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Hiermit in Beziehung stehende Anmeldung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das
US-Patent 6,215,852 B1 mit dem Titel „Thermal Energy Storage and Transfer Assembly”, die durch diese Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen wird.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Managementsysteme für thermische Energie in Elektronenstrahlen erzeugenden Vorrichtungen und insbesondere auf eine Einrichtung zum Kühlen eines Röntgenröhrenfensters.
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Hintergrund der Erfindung
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Es gibt ein kontinuierliches Bemühen, das Abtastvermögen von Röntgen-Bildgebungssystemen zu vergrößern. Dies gilt insbesondere in Computertomographie(CT)-Bildgebungssystemen. Kunden wünschen die Fähigkeit, längere Abtastungen bei höheren Leistungswerten auszuführen. Die Verlängerung in der Abtastzeit bei hohen Leistungswerten gestattet den Ärzten, CT Bilder und Konstruktionen in der Größenordnung von Sekunden zu sammeln anstatt von mehreren Minuten, wie es bei bisherigen CT Bildgebungssystemen der Fall ist. Obwohl die Erhöhung in der Bildgebungsgeschwindigkeit für verbesserte Bildgebungseigenschaften sorgt, bewirkt sie neue Einschränkungen und Erfordernisse für die Funktionsfähigkeit der CT Bildgebungssysteme.
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CT Bildgebungssysteme enthalten ein Gestell, das mit verschiedenen Geschwindigkeiten umläuft, um ein 360° Bild zu erzeugen. Das Gestell enthält eine Röntgenröhre, die einen großen Teil von der rotierenden Gestellmasse ausmacht. Die CT Röhre generiert Röntgenstrahlen über einem Vakuumspalt zwischen einer Kathode und einer Anode. Um die Röntgenstrahlen zu erzeugen, wird ein großes Spannungspotenzial über dem Vakuumspalt hervorgerufen, wodurch Elektronen in der Form von einem Elektronenbündel von der Kathode zu einem Ziel innerhalb der Anode emittiert werden können. Beim Freisetzen der Elektronen wird ein Glühfaden, der in der Kathode enthalten ist, bis zum Glühen erhitzt, indem ein elektrischer Strom hindurchgeleitet wird. Die Elektronen werden durch das hohe Spannungspotenzial beschleunigt und treffen auf das Ziel auf, wodurch sie abrupt verlangsamt werden, um Röntgenstrahlen zu emittieren. Das hohe Spannungspotenzial erzeugt eine große Wärmemenge in der Röntgenröhre, insbesondere in der Anode.
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Üblicherweise wird ein kleiner Teil der Energie innerhalb des Elektronenbündels in Röntgenstrahlen umgewandelt; die restliche Elektronenstrahlenergie wird in thermische Energie in der Anode umgewandelt. Die thermische Energie wird auf andere Komponenten in einem Vakuumbehälter der Röntgenröhre abgestrahlt und wird von dem Vakuumbehälter über ein Kühlfluid abgeleitet, das über eine äußere Oberfläche von dem Vakuumbehälter zirkuliert. Zusätzlich werden Elektronen in dem Elektronenbündel von der Anode zurückgestreut und treffen auf andere Komponenten in dem Vakuumbehälter auf, wodurch eine zusätzliche Erwärmung der Röntgenröhre bewirkt wird. Als eine Folge sind die Komponenten der Röntgenröhre hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer der Komponente und die Betriebssicherheit der Röntgenröhre verringert werden.
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Der Vakuumbehälter ist üblicherweise in einem Gehäuse eingeschlossen, das mit einem zirkulierenden, kühlenden Strömungsmittel (Fluid), wie beispielsweise dielektrisches Öl, gefüllt ist. Das Gehäuse trägt und schützt die Röntgenröhre und sorgt für eine Befestigung an einem Gestell von einem Computertomographie(CT)-System oder einer anderen Struktur. Weiterhin ist das Gehäuse mit Blei ausgekleidet, um für eine Streustrahlungsabschirmung zu sorgen. Das Kühlfluid erfüllt häufig zwei Aufgaben: Kühlung des Vakuumbehälters und Ausbildung einer Hochspannungsisolation zwischen den Anoden- und Kathodenverbindungen in der bipolaren Konfiguration.
