerator according to a further prior art with a device for generating Bremsstrahlung,

3 einen Linearbeschleuniger mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung, 3 a linear accelerator with an embodiment of a device according to the invention for generating Bremsstrahlung,

4 eine Detaildarstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung ohne Ring, 4 a detailed representation of a device for generating Bremsstrahlung without ring,

5 eine Detaildarstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung mit Ring, 5 a detailed representation of a device for generating Bremsstrahlung with ring,

6 eine Darstellung der Temperaturverteilung in einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung mit einem Aspektverhältnis der Targetronde von 5:1, 6 a representation of the temperature distribution in a first embodiment of the device according to the invention for the generation of Bremsstrahlung with an aspect ratio of Targetronde of 5: 1,

7 eine Darstellung der Temperaturverteilung in einer zweiten Ausführungsform erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung mit einem Aspektverhältnis der Targetronde von 3:1. 7 a representation of the temperature distribution in a second embodiment of the invention device for the production of Bremsstrahlung with an aspect ratio of the Targetronde of 3: 1.

In 1 ist ein Linearbeschleuniger 1 gemäß der Offenlegungsschrift DE 29 26 823 A1 dargestellt. Der Linearbeschleuniger 1 umfasst eine evakuierte Beschleunigerröhre 2, die aus einer vorgegebenen Zahl von Hohlraumresonatoren 3 aufgebaut ist. In der evakuierten Beschleunigerröhre 2 werden Elektronen zu einem Elektronenstrahl 4 fokussiert und beschleunigt.In 1 is a linear accelerator 1 according to the disclosure DE 29 26 823 A1 shown. The linear accelerator 1 includes an evacuated accelerator tube 2 consisting of a given number of cavity resonators 3 is constructed. In the evacuated accelerator tube 2 electrons become an electron beam 4 focused and accelerated.

Der Elektronenstrahl 4 trifft nach dem Verlassen der Beschleunigerröhre 2 auf eine Vorrichtung 5 zur Erzeugung von Bremsstrahlung. Die Vorrichtung 5 umfasst ein Bremsstrahlungstarget 6, das aus einem Material mit einer hohen Kernladungszahl (z. B. Wolfram) besteht. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls 4 auf das Bremsstrahlungstarget 6 wird Bremsstrahlung erzeugt.The electron beam 4 hits after leaving the accelerator tube 2 on a device 5 for generating Bremsstrahlung. The device 5 includes a Bremsstrahlung target 6 which is made of a material having a high atomic number (eg tungsten). Upon impact of the electron beam 4 on the Bremsstrahlung target 6 Bremsstrahlung is generated.

Das Bremsstrahlungstarget 6 ist in einem Träger 7 montiert, der aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht (z. B. Kupfer). Das Bremsstrahlungstarget 6 ist – wie in 4 dargestellt – an den Mantelflächen und/oder der Grundfläche stoffschlüssig mit dem Träger 7 verbunden. Damit soll eine möglichst gute Wärmeanbindung des Bremsstrahlungstargets 6 an den Träger 7 erzielt werden.The Bremsstrahlung target 6 is in a carrier 7 mounted, which consists of a material with a high thermal conductivity (eg copper). The Bremsstrahlung target 6 is - as in 4 shown - on the lateral surfaces and / or the base cohesively with the carrier 7 connected. This is intended to ensure the best possible heat connection of the Bremsstrahlung target 6 to the carrier 7 be achieved.

Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 5 ist weiterhin im Träger 7 eine Kühleinrichtung angeordnet, die einen Kühlkanal 8 umfasst, der um das Bremsstrahlungstarget 6 herum verläuft. Im Kühlkanal 8 zirkuliert ein flüssiges Kühlmedium 9. Damit handelt es sich bei der Kühlung des Bremsstrahlungstargets 6 um eine indirekte Kühlung.At the in 1 illustrated device 5 is still in the carrier 7 a cooling device arranged, which has a cooling channel 8th which is around the Bremsstrahlung target 6 runs around. In the cooling channel 8th circulates a liquid cooling medium 9 , This is the cooling of the Bremsstrahlung target 6 for an indirect cooling.

