DE1106429B - X-ray tube rotating anode - Google Patents

X-ray tube rotating anode

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DE1106429B
DE1106429B DEC14417A DEC0014417A DE1106429B DE 1106429 B DE1106429 B DE 1106429B DE C14417 A DEC14417 A DE C14417A DE C0014417 A DEC0014417 A DE C0014417A DE 1106429 B DE1106429 B DE 1106429B
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rhenium
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anode
temperature
surface layer
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Antoine Joseph Schram
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Compagnie Generale de Radiologie SA
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Compagnie Generale de Radiologie SA
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode, deren Oberfläche wenigstens teilweise aus Rhenium und deren Körper aus einem Material mit gutem Wärmespeichervermögen besteht.The invention relates to an X-ray tube rotating anode, the surface of which is at least partially made of Rhenium and its body consists of a material with good heat storage capacity.

Es ist bekannt, daß die Alterung von Röntgenröhren im wesentlichen auf durch Wärmedehnungen bedingte mechanische Spannungen zurückzuführen ist. Zur Erzielung einer hinreichenden Lebensdauer ist es daher wesentlich, daß die Temperatur im Bereich der Brennfleckbahn der Anodenscheibe und die Temperatur des Anodenkörpers im Betrieb stets unterhalb eines kritischen Wertes bleibt, oberhalb dessen sich die Alterungserscheinungen sehr schnell ungünstig bemerkbar machen.It is known that the aging of X-ray tubes is essentially due to thermal expansion mechanical stress is due. In order to achieve a sufficient service life, it is therefore essential that the temperature in the area of the focal point path of the anode disk and the temperature of the Anode body always remains below a critical value during operation, above which the signs of aging are very quickly and unfavorably noticeable.

Für die Konstruktion von Röntgenröhren-Drehanöden bieten sich somit grundsätzlich zwei Lösungen an: Man kann entweder als Material für den Anodenkörper Metalle verwenden, die hohen kritischen Temperaturen standhalten, oder man kann zusätzliche Maßnahme treffen, die es gestatten, die Betriebstemperatur stets unterhalb der kritischen Temperatur zu halten. Bei Drehanoden hat man bisher durchweg den erstgenannten Weg besehritten.There are basically two solutions for the construction of rotating X-ray tubes an: You can either use metals as the material for the anode body, the high critical temperatures withstand, or one can take additional measures that allow the operating temperature always to be kept below the critical temperature. With rotating anodes one has so far consistently walked the former path.

Da das Material für den Anodenkörper der Röntgenröhre ein gutes mechanisches Verhalten, eine hohe Wärmekapazität und eine günstige thermische Leitfähigkeit besitzen mußte, kamen hierfür nur wenige Metalle, insbesondere Wolfram und Molybdän, in Frage. Dabei zeigte sich jedoch, daß die »klassischen« Anoden aus Wolfram den bei Hochleitungsröhren von der Praxis gestellten Anforderungen nicht mehr genügen konnten.Since the material for the anode body of the X-ray tube has good mechanical behavior, high Had to have heat capacity and a favorable thermal conductivity, only a few came for this Metals, in particular tungsten and molybdenum, are possible. It turned out, however, that the "classic" Tungsten anodes no longer meet the practical requirements for high-performance tubes could.

Da sich andererseits keine neuen Werkstoffe finden ließen, die als Material für Anodenkörper von Röntgenröhren in Frage kommen könnten und höhere kritische Temperaturen als Wolfram zuließen, stand die bisherige Röntgenröhrenentwicklung vor einer erheblichen Schwierigkeit.On the other hand, since no new materials could be found that could be used as material for the anode bodies of X-ray tubes could come into question and allow higher critical temperatures than tungsten, was the previous one X-ray tube development faced a significant difficulty.

Um hier neue Entwicklungsmöglichkeiten zu schaffen, beschreitet die Erfindung den zweiten eingangs genannten Weg, indem sie zusätzliche Maßnahmen trifft, die es gestatten, die Betriebstemperatur der Röntgenröhre stets unterhalb der kritischen Temperatur zu halten.In order to create new development opportunities here, the invention proceeds from the second at the outset named way by taking additional measures that allow the operating temperature to keep the X-ray tube below the critical temperature at all times.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht im wesentliehen darin, daß zumindest der nicht die Brennfleckbahn bildende Oberflächenteil des aus hochtemperaturfestem Material bestehenden Anodenkörpers mit einer dünnen Oberflächenschicht aus Rhenium versehen ist.The solution according to the invention consists essentially in the fact that at least not the focal point path forming part of the surface of the anode body made of high temperature resistant material with a is provided with a thin surface layer of rhenium.

