DE1042142B

DE1042142B - High-current oxygen tubes with membrane anode

Info

Publication number: DE1042142B
Application number: DEL24546A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Konrad Meyer; Heinz Ewert; Gerhard Hummel; Dipl-Phys Ernst-Guente Hofmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-01-02
Filing date: 1956-04-07
Publication date: 1958-10-30

Description

DEUTSCHESGERMAN

Zur Bestrahlung von organischen oder anorganischen Substanzen sowie biologischen Objekten u. a., zumBeispiel zum Kaltsterilisieren von pharmazeutischen Substanzen oder Nahrungsmitteln sowie zum Polymerisieren in der Kunststoffindustrie, ist es bereits vorgeschlagen, Hochstromröntgenanlagen mit über 100 kW zu verwenden. Die zugehörigen Röntgenröhren besitzen meistens eine flüssigkeitsgekühlte Membrananode, im allgemeinen mit einer im Röhreninnern aufgebrachten Schwermetallschicht, z. B. aus Gold, auf die die Elektronen aufprallen. Die bei der Abbremsung in der Bremsschicht erzeugten Röntgenstrahlen dringen durch die Membran hindurch, so daß das zu bestrahlende Gut im Feld größter Strahlungsintensität nahe an der Erzeugungsstelle der Röntgenstrahlen vorbeigeführt werden kann.For the irradiation of organic or inorganic substances as well as biological objects and others, for example for cold sterilization of pharmaceutical substances or food as well as for polymerizing In the plastics industry, it is already proposed to use high-current X-ray systems with over 100 kW to use. The associated X-ray tubes usually have a liquid-cooled membrane anode, generally with a heavy metal layer applied inside the tube, e.g. B. made of gold that hit the electrons. The X-rays generated in the braking layer during braking penetrate through the membrane so that the material to be irradiated is in the field of greatest radiation intensity can be passed close to the point of generation of the X-rays.

Da nur ein kleiner Teil der aufgewandten Energie in Röntgenstrahlung umgewandelt wird, ist es erforderlich, mit dieser Energie sparsam zu wirtschaften und die Membrananode bei maximal möglicher Flächenbelastung nur dort zu belasten, wo es für den Bestrahlungszweck erforderlich ist.Since only a small part of the energy used is converted into X-rays, it is necessary to To use this energy economically and to use the membrane anode with the maximum possible surface load to be loaded only where it is necessary for the purpose of the irradiation.

Es ist an und für sich bekannt, bei Röntgenröhren mehrere getrennt voneinander, mit S ammelvorrichtungen versehene Kathoden anzuordnen, deren Elektronenbündel auf ein und dieselbe Antikathodenfläche auftreffen, so daß wahlweise ein kleiner oder ein aus mehreren aneinanderliegenden Brennzonen bestehender großer Brennfleck erzeugt wird. Diese Brennflecke liegen nebeneinander, um die beaufschlagte Stelle zu vergrößern, so daß die Wärme besser abführbar ist.It is known per se, in the case of X-ray tubes, several separate from one another, with ammelvorrichtungen to arrange provided cathodes, the electron bundles of which impinge on one and the same anti-cathode surface, so that either a small one or one consisting of several adjacent focal zones large focal spot is generated. These focal points lie next to each other in order to reach the exposed point enlarge so that the heat can be dissipated more easily.

Weiterhin ist es bekannt, Röntgenröhren für Strukturanalyse derart auszubilden, daß die Antikathoden auswechselbar sind, so daß jeweilig gewünschte charakteristische Röntgenstrahlung erzeugt wird.It is also known to design X-ray tubes for structural analysis in such a way that the anticathodes are interchangeable, so that each desired characteristic X-ray radiation is generated.

Um eine große Zeichenschärfe des Brennfleckes bei Feinfokusröhren zu erhalten, ist es bekannt, elektronenoptische Mittel, z.B. elektrostatische Linsen innerhalb der Röntgenröhre zur Fokussierung zu verwenden.In order to obtain a great sharpness of the focal point in fine focus tubes, it is known to use electron-optical Means such as using electrostatic lenses within the X-ray tube for focusing.

Um nur einen Teil einer Antikathode mit Elektronenstrahlen zu belasten, wurde bereits direkt vor einer Antikathode eine regelbare Blende angebracht, die auf Kathodenpotential liegt.To only part of an anticathode with electron beams to load, an adjustable screen has already been attached directly in front of an anticathode, which is at cathode potential.