In 2 ist ein Linearbeschleuniger 1 gemäß der Patentschrift US 5,757,885 dargestellt. Der Linearbeschleuniger 1 umfasst eine evakuierte Beschleunigerröhre 2, die aus einer vorgebbaren Anzahl von Hohlraumresonatoren 3 aufgebaut ist. In der evakuierten Beschleunigerröhre 2 werden Elektronen zu einem Elektronenstrahl 4 fokussiert und beschleunigt.In 2 is a linear accelerator 1 according to the patent US 5,757,885 shown. The linear accelerator 1 includes an evacuated accelerator tube 2 consisting of a predeterminable number of cavity resonators 3 is constructed. In the evacuated accelerator tube 2 electrons become an electron beam 4 focused and accelerated.

Der Elektronenstrahl 4 trifft nach dem Verlassen der Beschleunigerröhre 2 über ein Elektronenaustrittsfenster 10 auf eine Vorrichtung 11 zur Erzeugung von Bremsstrahlung. Die Vorrichtung 11 umfasst ein Bremsstrahlungstarget 12, das aus einem Material mit einer hohen Kernladungszahl (z. B. Wolfram) besteht. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls 4 auf das Bremsstrahlungstarget 12 wird Bremsstrahlung erzeugt.The electron beam 4 hits after leaving the accelerator tube 2 via an electron exit window 10 on a device 11 for generating Bremsstrahlung. The device 11 includes a Bremsstrahlung target 12 which is made of a material having a high atomic number (eg tungsten). Upon impact of the electron beam 4 on the Bremsstrahlung target 12 Bremsstrahlung is generated.

Die Vorrichtung 11 ist von einem flüssigen Kühlmedium 9 umströmt.The device 11 is from a liquid cooling medium 9 flows around.

Das Bremsstrahlungstarget 12 ist als rotierendes Target ausgebildet und innerhalb des flüssigen Kühlmediums 9 auf einer asymmetrisch zur Strahlachse verlaufenden Drehachse 14 gelagert. In diesem Fall liegt somit eine direkte Kühlung des Bremsstrahlungstargets 12 vor.The Bremsstrahlung target 12 is designed as a rotating target and within the liquid cooling medium 9 on an axis of rotation extending asymmetrically to the beam axis 14 stored. In this case, there is thus a direct cooling of Bremsstrahlungstargets 12 in front.

Durch die Zirkulation des Kühlmediums 9 innerhalb der Vorrichtung 11 wird das Bremsstrahlungstarget 12 in Rotation versetzt. Das Bremsstrahlungstarget 12 weist hierzu an seiner Mantelfläche eine in 2 nicht dargestellte zahnradartige Struktur auf. Während des Betriebs des Linearbeschleunigers 1 wird das Bremsstrahlungstarget 12 an allen Außenflächen vom Kühlmedium 9 umströmt. Da das Bremsstrahlungstarget 12 vollständig im Kühlmedium 9 angeordnet ist, durchstrahlt die erzeugte Bremsstrahlung vor dem Austritt aus dem Linearbeschleuniger 1 das in der Vorrichtung 11 zirkulierende Kühlmedium 9 zumindest teilweise.By the circulation of the cooling medium 9 within the device 11 becomes the Bremsstrahlung target 12 set in rotation. The Bremsstrahlung target 12 has this on its lateral surface a in 2 not shown gear-like structure. During operation of the linear accelerator 1 becomes the Bremsstrahlung target 12 on all external surfaces of the cooling medium 9 flows around. Because the Bremsstrahlung target 12 completely in the cooling medium 9 is arranged, radiates the generated Bremsstrahlung before exiting the linear accelerator 1 that in the device 11 circulating cooling medium 9 at least partially.