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Die
US 6 438 208 B1 offenbart eine Anordnung von Röntgenstrahlen durchlässigen Fenstern mit einer Einfassung, wobei durch die Fenster und Teile der Einfassung ein Kühlkanal gebildet wird, durch den Kühlfluid fließt und die Einfassung und die Fensteranordnung kühlt. Das Kühlfluid nimmt Wärme durch Vorbeifließen an der Fensteroberfläche auf. Es werden verschiedene Strukturen des Kühlkanals vorgeschlagen, die zur Erhöhung der Oberfläche der Fensteranordnung und der Einfassung, an der das Kühlfluid vorbeifließt, dienen.
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Hohe Temperaturen an einer Grenzfläche zwischen dem Vakuumbehälter und einem durchlässigen Fenster in dem Gehäuse bewirken, dass das Kühlfluid siedet, was das Leistungsvermögen des Kühlfluids verschlechtern kann. In dem Fluid können sich Blasen bilden und diese bewirken Hochspannungsbögen über dem Fluid, wodurch das Isoliervermögen des Fluids verschlechtert wird. Ferner können die Blasen zu Bildartefakten führen, die Bilder schlechter Qualität zur Folge haben. Bekannte Kühlmethoden haben hauptsächlich auf einer schnellen Abfuhr thermischer Energie beruht, indem ein zirkulierendes Kühlmittel in Strukturen verwendet wird, die in dem Vakuumbehälter enthalten sind. Das Kühlfluid ist häufig ein spezielles Fluid zur Verwendung in dem Vakuumbehälter im Gegensatz zu dem Kühlfluid, das über die äussere Oberfläche von dem Vakuumbehälter zirkuliert.
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In der
DE 100 37 985 A1 wird ein Kühlen von Röntgenstrahlen durchlässigen Fenstern durch eine Vorrichtung mit Wärmerohren offenbart. Hier wird mindestens ein Wärmerohr in die Fenstereinfassung des Röntgenstrahlen durchlässigen Fensters eingebracht und somit eine mittelbare thermische Verbindung zwischen dem Wärmerohr und dem Fenster hergestellt. Das Wärmerohr kann von Fluid durchflossen werden, das zum Zweck des Kühlens zum Verdampfen gebracht wird und das die aufgenommene Wärmeenergie an Rippenstrukturen abgibt.
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In der
EP 0 991 106 A2 werden Schilde und Beschichtungen beschrieben, die den Elektroneneinfall auf das Röntgenstrahlen durchlässige Fenster vermindern sollen. Es werden ferner Vorrichtungen offenbart, um die Schilde zu kühlen. Außerdem wird eine Vorrichtung beschrieben, in der Kühlfluid zwischen zwei Röntgenstrahlen durchlässigen Fenstern hindurch an der Oberfläche der Fenster vorbeigeführt wird, um diese zu kühlen.
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Es sind andere Methoden vorgeschlagen worden, um rückwärts gestreute Elektronen elektromagnetisch zu lenken, so dass sie nicht auf das Röntgenfenster aufprallen, Diese Lösungen sorgen jedoch nicht für signifikante Werte der Energiespeicherung und -abfuhr. Aufgrund des natürlichen schlechten Wirkungsgrades der Röntgenstrahlerzeugung und dem Wunsch nach einem vergrösserten Röntgenfluss wird die Wärmelast erhöht, die abgeführt werden muss. Wenn die Leistung von Röntgenröhren weiterhin ansteigt, kann die Wärmeübertragungsrate auf das Kühlmittel die den Wärmefluss absorbierenden Fähigkeiten des Kühlmittels überschreiten.