Gegenüber diesem angeführten Stand der Technik betrifft die Erfindung eine Hochstromröntgenröhre mit +5 Membrananode, bei der erfindungsgemäß der Elektronenstrahlquerschnitt auf verschieden große Flächen der Membrananode derart einstellbar ist, daß nur die für die Bestrahlung der unmittelbar hinter der Anode liegenden Objekte benötigten Bereiche der großflächigen Membran mit Elektronen belegt werden können. Auf diese Weise werden nur die für die jeweilige Bestrahlung benötigten Bereiche der großflächigen Membran mit Elektronen belegt, so daß verschieden große Hochstromröntgenröhre
mit MembrananodeCompared to this cited prior art, the invention relates to a high-current X-ray tube with +5 membrane anode, in which, according to the invention, the electron beam cross-section can be adjusted to differently sized surfaces of the membrane anode in such a way that only the areas of the large-area membrane required for irradiating the objects immediately behind the anode are included Electrons can be occupied. In this way, only the areas of the large-area membrane required for the respective irradiation are covered with electrons, so that high-current X-ray tubes of different sizes
with membrane anode

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent -Verwaltungs - G. m. b. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Konrad Meyer, Berlin-Charlottenburg,
Gerhard Hummel, Heinz Ewert, Berlin,
und Dipl.-Phys. Ernst-Günter Hofmann,Dr.-Ing. Konrad Meyer, Berlin-Charlottenburg,
Gerhard Hummel, Heinz Ewert, Berlin,
and Dipl.-Phys. Ernst-Günter Hofmann,

Berlin-Wannsee,
sind als Erfinder genannt wordenBerlin-Wannsee,
have been named as inventors

Objekte bestrahlt werden können, ohne daß dabei Energie, z. B. zum Aufbau eines unnötig großen Bestrahlungsfeldes, nutzlos verbraucht wird.Objects can be irradiated without using energy, e.g. B. to build up an unnecessarily large irradiation field, uselessly consumed.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird dies beispielsweise dadurch erreicht, daß für eine Hochstromröntgenröhre mit Membrananode mehrere verschiedenartige Kathoden- und/oder Anodensysteme als Einbauteile vorgesehen sind, die untereinander ausgewechselt werden können, so daß das Bestrahlungsfeld dem gewünschten Zweck angepaßt werden kann. Außerdem hat man den Vorteil, verbrauchte oder defekte Kathoden- oder Anodensysteme innerhalb kurzer Zeit gegen andere austauschen zu können, so daß keine größeren Betriebspausen notwendig werden. Röhren der genannten Art werden im allgemeinen durch ein Vakuumpumpensystem während des Betriebes ständig evakuiert und arbeiten vorzugsweise bei Betriebsspannungen von 100 bis 250 kV.According to one embodiment of the invention, this is achieved, for example, in that for a high-current X-ray tube with membrane anode several different types of cathode and / or anode systems are provided as built-in parts, which are interchanged with one another can be so that the irradiation field can be adapted to the desired purpose. You also have the advantage of being able to use up or defective cathode or anode systems within a short period of time To be able to exchange time with others, so that no major breaks in operation are necessary. Tubes of the type mentioned are generally continuously operated by a vacuum pump system evacuated and preferably work at operating voltages of 100 to 250 kV.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, durch elektronenoptische Mittel die Elektronenemission bestimmter Heizfäden oder bestimmter Teile derselben so zu beeinflussen, daß Elektronen nur zu den benötigten Teilen der Membrananode hin emittiert werden. So können zum Beispiel bestimmte Teile von Heizfäden durch Vorlegen von auf Kathodenpotential befindlichenAnother possibility is to determine the electron emission by electron-optical means To influence heating filaments or certain parts of the same so that electrons are only required for the Parts of the membrane anode are emitted. For example, certain parts of filaments by submitting those at cathode potential

809 660/257809 660/257

Blenden elektrostatisch gegenüber der Anode abgeschirmt werden. Auf den entsprechenden Teilen der Membran kann dann keine Röntgenstrahlung entstehen, so daß die Elektronenstromenergie nur zur Erzeugung von Röntgenstrahlen auf dem zur Bestrahlung des jeweiligen Objektes benötigten Teil der Anodenmembran dient.Blinds are electrostatically shielded from the anode. On the relevant parts of the Membrane can then no X-rays arise, so that the electron current energy is only used to generate of X-rays on the part of the anode membrane required for irradiating the respective object serves.