Der in 3 dargestellte Linearbeschleuniger 1, umfasst wiederum eine evakuierte und aus wenigstens einem Hohlraumresonator 3 bestehende Beschleunigerröhre 2 und ist mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung ausgestattet. In der evakuierten Beschleunigerröhre 2 werden Elektronen zu einem Elektronenstrahl 4 fokussiert und beschleunigt.The in 3 shown linear accelerator 1 , in turn, comprises an evacuated and at least one cavity resonator 3 existing accelerator tube 2 and is equipped with an embodiment of a device according to the invention for generating Bremsstrahlung. In the evacuated accelerator tube 2 electrons become an electron beam 4 focused and accelerated.

Der Elektronenstrahl 4 trifft nach dem Verlassen der Beschleunigerröhre 2 auf eine Vorrichtung 15 zur Erzeugung von Bremsstrahlung. Die Vorrichtung 15 umfasst ein Bremsstrahlungstarget 16, das aus einem Material mit einer hohen Kernladungszahl (z. B. Wolfram) besteht. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls 4 auf das Bremsstrahlungstarget 16 wird Bremsstrahlung erzeugt. The electron beam 4 hits after leaving the accelerator tube 2 on a device 15 for generating Bremsstrahlung. The device 15 includes a Bremsstrahlung target 16 which is made of a material having a high atomic number (eg tungsten). Upon impact of the electron beam 4 on the Bremsstrahlung target 16 Bremsstrahlung is generated.

Das Bremsstrahlungstarget 16 ist erfindungsgemäß in einem Träger 17 eingebettet. Der Träger 17 ist an der Umfangsfläche 18 von einem Ring 19 umschlossen. Das Material des Ringes 19 besitzt hierbei einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Trägers 17.The Bremsstrahlung target 16 is in a carrier according to the invention 17 embedded. The carrier 17 is on the peripheral surface 18 from a ring 19 enclosed. The material of the ring 19 in this case has a smaller thermal expansion coefficient than the material of the carrier 17 ,

Durch die erfindungsgemäße Einbettung des Bremsstrahlungstargets 16 in den Träger 17 stehen sowohl die Mantelfläche als auch die Grundfläche des Bremsstrahlungstargets 16 mit dem Träger 17 in Kontakt. Der Kontakt ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise durch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt. Dadurch ist eine gute Wärmeanbindung des Bremsstrahlungstargets 16 an den Träger 17 gewährleistet.Due to the embedding of Bremsstrahlungstargets invention 16 in the carrier 17 stand both the lateral surface and the base of Bremsstrahlungstargets 16 with the carrier 17 in contact. The contact is made in the illustrated embodiment in an advantageous manner by a cohesive connection. This is a good heat connection of Bremsstrahlungstargets 16 to the carrier 17 guaranteed.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Bremsstrahlungstarget 16 vollständig im Träger 17 eingebettet. Durch diese Maßnahme erhält man einen maximalen Flächenkontakt zwischen Bremsstrahlungstarget 16 und Träger 17, wodurch die Wärmeanbindung des Bremsstrahlungstargets 16 an den Träger 17 maximiert wird.At the in 3 illustrated embodiment, the Bremsstrahlungstarget 16 completely in the vehicle 17 embedded. By this measure, one obtains a maximum surface contact between Bremsstrahlungstarget 16 and carriers 17 , whereby the heat connection of Bremsstrahlungstargets 16 to the carrier 17 is maximized.

Das Bremsstrahlungstarget 16 besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen Kernladungszahl, beispielsweise Wolfram (W, Z = 74).The Bremsstrahlung target 16 is preferably made of a material having a high atomic number, for example tungsten (W, Z = 74).

Der Träger 17, in dem das Bremsstrahlungstarget 16 eingebettet ist, besteht demgegenüber aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer (Cu, Z = 29).The carrier 17 in which the Bremsstrahlung target 16 is embedded, in contrast, consists of a material with a high thermal conductivity, eg. As copper (Cu, Z = 29).

