DE102021121570A1

DE102021121570A1 - Vorrichtung, Verfahren und System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre

Info

Publication number: DE102021121570A1
Application number: DE102021121570.6A
Authority: DE
Inventors: Yuan Zhou; Shang Bin Nong; Xi Peng Nie
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2022-02-24
Also published as: CN111982394A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre. Die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Pulsspannungsversorgungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine positive Pulsspannung an eine Anode einer zu messenden Röntgenröhre anzulegen, um einen Strom, der sich aus der Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und verbleibenden Gasmolekülen ergibt, zu erzeugen; eine Messschaltungseinheit, die ein Abtastmodul umfasst, das an die Kathode angeschlossen und dazu eingerichtet ist, die Größe des Stroms zu messen; und eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die gemessene Größe des Stroms mit einer apriorischen Ionenstrom-Vakuumgrad-Referenzkurve zu vergleichen und somit den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln. So wird eine zerstörungsfreie Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit ermöglicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet medizinischer Geräte, insbesondere eine Technik zur Messung des Vakuumgrads innerhalb einer Röntgenröhre.
STAND DER TECHNIK
Bei einer Röntgenröhre handelt es sich um eine Vakuumröhre, die die Eingabe einer Stromversorgung in Röntgenstrahlen umwandelt. Steuerbare Quellen nutzbarer Röntgenstrahlen tragen zu der Schaffung einer neuen radioaktiven bildgebenden Technik bei, bei der also eine Bildgebung eines teilweise nicht transparenten Gegenstands mittels transmittierenden Strahlen erfolgt. Im Gegensatz zu anderen Quellen ionisierender Strahlung werden Röntgenstrahlen erst nach Bestromen einer Röntgenröhre erzeugt. Röntgenröhren finden breite Anwendung auf den Gebieten Computertomographie-Anlagen (CT), Röntgenbeugungsanlagen, medizinischer Röntgenbildgebungsanlagen und industrieller Fehlererkennung. Durch den ständig wachsenden Bedarf an hochleistungsfähigen CT-Scananlagen und Angiographie-Systemen wird die Entwicklung leistungsstarker Röntgenröhren für medizinische Anwendungen vorangetrieben.
Die Vakuumröhre, die in einer Röntgenröhre verwendet wird, umfasst einen Kathodendraht zum Emittieren von Elektronen in das Vakuum und eine Anodenröhre zum Empfangen der emittierten Elektronen, womit in der Röntgenröhre ein Elektronenstrom, der als Strahlbündel bezeichnet wird, erzeugt wird. Eine Hochspannungsstromversorgung, die eine sogenannte Röhrenspannung bereitstellt, ist zwischen der Anode und dem Kathodendraht angeschlossen, um die Elektronen zu beschleunigen. Die Röhrenspannung liegt in der Regel zwischen 30 und 200 kV.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre muss die äußere Struktur der Röntgenröhre zerstört werden und nach dem Evakuieren eines Röhrenkerns der Röntgenröhre eine Leckstellenerkennung an dem Röhrenkern erfolgen. Wenn keine Leckstelle erkannt ist, dann muss die Röntgenröhre erneut evakuiert und abgedichtet werden. Dazu werden kompliziertere Schritte erfordert. Zur zerstörungsfreien Messung wird bei üblichen Verfahren der Vakuumgrad über elektrischen Hochfrequenzfunk qualitativ gemessen. Bei einem Verfahren mittels der elektrischen Funken wird der Vakuumgrad durch Beobachten der Fluoreszenzfarbe der elektrischen Funken innerhalb des Röhrenkerns der Röntgenröhre bei einer hohen Spannung mit bloßen Augen festgestellt, weshalb das Vakuumniveau innerhalb der Röntgenröhre nur grob geschätzt werden kann. Des Weiteren ist die Anwendbarkeit lediglich auf einen Niedervakuumbereich und auf Röntgenröhrenprodukte mit einem transparenten Glasgehäuse beschränkt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Diesbezüglich wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre bereitgestellt, womit der Vakuumgrad innerhalb einer Röntgenröhre genau und zerstörungsfrei gemessen werden kann. Die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre umfasst: eine Pulsspannungsversorgungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine positive Pulsspannung an eine Anode einer zu messenden Röntgenröhre anzulegen, um einen Strom, der sich aus der Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und verbleibenden Gasmolekülen ergibt, zu erzeugen; eine Messschaltungseinheit, die ein Abtastmodul umfasst, das dazu eingerichtet ist, die Größe des Stroms an der Kathode zu messen; und eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die gemessene Größe des Stroms mit einer apriorischen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve zu vergleichen und somit den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln.
Die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre umfasst optional ferner: eine Spuleneinheit, die eine Erregerspule umfasst, die zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet ist und in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung ein Magnetfeld anlegt, sodass die freien geladenen Teilchen unter Einwirkung einer Lorentzkraft eine Spiralbewegung innerhalb eines geschlossenen Bereichs zwischen der Kathode und der Anode ausführen.
Optional ist vorgesehen, dass bei der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre die Pulsbreite der Pulsspannung zwischen 20 und 100 ms und die Spannung zwischen 8 und 15 kV liegt.
Optional ist vorgesehen, dass bei der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre die Pulsspannungsversorgungseinheit ferner einen Pulsmodulator zum Erzeugen der Pulsspannung umfasst.
Optional ist vorgesehen, dass bei der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre die Messschaltungseinheit ferner einen Verstärker umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein zum Strom zugehöriges Signal zu verstärken, wobei das Abtastmodul dazu eingerichtet ist, das verstärkte Signal abzutasten, um einen diskreten Stromwert des Stroms zu erhalten.