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Es ist eine Speichervorrichtung für thermische Energie oder ein Elektronenkollektor, der mit einem Röntgenfenster gekoppelt ist, verwendet worden, um die rückwärts gestreuten Elektronen zwischen der Kathode und der Anode zu sammeln. Bei Verwendung dieser Vorrichtung müssen jedoch der Kollektor und das Fenster richtig gekühlt werden, um hohe Temperaturen und thermische Beanspruchungen zu verhindern, die das Fenster und Verbindungen zwischen dem Fenster und dem Kollektor beschädigen können. Eine hohe Temperatur an dem Fenster und dem Kollektor kann ein Sieden des Kühlmittels hervorrufen. Blasen aus dem siedenden Kühlmittel verdecken das Fenster und verringern dadurch die Bildqualität. Ferner hat ein siedendes Kühlmittel eine chemische Zersetzung des Kühlmittels und Schlammbildung auf dem Fenster zur Folge, was zu einer schlechten Bildqualität führt.
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Es ist auch eine Wärmetauscherkammer mit dem Elektronenkollektor verbunden worden, die einen Kühlkanal aufweist, der gestattet, dass Kühlmittel in dem Kanal über jede der vier Wände des Elektronenkollektors strömt. Obwohl die Wärmetauscherkammer bei der Kühlung des Elektronenkollektors hilft, ist es schwierig, sie auf effektive Art und Weise zu fertigen, aufgrund ihrer Komplexität und der großen Anzahl von Nähten bzw. Fugen, die jeweils richtig abgedichtet werden müssen. Weiterhin ist die Wärmetauscherkammer minimal wirksam beim Kühlen und Verhindern, dass sich Abscheidungen auf dem Röntgenröhrenfenster bilden. Für eine weitere Beschreibung des Elektronensammlers oder der Wärmetauscherkammer wird auf das
US-Patent 6,215,852 B1 hingewiesen.
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Es würde deshalb wünschenswert sein, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Kühlen eines Röntgenröhrenfensters zu schaffen und somit eine Röntgenröhre bereitzustellen, die eine erhöhte Abtastgeschwindigkeit und Leistung gestattet, relativ einfach in der Fertigung ist und ein Verschwimmen bzw. eine Unschärfe und Artefakte in einem rekonstruierten Bild minimiert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung stellt eine Einrichtung zum Kühlen eines Röntgenröhrenfensters bereit. Weiterhin wird eine Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung für eine Röntgenröhre geschaffen. Die Kühleinrichtung enthält einen Elektronenkollektorkörper, der mit einem Röntgenröhrenfenster verbunden ist und einen ersten Kühlmittelkreis aufweist. Der Kühlmittelkreis enthält einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass. Der Kühlmittelauslass richtet Kühlmittel an eine Oberfläche des Röntgenröhrenfensters, um auf das Röntgenröhrenfenster aufzuprallen und dieses zu kühlen. Das Kühlmittel wird von der Reflexionsfläche reflektiert, um auf das Röntgenröhrenfenster aufzuprallen und dieses zu kühlen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben der Röntgenröhre geschaffen.
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Die vorliegende Erfindung hat mehrere Vorteile gegenüber existierenden Röntgenröhren-Kühlsystemen. Einer der mehreren Vorteile der vorliegenden Erfindung ist der, dass sie eine Einrichtung zum Richten von Kühlmittel an einem Röntgenröhrenfenster bereitstellt. Indem das Kühlmittel an dem Röntgenröhrenfenster gerichtet wird, wird das Fenster auf effiziente Weise gekühlt, die Bildung von Abscheidungen auf dem Fenster wird minimiert und Abscheidungen werden weggewaschen, sobald sie geformt sind, und somit werden Unschärfen und Artefakte in einem rekonstruierten Bild minimiert.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Kühlmechanismus oder eine Rippentasche bereitgestellt wird, die auf wirksame Weise thermische Energie aus dem Kühlmittel entfernt. Die Rippentasche ist auf einer Kühlmittelseite von dem Elektronenkollektorkörper angeordnet und ist bei der Fertigung der vorliegenden Erfindung relativ einfach auszubilden.
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Weiterhin sorgt die vorliegende Erfindung für eine zusätzliche Röntgenröhren-Fensterkühlung über einen Hilfskühlkreis, der weiterhin eine erhöhte Abtastgeschwindigkeit und Betriebsleistung gestattet, während er in der Lage ist, das Röntgenröhrenfenster auf wirksame Weise zu kühlen.