Die Verwendung von Rhenium bei Anoden von Röntgenröhren ist an sich bereits bekannt. Es sind bereits Röntgenröhrenanoden der »schweren« oder kompakten Bauart bekannt, bei denen an dem aus Kupfer bestehenden Anodenkörper mit Hilfe von haken- oder Röntgenröhren-Dr ehano deThe use of rhenium in anodes of X-ray tubes is already known per se. There are already X-ray tube anodes of the "heavy" or compact design are known, those made of copper existing anode body with the help of hook or X-ray tube dr ehano de

Anmelder:
Compagnie Generale de Radiologie, ParisApplicant:
Compagnie Generale de Radiologie, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10Representative: Dipl.-Ing. R. Beetz, patent attorney,
Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. März 1956Claimed priority:
France March 30, 1956

Antoine Joseph Schräm, Montgeron (Frankreich),
ist als Erfinder genannt wordenAntoine Joseph Schräm, Montgeron (France),
has been named as the inventor

ankerförmigen Gliedern ein Brennfleckeinsatz aus Rhenium befestigt ist. Da das Kupfer eine hohe spezifische Wärme und eine sehr gute thermische Leitfähigkeit aufweist, teilt sich bei dieser bekannten Ausführung die Wärme der Brennfleckbahn sehr rasch dem gesamten Anodenkörper mit, der somit schnell eine hohe Temperatur annimmt.anchor-shaped links a focal point insert made of rhenium is attached. Because the copper has a high has specific heat and very good thermal conductivity, is shared in this known Execution of the heat of the focal point path very quickly with the entire anode body, which thus quickly assumes a high temperature.

Eine derartige Anode weist jedoch gegenüber den bekannten Wolframanoden keine wesentlichen Vorzüge auf, da einerseits die Schmelztemperatur von Kupfer und Rhenium niedriger als die Schmelztemperatur von Wolfram ist und da anderseits auch die thermische Leitfähigkeit von Rhenium kleiner als die von Wolfram ist. Die sich hieraus ergebende Erhöhung der Brennflecktemperatur führt somit rasch zu einer Begrenzung der maximalen Anodenbelastung.However, such an anode has no significant advantages over the known tungsten anodes because on the one hand the melting temperature of copper and rhenium is lower than the melting temperature of tungsten and, on the other hand, the thermal conductivity of rhenium is smaller than that made of tungsten. The resulting increase in the focal point temperature thus quickly leads to a limitation of the maximum anode load.

Die vorliegende Erfindung macht demgegenüber von den Emissionseigenschaften des Rheniums Gebrauch. Durchgeführte eingehende Untersuchungen zeigten nämlich, daß das Rhenium eine überraschend hohe Wärmeabstrahlung aufweist. Vergleichsversuche mit Wolfram ergaben für das thermische Emissionsvermögen ε folgende Werte bei den einzelnen Temperaturen :In contrast, the present invention makes use of the emission properties of rhenium. Carried out detailed investigations namely showed that the rhenium a surprisingly high Has heat radiation. Comparative tests with tungsten gave the following values for the thermal emissivity ε at the individual temperatures :

TT εε εε KelvinKelvin Rheniumrhenium ■Wolfram■ tungsten 500500 0,120.12 0,030.03 10001000 0,200.20 0,100.10 15001500 0,340.34 0,190.19 20002000 0,440.44 0,260.26

109 580/3«109 580/3 «

Claims (1)