Optional ist vorgesehen, dass bei der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre die Messschaltungseinheit ferner eine erste Stromversorgung und das Abtastmodul ein Amperemeter umfasst, wobei die erste Stromversorgung mit dem Abtastmodul verbunden und dazu eingerichtet ist, das Abtastmodul mit Strom zu versorgen, wobei die erste Stromversorgung so eingerichtet ist, dass sie mindestens von der Pulsspannungsversorgungseinheit elektromagnetisch isoliert ist.
Optional ist vorgesehen, dass bei der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre das von der Erregerspule angelegte Magnetfeld eine magnetische Flussdichte von 0,2 T bis 0,3 T aufweist.
Die Spuleneinheit der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre umfasst optional ferner eine zweite Stromversorgung, die mit der Erregerspule verbunden ist und die Erregerspule mit Strom versorgt.
Die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre umfasst optional ferner eine Schutzschaltung, die einen Schalter umfasst, der mindestens jeweils an die Pulsspannungsversorgungseinheit und einen Stromeingang der zweiten Stromversorgung angeschlossen ist, um das Ein- und Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit und der zweiten Stromversorgung auszulösen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre bereitgestellt. Das Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre umfasst: Anlegen einer positiven Spannung an eine Anode einer zu messenden Röntgenröhre mittels einer Pulsspannungsversorgung, um einen Strom, der sich aus der Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und verbleibenden Gasmolekülen ergibt, zu erzeugen; und Anlegen eines Magnetfelds zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung und Vergleichen der gemessenen Größe des Stroms mit einer apriorischen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve, um den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre bereitgestellt. Das System zur Messung des Vakuumgrads umfasst: die oben beschriebene Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre und eine Röntgenröhre, die eine Kathode, eine Anode und einen Gehäuseabschnitt, der die Kathode und die Anode abdichtet, umfasst.
Vorzugsweise umfasst das System zur Messung des Vakuumgrads ferner einen Schutzschrank, der dazu eingerichtet ist, die Röntgenröhre und die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre aufzunehmen, wobei der Schutzschrank eine Schutzschranktür, die als Sicherheitsschalter des Systems dient, aufweist, wobei der Sicherheitsschalter an einen Schutzstromkreis angeschlossen ist, der ein Relais umfasst, das mindestens jeweils an die Pulsspannungsversorgungseinheit und einen Stromeingang einer zweiten Stromversorgung, die mit einer Erregerspule verbunden ist und die Erregerspule mit Strom versorgt, angeschlossen ist, wobei das Relais dazu eingerichtet ist, beim Öffnen der Schutzschranktür das Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit und der zweiten Stromversorgung auszulösen und beim Schließen der Schutzschranktür das Einschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit und der zweiten Stromversorgung auszulösen, wobei die Erregerspule zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet ist und in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung ein Magnetfeld anlegt.
Bei der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach der vorliegenden Offenbarung liegt ein Vorteil darin, dass durch Anlegen einer Pulsspannung mit einer bestimmten Hochspannung und einer bestimmten Pulsbreite an die Anode einer zu messenden Röntgenröhre eine Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre und Molekülen des verbleibenden dünnen Gases stattfindet, wodurch ein beobachtbarer Ionenstrom erzeugt wird. Somit wird eine kostengünstige und zerstörungsfreie Messung des Vakuumgrads innerhalb der Röntgenröhre erreicht.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass die verbleibenden freien geladenen Teilchen, indem durch die Spuleneinheit ein Magnetfeld in Querrichtung zwischen der Anode und der Kathode der Röntgenröhre angelegt wird, unter Einwirkung einer Lorentzkraft eine Spiralbewegung zwischen den beiden Elektroden ausführen, wodurch der Bewegungsweg der freien geladenen Teilchen verlängert und die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes zwischen den freien geladenen Teilchen und den verbleibenden Gasmolekülen erhöht wird, was wiederum für erhöhte Messbarkeit des Ionenstroms zur sensitiven Detektion einer winzigen Änderung des Ionenstroms, verbesserte Empfindlichkeit der Messung, reduzierte technische Anforderungen an die Hochspannung und die Pulsbreite, die durch die Pulsspannungsversorgungseinheit bereitgestellt wird, und somit für verringerte Entwurfsschwierigkeit sorgt. Somit kann ein Vakuumgrad von 10^-4 Pa bis 10^-1 Pa, nämlich in einem Bereich von 10^-6 mbar bis 10^-3 mbar, gemessen werden.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass die Vorrichtung, das Verfahren und das System zur Messung des Vakuumgrads bei der Qualitätsüberwachung der alltäglichen Produktion verwendet werden können, um in einer frühen Phase einen Produktfehler zu erkennen und das Verursachen zahlreicher Nachbearbeitungszeit und verschrotteter Materialien beim Nacharbeiten infolge des Gelangens mangelhafter Produkte zu nachgeschalteten Arbeitsschritten zu vermeiden. Dies sorgt für erhöhte Produktionseffizienz und gesparte Kosten.
Figurenliste
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben, so dass die vorgeschriebenen und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung den Fachleuten auf diesem Gebiet deutlicher werden. Darin zeigen

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel,
2 ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem anderen Ausführungsbeispiel,
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel,
4 ein Blockdiagramm eines Systems zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel,
5 einen Schaltplan der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Darstellung einer Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum besseren Verständnis der technischen Merkmale, der Aufgaben und der Auswirkungen der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf konkrete Ausführungsformen der Erfindung näher eingegangen, wobei in den einzelnen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile stehen.
In der Beschreibung bedeutet „schematisch“ Verwendung als Ausführungsbeispiele, Beispiele oder Erläuterung. Die in der Beschreibung „schematisch“ erläuterten Figuren und Ausführungsformen sollen nicht als bevorzugtere technische Lösung oder technische Lösung mit mehr Vorteilen ausgelegt werden.