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Die vorliegende Erfindung selbst wird mit begleitenden Vorteilen am besten verständlich unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren genommen wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung sollte nun auf die Ausführungsbeispiele Bezug genommen werden, die mit weiteren Einzelheiten in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend anhand von Beispielen der Erfindung beschrieben werden, wobei:
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1 ein schematisches Blockdiagramm von einem Mehrscheiben-CT-Bildgebungssystem ist, das eine Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;
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2 eine perspektivische Ansicht von einer Röntgenröhreneinrichtung ist, die die Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält;
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3 ein perspektivisches Schnittbild von einer Röntgenröhre ist, die die Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält;
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4 eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht von der Röntgenröhre ist, die die Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält;
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5 eine Draufsicht auf die Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
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6 eine Vorderansicht von der Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und
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7 ein logisches Fließbild ist, das ein Verfahren zum Betreiben einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
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Detaillierte Beschreibung von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird zwar in Bezug auf eine Einrichtung zum Kühlen eines Röntgenröhrenfensters in einem Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem beschrieben, die folgende Einrichtung und das Verfahren sind jedoch in der Lage, für verschiedene Zwecke angepasst zu werden, und sie sind nicht auf die folgenden Anwendungen beschränkt: MRI Systeme, CT Systeme, Radiotherapiesysteme, Durchleuchtungssysteme, Röntgen-Bildgebungssysteme, Ultraschall-Systeme, Gefäß-Bildgebungssysteme, Nuklear-Bildgebungssysteme, Magnetresonanz-Spektroskopiesysteme und andere bekannte Anwendungen.
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In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Betriebsparameter von Komponenten für ein konstruiertes Ausführungsbeispiel beschrieben. Diese speziellen Parameter und Komponenten sind als Beispiele angegeben und sind keinesfalls beschränkend gemeint.
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Weiterhin bezieht sich in der folgenden Beschreibung der Betriff „aufprallen” auf ein Objekt, das direkt mit einem anderen Objekt kollidiert. Beispielsweise prallt bekanntlich eine Elektronenstrahl auf ein Ziel von einer Anode in einer Röntgenröhre auf. Der Elektronenstrahl ist auf das Ziel gerichtet, und Elektronen in dem Strahl kollidieren mit dem Ziel. In ähnlicher Weise kann ein Kühlmittel auf eine Oberfläche gerichtet sein, um so mit der Oberfläche zu kollidieren. Das Kühlmittel ist auf eine Oberfläche gerichtet und kann von einer anderen Oberfläche reflektiert werden. Der Begriff „aufprallen” bezieht sich nicht auf ein Objekt, das einfach mit einem anderen Objekt in Kontakt kommt, wie beispielsweise ein Kühlmittel, das über eine Oberfläche von einem Objekt fließt.
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In 1 ist ein schematisches Blockdiagramm von einem Mehrscheiben-CT-Bildgebungssystem 10 gezeigt, das eine Röntgenröhrenfenster-Kühleinrichtung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Das Bildgebungssystem 10 enthält ein Gestell 12, das eine Röntgenröhreneinrichtung 14 und ein Detektorfeld 16 aufweist. Die Röntgenröhreneinrichtung 14 hat eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung oder eine Röntgenröhre 18. Die Röhre 18 projiziert ein Röntgenstrahlenbündel 20 in Richtung auf das Detektorfeld 16. Die Röhre 18 und das Detektorfeld 16 rotieren um einen betriebsmäßig verschiebbaren Tisch 22. Der Tisch 22 wird entlang einer z-Achse zwischen der Einrichtung 14 und dem Detektorfeld 16 verschoben, um eine wendelförmige Abtastung bzw. Scan auszuführen. Das Bündel 20 wird, nachdem es durch einen medizinischen Patienten 24 hindurchgetreten ist, der sich in einer Patientenbohrung 26 befindet, an dem Detektorfeld 16 detektiert, um Projektionsdaten zu generieren, die zum Ausbilden eines CT Bildes verwendet werden.