Weitere Materialien mit einer hohen Wärmleitfähigkeit, die deshalb als Material für den Träger 17 geeignet sind, sind beispielsweise Gold (Au, Z = 79), Silber (Ag, Z = 47), Aluminium (Al, Z = 13) oder Legierungen, z. B. Kupferlegierungen.Other materials with a high thermal conductivity, therefore, as a material for the carrier 17 are suitable, for example, gold (Au, Z = 79), silver (Ag, Z = 47), aluminum (Al, Z = 13) or alloys, for. B. copper alloys.

Der Ring 19, der den Träger 17 an seiner Mantelfläche 18 umschließt, besteht vorzugsweise aus Molybdän (Mo, Z = 42) oder einer Metall-Legierung, die Eisen (Fe, Z = 26), Nickel (Ni, Z = 28) und Kobalt (Co, Z = 27) enthält. Bei einer derartigen Metall-Legierung handelt es sich in vorteilhafter Weise um den Werkstoff Nr. 1.3981, der ca. 53 Gew.-% Eisen (Fe) und ca. 29 Gew.-% Nickel (Ni) sowie ca. 17 Gew.-% Kobalt (Co) enthält und z. B. unter den Markennamen Vacon^® oder Kovar^® bekannt ist. Alternative Materialien für den Ring 19 sind Wolfram oder Wolfram-Legierungen.The ring 19 who is the carrier 17 on its lateral surface 18 is preferably made of molybdenum (Mo, Z = 42) or a metal alloy containing iron (Fe, Z = 26), nickel (Ni, Z = 28) and cobalt (Co, Z = 27). In such a metal alloy is advantageously the material no. 1.3981, the about 53 wt .-% iron (Fe) and about 29 wt .-% nickel (Ni) and about 17 wt. % Cobalt (Co) contains and z. B. under the brand names Vacon ^® or Kovar ^{® is} known. Alternative materials for the ring 19 are tungsten or tungsten alloys.

Dadurch, dass bei der Vorrichtung 15 der Träger (z. B. aus Kupfer) erfindungsgemäß an der Umfangsfläche 18 (Mantelfläche) von einem Ring 19 (z. B. aus Molybdän oder Werkstoff Nr. 1.3.981) umschlossen ist, dessen Material einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten (α_Mo = 5,0·10^–6/K) besitzt als das Material des Trägers 17 (α_Cu = 16,8·10^–6/K), wird sichergestellt, dass bei den im Betrieb auftretenden Erwärmungen des Trägers 17 keine unerwünschten Zugspannungen an den Mantelflächen 18 des Bremsstrahlungstargets 16 auftreten. Vielmehr werden bei der erfindungsgemäßen Lösung durch den Ring 19 im Wesentlichen nur Druckspannungen an den Mantelflächen 18 des Trägers 17 ausgeübt. Durch den Ring 19 wird der Träger 17 somit daran gehindert, nachteilige Zugspannungen auf das Bremsstrahlungstarget 16 auszuüben.Because of that in the device 15 the support (eg of copper) according to the invention on the peripheral surface 18 (Lateral surface) of a ring 19 (eg made of molybdenum or material no. 1.3.981), whose material has a smaller thermal expansion coefficient (α _Mo = 5.0 · 10 ^-6 / K) than the material of the carrier 17 (α _Cu = 16.8 × 10 ^-6 / K), it is ensured that during the heating occurring during operation of the carrier 17 no undesirable tensile stresses on the lateral surfaces 18 the Bremsstrahlung target 16 occur. Rather, in the solution according to the invention by the ring 19 essentially only compressive stresses on the lateral surfaces 18 of the carrier 17 exercised. Through the ring 19 becomes the carrier 17 thus preventing adverse tensile stresses on the Bremsstrahlung target 16 exercise.

Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung weist das Bremsstrahlungstarget 16 die Form einer Ronde auf. Im Rahmen der Erfindung ist für das Bremsstrahlungstarget 16 jedoch auch eine Vielzahl anderer Formen realisierbar.At the in 3 shown embodiment, the Bremsstrahlungstarget 16 the shape of a round plate. In the context of the invention is for the Bremsstrahlungstarget 16 However, a variety of other forms feasible.

Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung 15 zur Erzeugung von Bremsstrahlung ein flüssiges Kühlmedium 9. Die Vorrichtung 15 bildet damit wiederum eine Kühleinrichtung.At the in 3 illustrated embodiment includes the device 15 for generating Bremsstrahlung a liquid cooling medium 9 , The device 15 in turn forms a cooling device.

Bei der Vorrichtung 15 sind das Bremsstrahlungstarget 16, der Träger 17 und der Ring 19 untereinander stoffschlüssig verbunden und der Träger 17 weist wenigstens eine Kontaktfläche auf, die von einem Kühlmedium 9 umströmt ist. Bei der Vorrichtung 15 zur Erzeugung von Bremsstrahlung kommt das Bremsstrahlungstarget 16 nicht dem Kühlmedium 9 in Berührung, so dass eine mögliche chemische Wechselwirkung zwischen dem Bremsstrahlungstarget 16 und dem Kühlmedium 9 zuverlässig verhindert wird.In the device 15 are the Bremsstrahlung target 16 , the carrier 17 and the ring 19 materially connected to each other and the carrier 17 has at least one contact surface of a cooling medium 9 flows around. In the device 15 to generate Bremsstrahlung comes the Bremsstrahlungstarget 16 not the cooling medium 9 in contact, allowing a possible chemical interaction between the Bremsstrahlung target 16 and the cooling medium 9 reliably prevented.

Die Kontaktfläche zum Kühlmedium 9 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kühlrippe 22 auf. Abhängig von den konstruktiven Möglichkeiten können auch mehrere Kühlrippen vorgesehen sein.The contact surface to the cooling medium 9 has a cooling fin in the illustrated embodiment 22 on. Depending on the design options, several cooling fins may be provided.

4 zeigt im Schnitt eine Detaildarstellung einer bekannten Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung. Bei der Vorrichtung 5 gemäß dem Stand der Technik ist das Bremsstrahlungstarget 6 im Träger 7 eingebettet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient α_Träger des Trägers 7 (z. B. Kupfer) ist deutlich größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient α_Träger des Bremsstrahlungstargets 6 (z. B. Wolfram). 4 shows in section a detailed representation of a known device for generating Bremsstrahlung. In the device 5 According to the prior art, the Bremsstrahlungstarget 6 in the carrier 7 embedded. The thermal expansion coefficient α _{carrier of} the carrier 7 (eg, copper) is significantly larger than the coefficient of thermal expansion α _carrier Bremsstrahlungstargets 6 (eg tungsten).

Es gilt also: α_Träger >> α_Träger. The following applies: α _carrier >> α _carrier .

Bei einer Erwärmung dehnt sich somit der Träger 7 wesentlich stärker aus als das Bremsstrahlungstarget 6. Der Träger 7 übt dadurch auf die Mantelflüche des Bremsstrahlungstargets 6 große, radial nach außen gerichtete Zugspannungen auf (durch Pfeile symbolisiert). Derartige Zugspannungen sind unerwünscht, da diese Rissbildungen im Bremsstrahlungstarget 6 fördern.When heated, thus the carrier expands 7 much stronger than the Bremsstrahlungstarget 6 , The carrier 7 thereby exerts on the mantle curses of the Bremsstrahlung target 6 large, radially outwardly directed tensile stresses (symbolized by arrows). Such tensile stresses are undesirable because these cracks in Bremsstrahlungstarget 6 promote.

Bei dem in 5 dargestellten Design ist das Bremsstrahlungstarget 16 wiederum im Träger 17 eingebettet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient α_Träger des Trägers 17 (z. B. Kupfer) ist wiederum deutlich größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient α_Target des Bremsstrahlungstargets 16 (z. B. Wolfram).At the in 5 The design shown is the Bremsstrahlung target 16 again in the carrier 17 embedded. The thermal expansion coefficient α _{carrier of} the carrier 17 (For example, copper) is in turn significantly larger than the thermal expansion coefficient α _target Bremsstrahlungstargets 16 (eg tungsten).