Zugunsten der Übersichtlichkeit der Darstellung sind in den jeweiligen Zeichnungen lediglich die zur Erfindung zugehörigen Teile schematisch gezeigt, die nicht die tatsächliche Struktur des jeweiligen Produkts darstellen. Des Weiteren ist bei einigen Zeichnungen zugunsten der Übersichtlichkeit der Darstellung zum besseren Verständnis nur eines der Teile mit gleichem Aufbau oder gleicher Funktion schematisch dargestellt oder mit Bezugszeichen versehen.
Hierbei bedeutet „ein(e)“ nicht „nur ein(e)“ und vielmehr ist „mehr als ein(e)“ denkbar. Hierbei dienen die Begriffe „erste“, „zweite“ usw. lediglich zur Unterscheidung voneinander und weisen keineswegs auf u.a. die jeweilige Wichtigkeit, Reihenfolge oder Voraussetzung für das Vorhandensein in Bezug aufeinander hin.
Die Betriebsleistung einer Röntgenröhre steht in engem Zusammenhang mit den Parametern der Vakuumumgebung ihrer Vakuumröhre. Bei der Herstellung und der Verwendung einer Röntgenröhre stellt ein unzureichendes Vakuum der Röntgenröhre ein übliches Fehlerszenario dar. Durch einen unzureichenden Vakuumgrad wird die Produktleistung erheblich beeinträchtigt und somit könnten Funkenbildung, Oxidation innerer Teile, verkürzte Lebensdauer und selbst Ausfall verursacht werden, sodass das Produkt verschrottet werden muss. Insbesondere bei versiegelter Röntgenröhre kann durch eine Technik zur zerstörungsfreien, genauen Messung des inneren Vakuumgrads das Nacharbeiten oder das Verschrotten der Röntgenröhre in vielen Fällen vermieden werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre bereit, bei der durch Anlegen eines Magnetfelds zwischen einer Kathode und einer Anode der Röntgenröhre der Bewegungsweg der Elektronen zwischen der Vakuumröhre verlängert und durch Messen eines Ionenstroms, der nach einer Ionisation infolge eines Zusammenstoßes zwischen einem Teil der freien geladenen Ionen, die im Restgas in der Vakuumröhre der Röntgenröhre vorhanden sind, und Molekülen des verbleibenden dünnen Gases innerhalb der Vakuumröhre erzeugt wird, mittels eines Messkreises die Größe eines messbaren Ionenstroms ermittelt wird, wobei durch Vergleichen mit einer Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve der Vakuumgrad der Röntgenröhre ermittelt werden kann. Mit einem derartigen Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre kann der Vakuumgrad einer Röntgenröhre zerstörungsfrei, schnell und genau gemessen werden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel.
Wie sich aus 1 ergibt, umfasst die Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre: eine Pulsspannungsversorgungseinheit 101, die dazu eingerichtet ist, eine positive Pulsspannung an die Anode einer zu messenden Röntgenröhre anzulegen, um einen Strom, der sich aus einer Ionisation infolge eines Zusammenstoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und verbleibenden Gasmolekülen ergibt, zu erzeugen; eine Messschaltungseinheit 102, die ein Abtastmodul 1021 umfasst, wobei das Abtastmodul 1021 dazu eingerichtet ist, die Größe des elektrischen Stroms an der Kathode zu messen; und eine Verarbeitungseinheit 104, die dazu eingerichtet ist, die gemessene Größe des Stroms mit einer apriorischen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve zu vergleichen und somit den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln.
Durch Anlegen einer Pulsspannung an die Anode der zu messenden Röntgenröhre kann zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre ein starkes elektrisches Feld (ein elektrostatisches Feld) angelegt werden. Das starke elektrische Feld kann von der Anode zu der Kathode der Röntgenröhre hin zeigen. Unter Einwirkung des starken elektrischen Felds findet eine Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in dem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und Molekülen des verbleibenden dünnes Gases während einer Bewegung in dem elektrischen Feld statt, wodurch Elektronen und Ionen und somit ein elektrischer Strom erzeugt werden. Je niedriger der Vakuumgrad innerhalb der Röntgenröhre ist, desto höher ist die Anzahl an Molekülen dünnen Gases innerhalb der Röntgenröhre, sodass mehr Elektronen und Ionen durch den Stoß zwischen den geladenen Teilchen und den Gasmolekülen erzeugt werden, was für einen größeren elektrischen Strom sorgt.
Es sei darauf hinzuweisen, dass die Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve im Voraus unter Verwendung mehrerer Röntgenröhren mit verschiedenen Vakuumgradwerten als zu messende Röntgenröhre ermittelt werden kann, wobei die Röntgenröhren bestimmte Vakuumgradwerte aufweisen. Durch Anlegen einer positiven Pulsspannung an die Röntgenröhren mittels der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre und durch Messen der Größe des elektrischen Stroms der Röntgenröhren kann eine apriorische Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve als Referenzkurve ermittelt werden. Des Weiteren werden diskrete Stromwerte, die durch einen Stoß zwischen freien geladenen Teilchen und verbleibenden Gasmolekülen erzeugt werden, bei mehreren Röntgenröhren mit verschiedenen Vakuumgradwerten gemessen und zum Erhalten einer kontinuierlichen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve kann mittels u.a. eines Anpassungsalgorithmus und eines Interpolationsalgorithmus eine kontinuierliche Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve ermittelt werden. Bei der Verwendung der Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve kann anhand des gemessenen Stromwerts ein entsprechender Vakuumgradwert gefunden werden, womit der Vakuumgrad der Röntgenröhre bestätigt wird. Diesbezüglich liegt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Einschränkung vor.