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Die Röhre 18 und das Detektorfeld 16 rotieren um eine Mittelachse 28. Das Bündel 20 wird von vielen Detektorelementen 30 empfangen. Jedes Detektorelement 30 generiert ein elektrisches Signal, das einer Intensität von einem auftreffenden Röntgenbündel entspricht. Wenn das Bündel 20 durch den Patienten 24 hindurchtritt, wird das Bündel 20 geschwächt. Die Drehung des Gestelles 12 und der Betrieb der Röhre 18 werden durch einen Regelmechanismus 32 geregelt. Der Regelmechanismus 32 enthält eine Röntgensteuerung 34, die Leistung und Steuersignale an die Röhre 18 liefert, und eine Gestellmotorsteuerung 36, die die Drehzahl und Position des Gestells 12 steuert. Ein Datengewinnungssystem (DAS) 38 sampelt analoge Daten von den Detektorelementen 30 und wandelt die analogen Daten in digitale Signale für eine anschließende Verarbeitung. Ein Bildrekonstruktor 40 empfängt gesampelte und digitalisierte Röntgendaten von der DAS 38 und führt eine Hochgeschwindigkeits-Bildrekonstruktion aus. Eine Hauptsteuerung oder ein Computer 42 speichert das CT Bild in einer Massenspeichervorrichtung 44.
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Der Computer 42 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einer Bedienungsperson über eine Bedienerkonsole 46. Ein Display 48 gestattet der Bedienungsperson, das rekonstruierte Bild und andere Daten aus dem Computer 42 zu beobachten. Die von der Bedienerperson gelieferten Befehle und Parameter werden von dem Computer 42 bei der Betätigung der DAS 38, der Röntgensteuerung 34 und der Gestellmotorsteuerung 36 verwendet. Zusätzlich betätigt der Computer 42 eine Tischmotorsteuerung 50, die den Tisch 22 verschiebt, um den Patienten 24 in dem Gestell 12 zu positionieren.
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Die Röntgensteuerung 34, die Gestellmotorsteuerung 36, die Bildrekonstruktor 40, der Computer 42 und die Tischmotorsteuerung 50 sind vorzugsweise Mikroprozesor-basiert, wie beispielsweise einen Computer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit, einem Speicher (RAM und/oder ROM) und zugeordneten Eingangs- und Ausgangsleitungen. Die Röntgensteuerung 34, die Gestellmotorsteuerung 36, der Bildrekonstruktor 40, der Computer 42 und die Tischmotorsteuerung 40 können ein Teil von einer zentralen Steuereinheit sein oder sie können alleinstehende Komponenten sein, wie es gezeigt ist.
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Es wird nun auf 2 Bezug genommen, in der eine perspektivische Ansicht von der Röntgenröhreneinrichtung 14 gezeigt ist, die eine Kühleinrichtung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. Die Röhreneinrichtung 14 enthält eine Gehäuseeinheit 52, die eine Kühlmittelpumpe 54, ein Anodenende 56, ein Kathodenende 58 und einen Mittelabschnitt 60 aufweist, der zwischen dem Anodenende 56 und dem Kathodenende 58 angeordnet ist und die Röntgenröhre 18 enthält. Die Röntgenröhre 18 ist in einer Fluidkammer 62 in einem mit Blei ausgekleideten Gehäuse 64 eingeschlossen. Die Kammer 62 ist üblicherweise mit einem Fluid bzw. Strömungsmittel gefüllt, wie beispielsweise einem dielektrischen Öl, aber es können auch andere Strömungsmittel einschließlich Wasser oder Luft benutzt werden. Das Fluid zirkuliert durch das Gehäuse 52, um die Röntgenröhre 18 zu kühlen, und es kann das Gehäuse 64 von den hohen elektrischen Ladungen innerhalb der Röntgenröhre 18 isolieren. Ein Radiator 68 für das Kühlfluid 66 ist an der einen Seite von dem Mittelabschnitt 60 angeordnet und kann Lüfter 70 und 72 aufweisen, die operativ mit dem Radiator 68 verbunden sind, um eine Kühlluftströmung über den Radiator 68 zu liefern. Eine Pumpe 54 ist vorgesehen, um das Fluid 66 durch das Gehäuse 52, durch den Radiator 68 und durch die Kühleinrichtung 11 umzuwälzen. Elektrische Verbindungen, die mit der Röntgenröhre 18 in Verbindung stehen, sind durch einen Anodenaufnehmer 74 und einen Kathodenaufnehmer 76 vorgesehen. Ein Gehäusefenster 78 ist für eine Emission von Röntgenstrahlen aus dem Gehäuse 64 vorgesehen.