Weiterhin können nach einer anderen Ausgestaltungsform der Erfindung die Heizfäden unterteilt und/oder mit getrennt aus der Röhre isoliert herausgeführten Zuleitungen oder Abgriffen versehen sein. Es ist dann möglich, von außen durch entsprechendes Einschalten der betreffenden Heizfadenteile die Größe und Form des Bestrahlungsfeldes der Röhre zu ändern. Es ist selbstverständlich, daß auch mehrere Heizfäden gruppenweise parallel oder in Reihe geschaltet werden können, die einzeln dann nach Belieben eingeschaltet werden. Auch Kombinationen zwischen beiden Schaltungsarten sind möglich.Furthermore, according to another embodiment of the invention, the heating filaments can be subdivided and / or be provided with leads or taps that are separately led out of the tube and are insulated. It is then possible to adjust the size from the outside by switching on the relevant filament parts accordingly and change the shape of the radiation field of the tube. It goes without saying that also several filaments groups can be switched in parallel or in series, which can then be switched on individually at will will. Combinations between the two types of circuit are also possible.

Die Zeichnung zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Dabei wird die Anode mit mehreren Strichbrennflecken belastet, die von je einem Kathodenelement erzeugt werden, wobei für jeden Strichbrennfleck ein gesonderter Kühlkanal vorgesehen ist.The drawing shows, in a partially schematic representation, an exemplary embodiment according to the invention. The anode is loaded with several line burn spots, each created by a cathode element a separate cooling channel is provided for each line focal point.

Innerhalb des Kathodenelementes können ein oder auch mehrere Heizfäden angeordnet sein.One or more heating filaments can be arranged within the cathode element.

Jedes Kathodenelement, das zur Erzeugung eines Brennfleckes dient, ist gegen die übrigen abgeschirmt und elektrostatisch derart beeinflußt, daß der gewünschte Strichbrennfleck auf der Membrananode entsteht. Die Heizfäden der Kathodenelemente können nun einzeln oder auch gruppenweise in Reihe oder parallel geschaltet sein. Die Röhre wird während des Betriebes vorzugsweise ständig evakuiert.Each cathode element that is used to create a focal point is shielded from the rest and influenced electrostatically in such a way that the desired line focal point arises on the membrane anode. The filaments of the cathode elements can now be used individually or in groups in series or in parallel be switched. The tube is preferably continuously evacuated during operation.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Achsenschnitt, während Fig. 2 die gleiche Röhre senkrecht dazu darstellt. An der Röhrenwand 1 ist die Membrananode 2 auswechselbar über eine Dichtung 3 mittels der Schrauben 4 befestigt. Die Membrananode selbst ist wellenförmig ausgebildet, und vor ihr liegen Kühlkanäle 5, deren Wandung 6 ebenfalls wellenförmig ausgebildet ist.Fig. 1 shows an embodiment according to the invention in axial section, while Fig. 2 is the same Represents tube perpendicular to it. On the tube wall 1, the membrane anode 2 is exchangeable via a seal 3 fastened by means of the screws 4. The membrane anode itself is wave-shaped, and in front You lie cooling channels 5, the wall 6 is also wave-shaped.