Das Abtastmodul 1021 kann durch Abtasten eines Stromsignals die Größe des elektrischen Stroms, insbesondere einen diskreten Wert des elektrischen Stroms, messen.
Die Verarbeitungseinheit 104 kann einen Speicher umfassen, der eine Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve speichern kann. Des Weiteren kann die Verarbeitungseinheit ferner eine Anzeigeeinrichtung 1041 umfassen. Die Anzeigeeinrichtung 1041 kann einen Vakuumgradwert, der dem gemessenen Stromwert der Röntgenröhre entspricht, anzeigen. Des Weiteren kann die Anzeigeeinrichtung 1041 ferner dazu eingerichtet sein, den gemessenen Stromwert der Röntgenröhre anzuzeigen. Hierbei kann die Verarbeitungseinheit 104 u.a. ein Ein-Chip-Computer oder eine zentrale Mikroprozessoreinheit (MCU) sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt keine Einschränkung vor.
2 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem anderen Ausführungsbeispiel.
Wie aus 2 zu entnehmen ist, ist gemäß einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass zum Erhöhen der Wahrscheinlichkeit eines Stoßes zwischen den verbleibenden freien geladenen Teilchen innerhalb der Röntgenröhre und den verbleibenden Gasmolekülen und somit zum Verlängern des Bewegungsweges der freien geladenen Teilchen in der Röntgenröhre die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre ferner umfasst: eine Spuleneinheit 103, die eine Erregerspule umfasst, die zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet ist und in eine quer zu der Anode verlaufenden und zu der Kathode hin zeigende Richtung ein Magnetfeld anlegt, sodass die freien geladenen Teilchen sowie die Elektronen und die Ionen, die durch eine Ionisation der Gasmoleküle erzeugt werden, unter Einwirkung des Magnetfelds eine Spiralbewegung innerhalb eines Vakuumröhrenbereichs zwischen der Kathode und der Anode ausführen. Dabei fließt der erzeugte elektrische Strom von der Anode zu der Kathode.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Spuleneinheit eine Erregerspule 1031 umfassen. Die Erregerspule 1031 legt in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung ein Magnetfeld an, sodass die freien geladenen Teilchen unter Einwirkung einer Lorentzkraft eine Spiralbewegung innerhalb eines Vakuumbereichs der Röntgenröhre ausführen. Des Weiteren kann das von der Erregerspule 1031 angelegte Magnetfeld so verstanden werden, dass es gleichzeitig quer zu der Bewegungsrichtung der freien geladenen Teilchen unter Einwirkung des elektrostatischen Felds verläuft. Somit wird unter Einwirkung des von der Erregerspule 1031 angelegten Magnetfelds die Wahrscheinlichkeit eines Stoßes zwischen den geladenen Teilchen und den Gasmolekülen erhöht und somit ein vollständiger Stoß zwischen den geladenen Teilchen und den Gasmolekülen innerhalb der Röntgenröhre erreicht, womit der Ist-Strom ermittelt und der Vakuumgrad innerhalb der Röntgenröhre genauer widergespiegelt werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen können mehrere Erregerspulen 1031 vorgesehen sein, die einander gegenüberliegend zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet sein können, um in eine quer zu der elektrischen Stromrichtung verlaufende Richtung ein Magnetfeld anzulegen. Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung liegt darin, dass somit die Anforderung an die Spannung und die Pulsbreite der durch die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 angelegten Pulsspannung reduziert, ein klareres Stromsignal ermöglicht, eine verbesserte Störfestigkeit erzielt und eine einfachere und genauere Messung des Ist-Stroms verwirklicht wird.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann zum Anlegen eines geeigneten starken elektrischen Felds zwischen der Anode und der Kathode der Röntgenröhre durch die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 vorgesehen sein, dass die Pulsbreite der Pulsspannung zwischen 20 und 100 ms und die Spannung zwischen 8 und 15 kV liegt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 ferner einen Pulsmodulator zum Modulieren der erzeugten Pulsspannung. Durch den Pulsmodulator kann die Pulsspannung so moduliert werden, dass die Pulsbreite zwischen 20 und 100 ms und die Spannung zwischen 8 und 15 kV liegt.