3 43 4 Die ausgezeichnete Wärmeabstrahlung des Rheniums Phase niederschlägt, indem man ein Rheniummacht es möglich, als Grundkörper für die Anode ein halogenid, insbesondere ReCl5, auf der Oberfläche der Material zu verwenden, dessen thermische oder mecha- auf eine Temperatur zwischen 500 und 1500° C ernische Eigenschaften weniger günstig sind. So hitzten Unterlage entweder im Vakuum oder in einem ist es insbesondere möglich, für den Anodenkörper ein 5 inerten Gas zersetzt.The excellent heat radiation of the rhenium phase is reflected in the fact that a rhenium makes it possible to use a halide, in particular ReCl 5 , on the surface of the material as the base body for the anode, whose thermal or mechanical temperature is between 500 and 1500 ° C Properties are less favorable. In particular, it is possible to decompose an inert gas for the anode body, either in a vacuum or in a heated substrate. verhältnismäßig leichtes Material zu verwenden, das Schließlich sei erwähnt, daß zum Aufbringen derto use relatively light material, which should finally be mentioned that for applying the ohne Gefährdung höhere Rotationsgeschwindigkeiten dünnen Oberflächenschicht aus Rhenium auch bekanntewithout endangering higher rotation speeds thin surface layer of rhenium also known der Anode zuläßt. Metallspritz- oder Sinterverfahren Verwendung findenthe anode allows. Metal spraying or sintering processes are used Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen können.
Röntgenröhren-Drehanode besteht somit in der durch ioThe main advantage of the invention can.
X-ray tube rotating anode thus consists of the io die stärkere Wärmeabstrahlung gegebenen erhöhten Patentansprüche·. Belastbarkeit sowie in der Möglichkeit, das Gewichtthe stronger heat radiation given increased claims ·. Resilience as well as the possibility of weight des Anodenkörpers wesentlich herabzusetzen. 1. Röntgenröhren-Drehanode, deren Oberfläche Fertigungstechnisch ist es vorteilhaft, wenn die ge- wenigstens teilweise aus Rhenium und deren Körsamte freie Oberfläche mit einer zusammenhängenden 15 per aus einem Material mit gutem Wärmespeicherdünnen Rheniumschicht versehen ist. vermögen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zu-Bei einer Röntgenröhrenanode, deren Anodenkörper mindest der nicht die Brennfleckbahn bildende aus einem hochtemperaturfesten Material, insbesondere Oberflächenteil des aus hochtemperaturfestem Maaus Molybdän, Graphit oder Bor, besteht, wird zweck- terial bestehenden Anodenkörpers mit einer dünnen mäßig zwischen dem Anodenkörper und der Rhenium- 20 Oberflächenschicht aus Rhenium versehen ist. Oberflächenschicht eine Zwischenschicht aus Wolfram 2. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, vorgesehen. Die Dicke der Rhenium-Oberflächenschicht deren Anodenkörper aus einem hochtemperatursoll im Bereich der Laufbahn des Brennfleckes dabei festen Material, insbesondere aus Molybdän, Grawenigstens 10 μ betragen. phit oder Bor, besteht, dadurch gekennzeichnet, Zur Herstellung einer Oberflächenschicht aus Rhe- 25 daß zwischen dem Anodenkörper und der Rheniumnium auf einer hochtemperaturfesten Unterlage stehen Oberflächenschicht eine Zwischenschicht aus WoIfmehrere an sich bekannte Möglichkeiten zur Ver- ram vorgesehen ist.significantly reduce the anode body. 1. X-ray tube rotating anode, its surface From a manufacturing point of view, it is advantageous if the at least partially made of rhenium and its grain free surface is provided with a coherent 15 per of a material with good heat storage thin rhenium layer. ability exists, characterized in that to-Bei an X-ray tube anode, the anode body of which is at least the one that does not form the focal point path Made of a high-temperature-resistant material, in particular the surface part of the high-temperature-resistant mouse Molybdenum, graphite or boron, is expediently existing anode body with a thin is moderately provided between the anode body and the rhenium 20 surface layer of rhenium. Surface layer an intermediate layer of tungsten 2. X-ray tube rotating anode according to claim 1, intended. The thickness of the rhenium surface layer whose anode body consists of a high temperature target In the area of the track of the focal point, solid material, in particular made of molybdenum, at least as much as carbon 10 μ. phite or boron, characterized in that for the production of a surface layer of rhe- 25 that between the anode body and the rheniumnium On a high-temperature-resistant base there is an intermediate layer of multiple wool Possibilities known per se for disclosure are provided. fügung. Vorzugsweise wird man die Oberflächen- 3. Verfahren zur Herstellung einer mit einer schicht auf elektrolytischem Wege herstellen, wobei Oberflächenschicht aus Rhenium ganz oder teildie Verwendung