Fig. 2 zeigt den Zuführungsstutzen 7 bzw. Abführungsstutzen 8 für die Kühlflüssigkeit. An der Gefäßwand 1, die aus Metall (z. B. Kupfer) oder Keramik bestehen kann, ist das Kathodensystem 9, ebenfalls auswechselbar und gegebenenfalls isoliert, über die Schrauben 10 (Fig. 1) befestigt. Das Kathodensystem besteht aus einer Anzahl parallel liegender Heizfäden 11, die gegenseitig durch die Abschirmungen 12 voneinander getrennt sind. Diese Abschirmungen sind derart angeordnet, daß von jedem Heizfaden 11 Elektronen nur auf den zugehörigen Wellenbauch der Membrananode auftreffen. Um die Dichtungsstelle 3 thermisch nicht zu stark zu belasten, sind noch zwei Kühlrohre, denen keine Kathode zugeordnet ist, vorgesehen. Nach Fig. 2 besteht der Heizfaden 11 eines Kathodenelementes aus einem einzigen gewendelten Draht. Der Kathodeneinsatz kann nach Abnehmen der Anodenmembran gegen ^δο einen anderen ausgetauscht werden, in dem in den einzelnen Kathodenelementen entweder kürzere oder, wie oben ebenfalls ausgeführt, mehrere, z.B. in Reihe geschaltete Heizfäden angeordnet sind, die wahlweise einzeln oder gruppenweise abschaltbar sind. Es ist selbstverständlich, daß die einzelnen Zuleitungen dann getrennt aus der Röhre herausgeführt werden müssen. Auch kann ein Kathodensystem mit verstellbaren Blenden zur elektrostatischen Abschirmung einzelner Heizfadenteile eingesetzt werden.Fig. 2 shows the feed connector 7 or discharge connector 8 for the cooling liquid. The cathode system 9, likewise replaceable and optionally insulated, is attached to the vessel wall 1, which can be made of metal (e.g. copper) or ceramic, by means of the screws 10 (FIG. 1). The cathode system consists of a number of parallel heating filaments 11 which are mutually separated from one another by the shields 12. These shields are arranged in such a way that electrons from each filament 11 impinge only on the associated corrugation of the membrane anode. In order not to subject the sealing point 3 to excessive thermal stress, two cooling tubes, to which no cathode is assigned, are also provided. According to FIG. 2, the filament 11 of a cathode element consists of a single coiled wire. ^{The cathode insert} can be exchanged for another after removing the anode membrane, in which either shorter or, as also mentioned above, several heating filaments, for example in series, are arranged in the individual cathode elements, which can be switched off individually or in groups. It goes without saying that the individual supply lines must then be led out of the tube separately. A cathode system with adjustable screens can also be used for electrostatic shielding of individual filament parts.

Claims

Claim ε-1. High-current X-ray tube with membrane anode, characterized in that the electron beam cross-section can be adjusted to different sized surfaces of the membrane anode in such a way that only the for the irradiation of the objects immediately behind the anode large membrane can be covered with electrons.

2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that different types of cathode and / or anode systems are provided as built-in parts that are interchangeable with one another.

3. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the electron emission is certain Filaments or certain parts of filaments can be influenced in this way by electron-optical means is that electrons are only emitted to the required parts of the anode membrane.

4. X-ray tube according to claim 1 and 3, characterized in that by adjustable, on Apertures at cathode potential, heating filaments or parts thereof opposite the anode membrane are electrostatically shielded.

5. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the filaments are divided and / or provided with leads or taps led out separately from the tube in an insulated manner are.

6. X-ray tube according to claim 1 and 5, characterized in that optionally different Filaments or groups of filaments can be switched on from the outside.

7. X-ray tube according to claim 1 to 6, characterized in that a cathode system is provided from a plurality of cathode elements which are parallel to each other, and that each Element electrostatically influences its filament in such a way that each element has a focal point is produced.

8. X-ray tube according to claim 1 to 7, characterized in that the heating filaments in groups are connected in series and / or in parallel.

9. X-ray tube according to claim 1 to 8, characterized characterized in that the length of the line focal point can be varied transversely to the longitudinal axis of the tube is.

10. X-ray tube according to claim 1 to 9, characterized in that for each focal point several filaments are provided in a common cathode element.

11. X-ray tube according to claim 1 to 10, characterized in that for each cathode element a separate cooling channel is provided on which the line focal point produced lies.

12. X-ray tube according to claim 11, characterized in that the cooling channels are undulating are trained.

13. X-ray tube according to claim dog 12, characterized in that the cooling channels on the Are provided with a thin heavy metal layer on the inside of the vacuum.

14. X-ray tube according to claim 13, characterized in that the heavy metal layer consists of Gold is made.

15. X-ray tube according to claim 12, characterized in that the cooling with distilled Water is used as circulation cooling.

16. X-ray tube according to claim 1 to 15, characterized in that the tube body consists of Ceramic is made.

17. X-ray tube according to claim 1 to 15, characterized in that the tube body consists of There is metal and the heating filament feeds are high-voltage-insulated through the wall are.

18. X-ray tube according to claim 1 to 17, characterized in that the tube during the Is constantly evacuated.

Considered publications: German Patent Specifications Nos. 571 957, 577 796; French Patent No. 1,050,136; Swiss patent specification No. 116 523.

1 sheet of drawings