Da das zum Strom zugehörige Signal, der durch eine Ionisation infolge eines Stoßes zwischen den freien geladenen Teilchen im Restgas innerhalb der Röntgenröhre und den Molekülen des verbleibenden dünnen Gases erzeugt wird, eine schwache Stärke aufweist, ist gemäß einigen Ausführungsbeispielen zum Erhöhen der Messempfindlichkeit vorgesehen, dass die Messschaltungseinheit 102 ferner einen Verstärker 1024 umfasst. Der Verstärker 1024 ist dazu eingerichtet, das zum Strom zugehörige Signal zu verstärken. Das Abtastmodul 1021 ist dazu eingerichtet, das verstärkte Signal zu erfassen, um einen diskreten Stromwert, der im Zusammenhang mit dem Strom steht, zu erhalten.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Messschaltungseinheit 102 durch eine separate Stromversorgung mit Strom versorgt werden, um den Wert des elektrischen Stroms durch die Messschaltungseinheit 102 zu messen und eine Störung eines Pulsspannungs- und eines Hochspannungssignals beim Abtasten des Stroms und beim Messen des Stromwerts zu vermeiden, womit die Genauigkeit und die Robustheit des gemessenen Stroms erhöht werden. Dazu umfasst die Messschaltungseinheit 102 ferner eine erste Stromversorgung 1022 und das Abtastmodul 1021. Die erste Stromversorgung 1022 ist mit dem Abtastmodul 1021 verbunden und dazu eingerichtet, das Abtastmodul 1021 mit Strom zu versorgen. Dabei ist die erste Stromversorgung 1022 so eingerichtet, dass sie mindestens von der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 elektromagnetisch isoliert ist. Das Abtastmodul 1021 umfasst ein Amperemeter 1023 zum Messen des Stroms an der Kathode. Dazu kann die erste Stromversorgung 1022 in einem elektromagnetisch abgeschirmten Gehäuse angeordnet sein, um eine Signalstörung der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 im Hochspannungsbereich zu vermeiden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen weist das von der Erregerspule 1031 angelegte Magnetfeld eine magnetische Flussdichte von 0,2 T bis 0,3 T auf, um somit zu erzielen, dass die Erregerspule 1031 ein Magnetfeld mit einer geeigneten magnetischen Flussdichte erzeugt und die freien geladenen Teilchen im Restgas der Röntgenröhre beim Bewegen in der Röntgenröhre sich entlang einer spiralförmigen Bewegungsspur bewegen, wodurch eine völlige Ionisation infolge einer erhöhten Wahrscheinlichkeit des Stoßes zwischen den freien geladenen Teilchen und den Gasmolekülen bewirkt wird, um den Vakuumgrad der Röntgenröhre wahrheitsgetreu widerzuspiegeln.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist zum Erzeugen eines Magnetfelds mit einer geeigneten magnetischen Flussdichte durch die Erregerspule 1031 vorgesehen, dass die Erregerspule 1031 mit einer bestimmten Spannung versorgt wird, die also u.a. in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds und der Windungszahl der Erregerspule 1031 bestimmt werden kann. Dazu umfasst die Spuleneinheit 103 ferner eine zweite Stromversorgung 1032, die mit der Erregerspule 1031 verbunden ist und die Erregerspule 1031 mit Strom versorgt. Die zweite Stromversorgung 1032 kann einen geeigneten und stabilen Spannungswert bereitstellen der ungefähr zwischen 100 V und 1.000 V liegen kann. Daher soll die Erregerspule 1031 separat durch die zweite Stromversorgung 1032 mit Strom versorgt werden.
Da die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und die zweite Stromversorgung 1032 bei einem hohen Spannungswert arbeiten und somit eine bestimmte Gefahr darstellen, umfasst die Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre gemäß einigen Ausführungsbeispielen optional ferner eine Schutzschaltung 105, wobei die Schutzschaltung 105 mindestens einen Schalter 1051 umfassen kann, wobei der Schalter 1051 so eingerichtet ist, dass er mindestens jeweils an die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und einen Stromeingang der zweiten Stromversorgung 1032 angeschlossen ist, um das Ein- und Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 auszulösen. Zum Auslösen der Ausschaltung der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 können eine bestimmte Auslösebedingung und ein bestimmtes Szenario vorgesehen sein. Es kann beispielsweise der Fall sein, dass beim Messen des Vakuumgrads der zu messenden Röntgenröhre festgestellt wird, dass bei einer offenen Umgebung durch die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 eine positive Pulsspannung an die Anode der zu messenden Röntgenröhre und/oder durch die zweite Stromversorgung 1032 eine bestimmte Hochspannung an die Erregerspule 1031 angelegt wird. Dabei kann das Auslösen der Ausschaltung und der Einschaltung des Schalters 1051 über ein Relais erreicht werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ferner ein Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre bereitgestellt.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel.
Wie sich aus 3 ergibt, umfasst das Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre:

S201: Anlegen einer positiven Pulsspannung an eine Anode einer zu messenden Röntgenröhre mittels einer Pulsstromversorgung, um einen Strom, der sich aus einer Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und Molekülen des verbleibenden dünnen Gases ergibt, zu erzeugen.
S202: Anlegen eines Magnetfelds zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung.
S203: Vergleichen der gemessenen Größe des elektrischen Stroms mit einer apriorischen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve, um den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln.

Es sei darauf hinzuweisen, dass die Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve im Voraus unter Verwendung mehrerer Röntgenröhren mit verschiedenen Vakuumgraden als zu messende Röntgenröhre ermittelt werden kann, wobei die Röntgenröhren bestimmte Vakuumgradwerte aufweisen. Durch die obigen Schritte S201 bis S203 wird die Größe des elektrischen Stroms jeweils bei mehreren Röntgenröhren mit unterschiedlichen bekannten Vakuumgradwerten gemessen. Aufgrund einer an der Anode der Röntgenröhre angelegten positiven Pulsspannung wird ein starkes elektrisches Feld erzeugt, sodass sich die innerhalb der Röntgenröhre verbleibenden freien geladenen Teilchen unter Einwirkung des elektrischen Felds bewegen und durch eine Ionisation infolge eines Stoßes mit den verbleibenden Gasmolekülen den elektrischen Strom erzeugen. Durch Messen des Stromwerts wird anhand der entsprechenden bekannten Vakuumgradwerte eine apriorische Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve als Referenzkurve ermittelt/erstellt. Anhand der obigen diskreten Strom-Vakuumgrad-Werte wird mittels u.a. des Anpassungsalgorithmus und des Interpolationsalgorithmus eine kontinuierliche Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve erhalten. Hierbei wird auf eine ausführliche Beschreibung darüber verzichtet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ferner ein System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre bereitgestellt.
4 zeigt ein System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel.
Wie aus 4 zu entnehmen ist, umfasst das System 300 zur Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 eine Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 und die Röntgenröhre 301, die eine Kathode (Draht) 303, eine Anode 305 und einen Gehäuseabschnitt 307, der die Kathode und Anode verschließt, umfasst. Dabei kann die Kathode 303 einen Kathodendraht umfassen.