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Es wird nun auf die 3 und 4 Bezug genommen, in denen perspektivische Schnittansichten von der Röntgenröhre 18 mit der Kühleinrichtung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. Die Röntgenröhre 18 enthält eine Drehanode 80 mit einem Ziel 62 und eine Kathodeneinrichtung 84, die in einem Vakuum in dem Behälter 86 angeordnet ist. Die Kühleinrichtung 11 ist zwischen der Anode 80 und der Kathode 84 angeordnet.
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Im Betrieb wird ein Elektronenbündel 90 durch die Mittelkammer 92 gerichtet und in Richtung auf die Anode 80 beschleunigt. Das Elektronenbündel 90 prallt auf einen Brennpunkt 94 auf dem Ziel 82 auf und erzeugt hochfrequente elektromagnetische Wellen oder Röntgenstrahlen 96 und Restenergie. Die Restenergie wird durch Komponenten in der Röntgenröhre 18 absorbiert. Die Röntgenstrahlen 96 werden durch das Vakuum hindurch in Richtung auf eine Apertur 100 in der Kühleinrichtung 11 gerichtet. Die Apertur 100 kollimiert Röntgenstrahlen 96 und verringert dadurch Strahlungsdosis, die von dem Patienten 24 empfangen wird.
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Die Restenergie enthält thermische Strahlungsenergie von der Anode 80 und kinetische Energie von rückgestreuten Elektronen 98, die von der Anode 80 abgelenkt werden. Die kinetische Energie wird beim Aufprall auf Komponenten in dem Behälter 86 in thermische Energie umgewandelt. Ein Teil von der kinetischen Energie wird durch die Kühleinrichtung 11 absorbiert und auf das darin zirkulierende Kühlmittel übertragen.
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In der Apertur bzw. Öffnung 100 ist ein Röntgenröhrenfenster 102 angeordnet, das aus einem Material gebildet ist, das einen effizienten Durchtritt von Röntgenstrahlen 96 gestattet. Das Fenster 102 ist mit der Kühleinrichtung 11 an einer Verbindungsstelle 104 hermetisch abgedichtet, wie beispielsweise durch Vakuumlöten oder Schweißen. Die Dichtung 104 dient dazu, das Vakuum in dem Behälter 86 aufrecht zu erhalten. Weiterhin ist ein Filter 106 zwischen der Anode 80 und dem Fenster 102 angeordnet, das in der Apertur 100 angebracht ist. Ähnlich dem Fenster 102 gestattet das Filter 106 den Durchtritt von diagnostischen Röntgenstrahlen 96. Somit erzeugt die Röntgenröhre 18 Restenergie und Röntgenstrahlen 96, die durch das Filter 106 und das Fenster 102 hindurch aus der Röntgenröhre 18 herausgerichtet sind.
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Es wird auf 4 und die 5 und 6 Bezug genommen, wo eine Vorderansicht und eine Seitenansicht der Kühleinrichtung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt sind. Die Kühleinrichtung 11 enthält einen Elektronenkollektorkörper 110 mit einem ersten Kühlmittelkreis 112. Der erste Kühlmittelkreis 112 enthält einen Kühlmitteleinlass 114, einen ersten Kanal 116, eine Rippentasche 118, einen zweiten Kanal 120 und einen Kühlmittelauslass 122. Kühlmittel wird durch den Einlass 114, durch den ersten Kanal 116 empfangen, wird durch eine Vielzahl von Kühlrippen 124 in der Rippentasche 118, durch den zweiten Kanal 120 gekühlt und wird dann an dem Fenster 104 durch den Auslass 122 gerichtet.