Erfindungsgemäß ist der Träger 17 jedoch an der Umfangsfläche 18 von einem Ring 19 umschlossen, wobei der Ring 19 (z. B. Molybdän) einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten α_Ring besitzt als der Träger 17.According to the invention, the carrier 17 however, on the peripheral surface 18 from a ring 19 enclosed, with the ring 19 (eg, molybdenum) has a smaller thermal expansion coefficient α _ring than the carrier 17 ,

Somit gilt für die erfindungsgemäße Lösung: α_Ring << α_Träger >> α_Target; für eine besonders bevorzugte Lösung ist α_Ring ≈ α_Target. Thus, for the solution according to the invention: α _ring << α _carrier >> α _target ; for a particularly preferred solution α _ring ≈ α _target .

Bei einer Erwärmung wird der Träger 17 trotz einem gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Bremsstrahlungstargets 16 wesentlich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten an einer Ausdehnung radial nach außen gehindert. Es liegt somit eine mechanische Begrenzung der thermischen Ausdehnung des Trägers 17 vor. Auf den Träger 17 und damit auch auf das Bremsstrahlungstarget 16 wirken keine nachteiligen Zugspannungen. Der Träger 17 kann damit auf die Mantelfläche des Bremsstrahlungstargets 16 keine radial nach außen gerichteten Zugspannungen ausüben (durch Doppelpfeile symbolisiert). Damit treten keine unerwünschten Zugspannungen auf, die zu Rissbildungen im Bremsstrahlungstarget 16 führen würden.Upon heating, the carrier becomes 17 despite one versus the coefficient of thermal expansion of the Bremsstrahlung target 16 significantly greater thermal expansion coefficient prevented from expanding radially outward. There is thus a mechanical limitation of the thermal expansion of the carrier 17 in front. On the carrier 17 and thus also on the Bremsstrahlung target 16 do not affect adverse tensile stresses. The carrier 17 can thus on the lateral surface of Bremsstrahlungstargets 16 do not apply any radially outward tensile stresses (symbolized by double arrows). Thus, no unwanted tensile stresses occur, leading to cracking in Bremsstrahlungstarget 16 would lead.

In 6 und in 7 ist jeweils eine Temperaturverteilung für zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Bremsstrahlung dargestellt. Bei beiden Ausgestaltungen bestehen die Bremsstrahlungstargets 16 jeweils aus Wolfram und sind rondenförmig ausgebildet. Die Bremsstrahlungstargets 16 sind jeweils in einem Träger 17 aus Kupfer eingebettet, die durch ein Kühlmedium 9 gekühlt werden. Der Ring 19, der den Träger 17 an der Umfangsfläche 18 umschließt (3, 5) ist in der Temperaturverteilung nicht dargestellt.In 6 and in 7 in each case a temperature distribution for two different embodiments of the device according to the invention for the generation of Bremsstrahlung is shown. In both embodiments, the Bremsstrahlungstargets exist 16 each made of tungsten and are formed rondenförmig. The Bremsstrahlung targets 16 are each in a carrier 17 embedded in copper, passing through a cooling medium 9 be cooled. The ring 19 who is the carrier 17 on the peripheral surface 18 encloses ( 3 . 5 ) is not shown in the temperature distribution.

Das in 6 gezeigte Bremsstrahlungstarget 16 weist einen Durchmesser von 5 mm und eine Höhe (Dicke) von 1 mm auf (Aspektverhältnis 5:1). Demgegenüber weist das in 7 dargestellte Bremsstrahlungstarget 16 einen Durchmesser von 3 mm und wiederum eine Höhe von 1 mm auf (Aspektverhältnis 3:1).This in 6 shown brake radiation target 16 has a diameter of 5 mm and a height (thickness) of 1 mm (aspect ratio 5: 1). In contrast, the in 7 shown brake radiation target 16 a diameter of 3 mm and again a height of 1 mm (aspect ratio 3: 1).