Dabei ist bei der Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 ein Pluspol der Pulsspannungsversorgungseinheit mit der Anode 305 der Röntgenröhre 301 verbunden, während ein Minuspol der Pulsspannungsversorgungseinheit mit der Kathode (Draht) 303 der Röntgenröhre 301 verbunden ist. Nach Versorgen der Anode 305 der Röntgenröhre 301 mit einer positiven Pulsspannung durch die Pulsspannungsversorgungseinheit wird zwischen der Kathode 303 und der Anode 305 der Röntgenröhre 301 ein starkes elektrisches Feld angelegt, sodass eine Ionisation infolge eines Stoßes zwischen den freien geladenen Teilchen, die im Restgas innerhalb der Röntgenröhre 301 vorhanden sind, und den verbleibenden Gasmolekülen stattfindet, wodurch Elektronen und Ionen erzeugt werden. Der somit erzeugte elektrische Strom fließt in Richtung der Kathode, sodass an der Kathode der elektrische Strom gemessen und somit durch Vergleichen/Suchen anhand der Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve der Vakuumgrad der Röntgenröhre 301 ermittelt werden kann.
Somit wird ohne Zerstörung der Röntgenröhre 301 mittels der an der Anode angelegten positiven Pulsspannung ein starkes elektrisches Feld zwischen der Kathode und der Anode innerhalb der Röntgenröhre angelegt, sodass eine Ionisation infolge eines Stoßes zwischen den freien geladenen Teilchen im Restgas und den verbleibenden Gasmolekülen stattfindet. Somit kann der Vakuumgrad der Röntgenröhre 301 allein durch Messen des Stromwerts, der sich aus der Ionisation ergibt, an der Anode der Röntgenröhre 301 ermittelt werden, was für große wirtschaftliche Vorteile sorgt. Des Weiteren liegt bei der obigen Messmethode keine Einschränkung hinsichtlich des Materials des Gehäuses der Röntgenröhre vor, wobei also das Material des Gehäuses u.a. Metall, Glas und Keramik, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, umfassen kann.
Gemäß einigen dargestellten Ausführungsbeispielen soll für die Pulsspannungsversorgungseinheit und die zweite Stromversorgung 1032 ein Sicherheitsschalter bereitgestellt werden, um die Benutzersicherheit während der Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 sicherzustellen. Dazu umfasst das System 300 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre ferner einen Schutzschrank, der dazu eingerichtet ist, die Röntgenröhre 301 und die Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre aufzunehmen, wobei der Schutzschrank eine Schutzschranktür, die als Sicherheitsschalter des Systems dient, aufweist. Dabei ist die Schutzschranktür an einen Schutzstromkreis angeschlossen, der einen Schalter 1051 umfasst. Der Schalter 1051 wirkt mindestens jeweils auf die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und einen Stromeingang der zweiten Stromversorgung 1032 ein. Der Schalter 1051 ist dazu eingerichtet, beim Öffnen der Schutzschranktür das Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 auszulösen und beim Schließen der Schutzschranktür das Einschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 auszulösen. Dabei entspricht das Öffnen der Schutzschranktür der Verbindung der Röntgenröhre 301 und der Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre, die innerhalb des Schutzschranks angeordnet sind, mit der Außenumgebung, während das Schließen der Schutzschranktür dem Verschließen des Schutzschranks gegen die Außenumgebung entspricht. Des Weiteren kann zum Sicherstellen der Verriegelung des Schutzschranks durch die Schutzschranktür während der Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 vorgesehen sein, dass der Schutzschrank ferner eine elektromagnetische Verriegelung (nicht dargestellt) umfasst, die auf die Schutzschranktür wirkt und dazu eingerichtet sein kann, ausgelöst zu werden und die Schutzschranktür zu verriegeln, um somit die Verriegelung des Schutzschranks sicherzustellen, wenn nach Auslösen der Einschaltung der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 durch den Schalter 1051 und nach Versorgen der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 mit einer Wechselspannung die Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre eine Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 startet. Dabei kann das Auslösen der Ausschaltung und der Einschaltung des Schalters 1051 ferner über ein Relais erreicht werden.
Des Weiteren können die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und das Stromeingangsende der zweiten Stromversorgung 1032 eine Wechselspannung von 220 V empfangen. Hierbei kann eine 220 V-Wechselspannung über einen Neutralleiter N und einen stromführenden Leiter L, die paarweise angeordnet sind, in die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und die zweite Stromversorgung 1032 eingespeist werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entfällt eine ausführliche Beschreibung darüber.
5 zeigt einen Schaltplan der Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel.
Wie aus 5 zu entnehmen ist, bilden die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und die Röntgenröhre 301, deren Vakuumgrad gemessen werden soll, einen Kreislauf. Konkret ist der Pluspol der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 an die Anode 305 der Röntgenröhre 301 angeschlossen, während der Minuspol der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 an die Kathode 303 der Röntgenröhre 301 angeschlossen ist. Durch Anlegen einer positiven Pulsspannung an die Anode 305 wird unter Einwirkung eines starken elektrischen Felds bewirkt, dass sich die freien geladenen Teilchen des Restgases innerhalb der Röntgenröhre 301 unter Einwirkung des elektrischen Felds in der Röntgenröhre 301 bewegen und infolge eines Stoßes mit den verbleibenden Gasmolekülen während der Bewegung eine Ionisation stattfindet. Durch die ionisierenden Teilchen wird ein beobachtbarer elektrischer Strom erzeugt, der zum Ermitteln des Vakuumgrads innerhalb der Röntgenröhre dient.