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Der Kollektor 110 hat eine Kühlmittelseite 126 und eine Vakuumseite 128. Die Kühlmittelseite 126 weist den Einlass 114 und den Auslass 122 auf. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, tritt Kühlmittel, dargestellt durch Pfeile 130, in den ersten Kanal 116 über ein erstes äußeres Rohr 132 ein, das über einer Öffnung 134 in einer äußeren Kollektorfläche 136 des Kollektors 110 verbunden ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 ist die äußere Behälterfläche 138 bündig mit der Kollektorfläche 136. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in den 4 und 5 dargestellt ist, kann, wenn der Kollektor 110 von dem Behälter 86 vorsteht, ein zweites äußeres Rohr 140 an einer unteren Seite 142 des Kollektors 110 befestigt sein.
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Die Rippentasche 118 ist in einer einzelnen Wand 144 des Kollektors 110 über dem Fenster 104 angeordnet. Indem die Rippentasche 118 nur auf der Kühlmittelseite 126 vorgesehen ist, wird das Risiko einer Vakuumleckage minimiert, weil die Rippen 124 nicht an einer Seite des Kollektors angelötet sind, die auf der Vakuumseite 128 ist, wie es bei bekannten thermischen Energiespeichervorrichtungen der Fall ist. Wenn Rippen in eine Seite des Kollektors eingelötet sind, werden Nähte gebildet, die mit der Zeit Leckstellen entwickeln können. Indem die Rippen in einer einzigen Wand 144 des Kollektors 110 eingefügt sind, eliminiert die vorliegende Erfindung die Nähte in dem Kollektor 110 auf der Vakuumseite 128, was eine kleinere Gefahr für Vakuumleckstellen zur Folge hat. Obwohl die Rippentasche 118 auf vielen Seiten des Kollektors 110 und an vielen Orten sein kann, sorgt die Erfindung, indem die Rippentasche wie angegeben angeordnet wird, für Einfachheit bei der Fertigung, während eine effiziente Wärmeübertragung beibehalten wird. Obwohl die vielen Kühlrippen 124 als aufgeschlitzte versetzte Kühlrippen gezeigt sind, können andersartige Kühlrippen oder eine hohe Effizienz aufweisende verlängerte Kühlflächen, die in der Technik bekannt sind, verwendet werden.
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Der Auslass 122 leitet Kühlmittel an eine Reflexionsfläche 146 auf der Röntgenröhre 118. Die Reflexionsfläche 146 kann ein Teil von einer durchlässigen Vorrichtung 148 des Gehäuses 64 sein, wie es gezeigt ist, kann eine innere Gehäusewandfläche 150 oder eine andere ablenkende Oberfläche sein, wie es in der Technik bekannt ist. Die Reflexionsfläche 146 ist gegenüber einer Fläche 152 von dem Röntgenröhrenfenster angeordnet, wobei sich dazwischen ein Spalt 153 befindet. Durch die Rippentasche 118 hindurchtretendes Kühlmittel 130 wird von dem Auslass 122 so gerichtet, dass er von der Reflexionsfläche 146 reflektiert wird, um auf das Fenster 104 aufzuprallen und dieses zu kühlen. Der Spalt 153 kann verschiedene Breiten haben und kann so eingestellt sein, dass das Kühlmittel 130 in geeigneter Weise auf das Fenster 104 aufprallt.
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Der Auslass 122 hat eine Öffnung 154 mit einer Querschnittsfläche, die relativ zu der Querschnittsfläche von der Rippentasche 118 kleiner ist und senkrecht zur Richtung der Kühlmittelströmung ist, so dass, wenn das Kühlmittel 130 von der Rippentasche 118 durch den Auslass 122 geleitet wird, die Geschwindigkeit des Kühlmittels 130 zunimmt. Indem die Kühlmittelgeschwindigkeit vergrößert wird, arbeitet der Auslass 122 in Verbindung mit der Rippentasche 118 als ein Kühlmittelstrahl, der die Kühlung des Fensters 104 weiter unterstützt. Auch wird die Öffnungsbreite 156 des Auslasses 122 etwa gleich der Fensterbreite 158 des Fensters 104, so dass Kühlmittel 130 über der Breite des Fensters 104 aufprallt und für eine gleichförmige Kühlung des Fensters 104 sorgt.