Beim Auftreffen des Elektronenstrahls 4 entstehen sowohl bei der in 6 als auch bei der in 7 dargestellten Ausführungsform im Bremsstrahlungstarget 16 Temperaturen T von über 1.000°C, die innerhalb des Bremsstrahlungstargets 16 zunächst auf etwa 750°C und dann auf ca. 500°C abkühlen.Upon impact of the electron beam 4 arise both at the in 6 as well as at the 7 illustrated embodiment in Bremsstrahlungstarget 16 Temperatures T of over 1,000 ° C, within the Bremsstrahlung target 16 first to about 750 ° C and then to about 500 ° C cool.

Aufgrund der guten Wärmeanbindung, die aus der Einbettung des Bremsstrahlungstargets 16 in den Träger 17 resultiert, und aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von λ_Cu = 400 W/(m·K) des Trägermaterials Kupfer, wird die vom Elektronenstrahl 4 in das Bremsstrahlungstarget 16 eingebrachte Wärmeenergie durch hohen Wärmefluss gut auf den Träger 17 übertragen.Due to the good heat connection resulting from the embedding of the Bremsstrahlung target 16 in the carrier 17 results, and due to the good thermal conductivity of λ _Cu = 400 W / (m · K) of the carrier material copper, that of the electron beam 4 into the Bremsstrahlung target 16 introduced heat energy due to high heat flow well on the carrier 17 transfer.

Die im Bremsstrahlungstarget 16 erzeugte Bremsstrahlung ist hierbei so hochenergetisch, dass sie das Kühlmedium 9 nahezu ungeschwächt durchstrahlt.The in Bremsstrahlungstarget 16 Bremsstrahlung generated here is so high energy that it is the cooling medium 9 irradiated almost unchecked.

Dadurch, dass das Bremsstrahlungstarget 16 als Targetronde ausgebildet und einem Aspektverhältnis von 1:1 angenähert ist, indem man das Aspektverhältnis nicht größer als 5:1 auslegt, wird die Wärmeabführung an den Mantelflächen durch einen höheren Temperaturgradienten verbessert. Hierdurch wird die Wegstrecke der Wärmeleitung in der Targetronde 16 (Bremsstrahlungstarget) verkürzt. Da der Träger 17 gegenüber der Targetronde 16 bei den Ausführungsbeispielen gemäß 6 und gemäß 7 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann die Wärme so aus dem Bremsstrahlungstarget 16 noch besser abgeführt und auf ein größeres Volumen im Träger 17 verteilt werden.Because of the Bremsstrahlung target 16 formed as Targetronde and an aspect ratio of 1: 1 is approximated by the aspect ratio not greater than 5: 1 interprets, the heat dissipation is improved at the lateral surfaces by a higher temperature gradient. As a result, the distance of the heat conduction in Targetronde 16 (Brake radiation target) shortened. As the carrier 17 opposite the Targetronde 16 in the embodiments according to 6 and according to 7 has a higher thermal conductivity, the heat from the Bremsstrahlung target 16 even better dissipated and on a larger volume in the carrier 17 be distributed.