Darüber hinaus bilden die zweite Stromversorgung 1032, die Röntgenröhre 301, deren Vakuumgrad gemessen werden soll, und die Erregerspule 1031 einen anderen Kreislauf. Die zweite Stromversorgung 1032 kann über ein Stromkabel an die Erregerspule 1031 angeschlossen werden und eine bestimmte Hochspannung in die Erregerspule 1031 einspeisen. Konkret kann die Erregerspule 1031 zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet sein und in eine quer zu der Bewegungsrichtung der freien geladenen verlaufenden Richtung ein Magnetfeld anlegen, sodass die freien geladenen Teilchen unter Einwirkung des Magnetfelds eine Spiralbewegung innerhalb eines Bereichs der Kathode und der Anode ausführen. Hierbei können zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre 301 mehrere Erregerspulen 1031 einander gegenüberliegend angeordnet sein. Dazu kann die zweite Stromversorgung 1032 über mehrere Stromkabel eine Hochspannung in die jeweiligen Erregerspulen 1031 einspeisen. Die durch die zweite Stromversorgung 1032 bereitgestellte Hochspannung kann das Erzeugen eines Magnetfelds von 0,2 T bis 0,3 T von der Erregerspule 1031 bewirken, sodass durch einen vollständigen Stoß zwischen den freien geladenen Teilchen und den verbleibenden Gasmolekülen ein mit der Ionisation verbundener elektrischer Strom erzeugt wird, um somit eine genaue Messung des Vakuumgrads zu erreichen.
Des Weiteren kann die Messschaltungseinheit 102 an die Kathode 303 der zu messenden Röntgenröhre 301 angeschlossen sein, um über das Abtastmodul 1021 die Größe des beobachtbaren elektrischen Stroms, der durch die Ionisation infolge des Stoßes zwischen den freien geladenen Teilchen und den Gasmolekülen erzeugt wird, zu messen. Insbesondere wird über das Abtastmodul 1021 ein diskreter Stromwert des elektrischen Stroms erfasst. Hierbei umfasst das Abtastmodul 1021 ein Amperemeter 1023, und das Amperemeter 1023 kann an die Kathode der Röntgenröhre 301, damit in Reihe geschaltet, angeschlossen sein, um den Stromwert des elektrischen Stroms zu messen.
Darüber hinaus können die Schutzschaltung 105 und ein Schutzschrank, der die Röntgenröhre 301 und die Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre aufnimmt, einen Schutzkreislauf bilden. Gemäß einem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Schutzschaltung 105 an die Schutzschranktür angeschlossen sein, die als Sicherheitsschalter dienen kann, sodass das Öffnen und das Schließen der Schutzschranktür als Auslösebedingung dienen, um das Ein- und Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 durch die Schutzschaltung 105 zu bewirken und somit die Messsicherheit für den Benutzer sicherzustellen. Konkret kann die Schutzschaltung 105 mindestens einen Schalter 1051 umfassen. Der Schalter 1051 ist mindestens jeweils an die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und den Stromeingang der zweiten Stromversorgung 1032 angeschlossen, um das Ein- und Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 auszulösen. Des Weiteren wird beim Öffnen der Schutzschranktür das Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 ausgelöst. Des Weiteren kann zum Sicherstellen der Verriegelung des Schutzschranks durch die Schutzschranktür während der Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 vorgesehen sein, dass der Schutzschrank ferner eine elektromagnetische Verriegelung (nicht dargestellt) umfasst, die auf die Schutzschranktür wirkt und dazu eingerichtet sein kann, ausgelöst zu werden und die Schutzschranktür zu verriegeln, um somit die Verriegelung des Schutzschranks sicherzustellen, wenn nach Auslösen der Einschaltung der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 durch den Schalter 1051 und nach Versorgen der Pulsspannungsversorgungseinheit 101 und der zweiten Stromversorgung 1032 mit einer Wechselspannung die Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre eine Messung des Vakuumgrads der Röntgenröhre 301 startet. Dabei kann das Auslösen der Ausschaltung und der Einschaltung des Schalters 1051 ferner über ein Relais erreicht werden.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel.
Wie sich aus 6 ergibt, kann die Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve anhand einer Messung mehrerer Röntgenröhren mit verschiedenen Vakuumgraden durch die Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre erhalten werden. Konkret kann die Messumgebung der Vorrichtung 100 zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre wie folgt eingerichtet sein: Die Pulsspannungsversorgungseinheit 101 kann eine Pulsspannung mit einer Spannung von 8 bis 15 kV und einer Pulsbreite von 20 bis 100 ms bereitstellen. Die zweite Stromversorgung 1032 kann eine geeignete Spannung bereitstellen, die ungefähr bei 100 bis 1.000 V liegt, sodass die Erregerspule 1031 ein Magnetfeld von 0,2 T bis 0,3 T erzeugen kann.
Wie aus der Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve nach 6 zu entnehmen ist, liegt bei der vorstehenden Messbedingung eine genaue eindeutige Zuordnungsbeziehung zwischen dem Vakuumgrad in dem Bereich von 10^-7 mbar bis 10^-3 mbar und dem Stromwert vor, wobei der genau zugeordnete Stromwert in dem Bereich von 10 pA bis 10.000 pA liegt.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung wurden einzelne Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Schwerpunkten beschrieben. Für Teile, die in einem bestimmten Ausführungsbeispiel nicht ausführlich erläutert wurden, kann Bezug auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele genommen werden.
In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung versteht es sich, dass die offenbarten technischen Inhalte auf andere Weise verwirklicht werden können. Dabei wurden die vorstehenden Einrichtungs-Ausführungsbeispiele lediglich schematisch beschrieben. Beispielsweise die Unterteilung der Einheiten oder Module erfolgt lediglich nach ihren logischen Funktionen. Bei praktischer Verwirklichung kann die Unterteilung auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise lassen sich mehrere Einheiten oder Module oder Baugruppen miteinander kombinieren oder in ein anderes System integrieren. Alternativ dazu können einige Merkmale entfallen oder müssen nicht ausgeführt werden.