eines Bades besonders vorteilhaft ist, 30 weise abgedeckten Anode von Röntgenröhren gebei dem als wesentliche Badkomponente das Kalisalz maß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Perrheniumsäure benutzt wird. Die Zusammen- die Rhenium-Oberflächenschicht auf elektrolytisetzung eines derartigen Bades und die Elektrolyse- schem Wege in einem Bad herstellt, das etwa 11g Arbeitsbedingungen sind etwa: des Kalisalzes der Perrheniumsäure je Liter Bad-Badzusammensetzung 35 flüssigkeit enthält und mit H2SO, auf einen pH-coincidence. The surface layer of rhenium will preferably be produced electrolytically, with the surface layer made of rhenium in whole or in part, the use of a bath being particularly advantageous , characterized in that the perrhenic acid is used. The cooperation, the rhenium surface layer of such a bath and the electrolysis prepared on elektrolytisetzung schem paths in a bath containing about 11g working conditions are about: the potassium salt of perrhenic acid per liter of bath-bath composition contains 35 liquid and with H 2 SO on p H - Wert von 0,9 gebracht ist, wobei die AbscheidungValue of 0.9 is brought, with the deposition KKeO4 11 g/l (jgg Rheniumniederschlages bei einer TemperaturKKeO 4 11 g / l (jgg rhenium precipitate at a temperature H2SO4 (d — 1,84) zur Einstel- zwischen 20 und 75° C und einer Stromdichte vonH 2 SO 4 (d - 1.84) to set between 20 and 75 ° C and a current density of lung der Badflüssigkeit auf .. pH 0,9 5 bis 15 A/dm2 erfolgt.ment of the bath liquid to .. p H 0.9 5 to 15 A / dm 2 takes place. Arbeitstemperatur 20 bis 75° C 4° 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn-Working temperature 20 to 75 ° C 4 ° 4. The method according to claim 3, characterized in that Stromdichte 5 bis 15 A/dm2 zeichnet, daß man zunächst nur eine Rhenium-Current density 5 to 15 A / dm 2 shows that at first only one rhenium Anoripntnaferiäl Platin schicht von. etwa 1μ Stärke niederschlägt, dannAnoripntnaferiäl platinum layer of. about 1μ thickness precipitates, then die Schicht m einer Wasserstofratmosphare ab-the layer in a hydrogen atmosphere Es ist zweckmäßig, zuerst eine sehr dünne Schicht brennt und vorzugsweise während der weiterenIt is useful to first burn a very thin layer and preferably during the further niederzuschlagen, deren Dicke in der Größenordnung 45 Verstärkung der Rheniumschicht zwischendurchdown, their thickness in the order of magnitude 45 reinforcement of the rhenium layer in between von etwa 1 11 liegt, und dann diese Schicht bei ungefähr nochmals bzw. mehrmals die einzelnen dünnenof about 1 11 is, and then this layer at about again or several times the individual thin 1000° C in einer Wasserstoffatmosphäre abzubrennen. Schichten in einer Wasserstoffatmosphäre ab-Burn off 1000 ° C in a hydrogen atmosphere. Layers in a hydrogen atmosphere Anschließend kann man bis zur gewünschten Schicht- brennt, dicke weitere Einzelheiten geringer Stärke aufein-Then you can burn up to the desired shift, thick further details of low thickness on one another ander niederschlagen, wobei zwischendurch jeweils ein 50 In Betracht gezogene Druckschriften:others, with a 50 pamphlets considered in between: Abbrennen in Wasserstoffatmosphäre vorgenommen Deutsche Patentschriften Nr. 744 208, 844 029,Burning carried out in a hydrogen atmosphere German patents No. 744 208, 844 029, wird. 896 234;will. 896 234; Das elektrolytische Verfahren ist besonders vorteil- österreichische Patentschrift Nr. 163 155;The electrolytic process is particularly advantageous Austrian patent specification No. 163 155; haft, wenn man eine Deckschicht nur auf einem Teil schweizerische Patentschrift Nr. 231 981;adhesive if a top layer is only applied to part of Swiss patent specification No. 231 981; der hochtemperaturfesten Unterlagen erzeugen will 55 französische Patentschriften Nr. 863 681, 942 318;who wants to produce high-temperature-resistant substrates 55 French patents nos. 863 681, 942 318; und wenn man voneinander abweichende Schicht- USA.-Patentschrift Nr. 2 243 250;and when considering differing layers of US Pat. No. 2,243,250; stärken an unterschiedlichen Stellen der Anoden zu Brown Boveri Mitteilungen Bd. 40, 1953, S. 495strengthen at different points of the anodes to Brown Boveri Mitteilungen Vol. 40, 1953, p. 495 erhalten wünscht. bis 501;wishes to receive. to 501; Ein anderes empfehlenswertes Verfahren besteht Steyskal: »Arbeitsverfahren und Stoffkunde derAnother recommended procedure is Steyskal: »Working methods and material science of darin, daß man Rhenium aus einer dampfförmigen 60 Hochvakuumtechnik«, 1955, S. 109 bis 113.in that one rhenium from a vaporous 60 high vacuum technology ", 1955, pp 109 to 113. © 109580/349 5.61© 109580/349 5.61
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