Der Temperaturgradient in der Targetronde 16 (Mantelfläche gegenüber Zentrum) gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist kleiner als bei der in 6 gezeigten Ausführungsform. Bei Ausführungsform gemäß 6 beträgt der Temperaturunterschied ΔT zwischen dem Zentrum der Targetronde 16 (T = 1.000°C) und der Mantelfläche der Targetronde 16 (T = 100°C) ca. 900°C. Demgegenüber beträgt bei der Ausführungsform gemäß 7 der Temperaturunterschied ΔT zwischen dem Zentrum der Targetronde 16 (T = 1.000°C) und der Mantelfläche der Targetronde 16 (T = 300°C) etwa 700°C. Hierdurch kommt es zu deutlich geringeren thermomechanischen Spannungen innerhalb der Targetronde 16.The temperature gradient in the Targetronde 16 (Lateral surface opposite center) according to the in 7 illustrated embodiment is smaller than in in 6 shown embodiment. In accordance with embodiment 6 the temperature difference ΔT is between the center of the target drum 16 (T = 1,000 ° C) and the lateral surface of Targetronde 16 (T = 100 ° C) about 900 ° C. In contrast, in the embodiment according to 7 the temperature difference ΔT between the center of the Targetronde 16 (T = 1,000 ° C) and the lateral surface of Targetronde 16 (T = 300 ° C) about 700 ° C. This leads to significantly lower thermo-mechanical stresses within the Targetronde 16 ,

Weiterhin spielt die absolute Wärmeausdehnung des Bremsstrahlungstargets 16 eine wesentliche Rolle. Hierbei geht auch der absolute Durchmesser der Targetronde 16 mit ein.Furthermore, the absolute thermal expansion of Bremsstrahlungstargets plays 16 an essential role. Here is also the absolute diameter of Targetronde 16 with a.

Für die Längenausdehnung Δl gilt Δl = l₀·α·ΔT, für die Volumenausdehnung ΔV gilt ΔV = V₀·3α·ΔT, wobei mit α der Wärmeausdehnungskoeffizient bezeichnet ist.For the length expansion Δl applies Δl = l ₀ · α · ΔT, applies to the volume expansion ΔV ΔV = V ₀ × 3α × ΔT, where α denotes the thermal expansion coefficient.

Ein kleinerer Durchmesser führt somit zu einer geringeren Wärmeausdehnung und damit zu geringeren thermomechanischen Spannungen innerhalb der Targetronde 16.A smaller diameter thus leads to a lower thermal expansion and thus to lower thermo-mechanical stresses within the Targetronde 16 ,

Somit sind bei den in 6 und in 7 dargestellten Ausgestaltungen die absoluten Temperaturunterschiede innerhalb der Targetronde 16 geringer, wodurch geringere thermomechanische Spannungen, welche die Ursache für Rissbildungen sind, auftreten.Thus, at the in 6 and in 7 Embodiments illustrated the absolute temperature differences within the Targetronde 16 lower, whereby lower thermo-mechanical stresses, which are the cause of cracking, occur.

Claims

Device for generating bremsstrahlung with a Bremsstrahlung target ( 16 ) stored in a carrier ( 17 ) and is coolable by a cooling device, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ) in the carrier ( 17 ) and the carrier ( 17 ) on the peripheral surface ( 18 ) of a ring ( 19 ), the ring ( 19 ) has a smaller thermal expansion than the carrier ( 17 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ) by cohesive connection in the carrier ( 17 ) is held.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ) on the lateral surfaces completely in the carrier ( 17 ) is embedded.

Device according to claim 1, characterized in that the thermal expansion coefficient (α _ring ) of the material of the ring is approximately equal to the thermal expansion coefficient (α _target ) of the material of the Bremsstrahlung _target ( 16 ) corresponds.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ), the carrier ( 17 ) and the ring ( 19 ) are interconnected materially and the carrier ( 17 ) has at least one contact surface which is separated from a cooling medium ( 9 ) is flowed around.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the contact surface to the cooling medium ( 9 ) at least one cooling fin ( 22 ) having.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ) has the shape of a round blank.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ) has an aspect ratio between about 5: 1 and optimally 1: 1.

Device according to claim 1, characterized in that the value of the thermal expansion coefficient (α _ring ) of the material of the ring ( 19 ) 0.2 times to 0.8 times the value of the thermal expansion coefficient (α _target ) of the material of the carrier ( 17 ) is.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the Bremsstrahlungstarget ( 16 ) is suitable for electrons with an energy of greater than 1 MeV.

An electron accelerator characterized by a device according to at least one of claims 1 to 10.

An electron accelerator according to claim 11, characterized in that the electron accelerator is a linear accelerator.