Darüber hinaus können einzelne Funktionseinheiten bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung in eine Verarbeitungseinheit oder ein Modul integriert werden, alternativ dazu physikalisch separat vorliegen oder auch je zu zweit oder mehr in eine Einheit oder ein Modul integriert werden. Die integrierten Einheiten oder Module lassen sich sowohl in Form von Hardware als auch als in Form von Softwarefunktion-Einheiten oder -Module verwirklichen.
Bisher wurden lediglich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet verschiedene Verbesserungen und Modifikationen ohne Verlassen des Prinzips der vorliegenden Anmeldung möglich sind, die ebenfalls als Schutzumfang der Anmeldung betrachtet werden sollen.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre
101: Pulsspannungsversorgungseinheit
102: Messschaltungseinheit
1021: Abtastmodul
1022: erste Stromversorgung
1023: Amperemeter
1024: Verstärker
103: Spuleneinheit
1031: Erregerspule
1032: zweite Stromversorgung
104: Verarbeitungseinheit
1041: Anzeigeeinrichtung
105: Schutzschaltung
1051: Schalter
300: System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre
301: Röntgenröhre
303: Kathode
305: Anode
307: Gehäuseabschnitt

Claims

Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Pulsspannungsversorgungseinheit (101), die dazu eingerichtet ist, eine positive Pulsspannung an eine Anode einer zu messenden Röntgenröhre anzulegen, um einen Strom, der sich aus der Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und verbleibenden Gasmolekülen ergibt, zu erzeugen, eine Messschaltungseinheit (102), die ein Abtastmodul (1021) umfasst, wobei das Abtastmodul (1021) dazu eingerichtet ist, die Größe des Stroms an der Kathode zu messen, und Größe des Stroms mit einer apriorischen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve zu vergleichen und somit den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst: eine Spuleneinheit (103), die eine Erregerspule (1031) umfasst, wobei die Erregerspule (1031) zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet ist und in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung ein Magnetfeld anlegt, sodass die freien geladenen Teilchen unter Einwirkung der Lorentzkraft eine Spiralbewegung innerhalb eines geschlossenen Bereichs zwischen der Kathode und der Anode ausführen.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pulsbreite der Pulsspannung zwischen 20 und 100 ms und die Spannung zwischen 8 und 15 kV liegt.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Pulsspannungsversorgungseinheit (101) ferner einen Pulsmodulator zum Erzeugen der Pulsspannung umfasst.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Messschaltungseinheit (102) ferner einen Verstärker umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein zum Strom zugehöriges Signal zu verstärken, und wobei das Abtastmodul (1021) dazu eingerichtet ist, das verstärkte Signal abzutasten, um einen Stromwert des Stroms zu erhalten.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Messschaltungseinheit (102) ferner eine erste Stromversorgung (1022) umfasst und das Abtastmodul (1021) ein Amperemeter (1023) umfasst, wobei die erste Stromversorgung (1022) mit dem Abtastmodul (1021) verbunden und dazu eingerichtet ist, das Abtastmodul (1021) mit Strom zu versorgen, wobei die erste Stromversorgung (1022) so eingerichtet ist, dass sie mindestens von der Pulsspannungsversorgungseinheit (101) elektromagnetisch isoliert ist.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 2-6, wobei das von der Erregerspule (1031) angelegte Magnetfeld eine magnetische Flussdichte von 0,2 T bis 0,3 T aufweist.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 2-7, wobei die Spuleneinheit (103) ferner umfasst: eine zweite Stromversorgung (1032), die mit der Erregerspule (1031) verbunden ist und die Erregerspule (1031) mit Strom versorgt.
Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst: eine Schutzschaltung (105), die einen Schalter umfasst, der mindestens jeweils an die Pulsspannungsversorgungseinheit (101) und einen Stromeingang der zweiten Stromversorgung (1032) angeschlossen ist, um das Ein- und Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit (101) und der zweiten Stromversorgung (1032) auszulösen.
Verfahren zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: Anlegen einer positiven Spannung an eine Anode einer zu messenden Röntgenröhre mittels einer Pulsspannungsversorgung, um einen Strom, der sich aus der Ionisation infolge eines Stoßes zwischen freien geladenen Teilchen, die in einem Restgas innerhalb der Röntgenröhre vorhanden sind, und verbleibenden Gasmolekülen ergibt, zu erzeugen; Anlegen eines Magnetfelds zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung; und Vergleichen der gemessenen Größe des Stroms mit einer apriorischen Strom-Vakuumgrad-Referenzkurve, um den Vakuumgrad der Röntgenröhre zu ermitteln.
System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Vorrichtung zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und eine Röntgenröhre (301), die eine Kathode (303), eine Anode (305) und einen Gehäuseabschnitt (307), der die Kathode (303) und die Anode (305) abdichtet, umfasst.
System zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Schutzschrank umfasst, der dazu eingerichtet ist, die Röntgenröhre (301) und die Vorrichtung (100) zur Messung des Vakuumgrads einer Röntgenröhre aufzunehmen, wobei der Schutzschrank eine Schutzschranktür, die als Sicherheitsschalter des Systems dient, aufweist, wobei die Schutzschranktür an einen Schutzstromkreis (105) angeschlossen ist, der einen Schalter umfasst, der mindestens jeweils an die Pulsspannungsversorgungseinheit und einen Stromeingang einer zweiten Stromversorgung, die mit einer Erregerspule verbunden ist und die Erregerspule mit Strom versorgt, angeschlossen ist, wobei der Schalter dazu eingerichtet ist, beim Öffnen der Schutzschranktür das Ausschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit und der zweiten Stromversorgung auszulösen und beim Schließen der Schutzschranktür das Einschalten der Pulsspannungsversorgungseinheit und der zweiten Stromversorgung auszulösen, und wobei die Erregerspule zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre angeordnet ist und in eine quer zu der Anode verlaufende und zu der Kathode hin zeigenden Richtung ein Magnetfeld anlegt.