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Es kann eine Führung 160 vorgesehen sein, um das Richten des Kühlmittels 130 zu unterstützen. Die Führung 160 hat ebenfalls eine ähnliche Breite 162 wie die Öffnungsbreite 156 und Breite 158. Die Führung 160 kann verschiedene Formen, Größen und Arten haben. Die Führung 160 kann von dem Kollektor 110 vorstehen, wie es gezeigt ist, oder sie kann in den Kollektor 110 eingefügt sein, um so besser bündig mit der äußeren Kollektorfläche 164 zu sein.
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Die durchlässige Vorrichtung 148 hat die Form von einem durchlässigen Fenster, das den Durchtritt von Röntgenstrahlen 96 durch das Gehäuse 64 gestattet. Die durchlässige Vorrichtung 148 kann aus Aluminium oder einem anderen bekannten Material gebildet sein.
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Ein zweiter Kühmittelkreis 166 kann in die Kühleinrichtung 11 eingebaut sein, der einen Hilfskühlmittelstrahl 168 aufweist, der zusätzliches Kühlmittel 170 so richtet, dass es über die Fensterfläche 152 strömt, wie es am besten in 5 zu sehen ist. Der Hilfsstrahl 168 richtet vorzugsweise Kühlmittel 170 in der gleichen Richtung wie die Strömung 130 aus dem Auslass 122, um die gegenwärtige Strömung zu vergrößern, anstatt die gegenwärtige Strömung einzuschränken, und somit die Kühlung des Fensters 104 zu vergrößern. Der Hilfsstrahl 168 kann an verschiedenen Stellen sein und verschiedene Orientierungen haben.
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Die Kühlkreise 112 und 166 können Kühlmittel 130 aus der Pumpe 54, über eine getrennte Pumpe oder irgendeine andere bekannte Kühlmittelquelle empfangen.
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In 7 ist ein logisches Fließbild gezeigt, das ein Verfahren zum Betreiben der Röntgenröhre 18 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
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Im Schritt 180 wird das Elektronenbündel 90 generiert, wie es vorstehend angegeben ist.
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Im Schritt 182 wird das Elektronenbündel 90 so gerichtet, dass es auf das Ziel 82 aufprallt, um die Röntgenstrahlen 92 zu erzeugen.
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Im Schritt 184 werden die Röntgenstrahlen 96 durch das Fenster 104 gerichtet, was die Temperatur des Fensters erhöht. Von dem Elektronenbündel rückgestreute Elektronen 98 prallen auch auf das Fenster 104 auf, wodurch die Temperatur des Fensters 104 weiter erhöht wird.
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Im Schritt 186 wird Kühlmittel durch die Rippentaschen 118 geleitet und auf die Reflexionsfläche 146 gerichtet, um auf das Fenster 104 zu prallen und dieses zu kühlen.
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Im Schritt 188 kann zusätzliches Kühlmittel 170, über den zweiten Kühlmittelkreis 166, über das Fenster 104 gerichtet werden.
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Die oben beschriebenen Schritte sind als Beispiel gemeint, sie können in Abhängigkeit von der Anwendung synchron oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Die Erfindung stellt ein Fensterkühlsystem für eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung bereit, die für eine verbesserte Kühlung sorgt und relativ einfach zu fertigen ist. Kühlmittel wird auf und über ein Röntgenröhrenfenster gerichtet und verhindert die Erzeugung von Abscheidungen und verkürzt die Verweilzeit von Öl auf dem Fenster und verhindert somit den Aufbau von Ölbrei. Das Fenster wird auf effiziente Weise gekühlt, und Abscheidungen, die existieren, werden von dem Fenster getrennt und weggewaschen, wodurch Unschärfe und Artefakte in einem rekonstruierten Bild minimiert werden. Die Eliminierung von Kühltaschen auf der Vakuumseite von einer Speichervorrichtung für thermische Energie verringert die Gefahr für Leckstellen und Teilchenkontamination.
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Die oben beschriebene Einrichtung und das Verfahren können von einem Fachmann für verschiedene bekannte Anwendungen und Systeme angepasst werden. Die oben beschriebene Erfindung kann auch ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung abgewandelt werden.
