DE1177257B

DE1177257B - Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungs-roentgenroehre mit grossflaechiger Durchstrahlanode

Info

Publication number: DE1177257B
Application number: DEL40350A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Dietrich; Dipl-Phys Ernst-Guente Hofmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-10-31
Filing date: 1961-10-31
Publication date: 1964-09-03
Also published as: US3176137A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KJ.: HOIj

Deutsche Kl.: 21 g -17/01

Nummer: 1177 257

Aktenzeichen: L 40350 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 31. Oktober 1961

Auslegetag: 3. September 1964

Hochleistungsstrahlungsquellen finden heute in zunehmendem Maße Anwendung in Forschung und Industrie. Benutzt werden dabei einmal radioaktive Isotope hoher Aktivität, zum anderen Maschinenanlagen verschiedener Typen, welche den Vorteil der Abschaltbarkeit besitzen.

Als Maschinen zur Erzeugung hochenergetischer Elektronen wurden z. B. Bandbeschleuniger, Resonanztransformatoren, Kaskaden- und Linearbeschleuniger entwickelt. Sie arbeiten meist im Megaelektronenvoltbereich und werden zur Zeit bis zu Elektronenstrahlleistungen von maximal 100 kW projektiert.

Bei diesen Beschleunigern treten die Elektronen nach Durchlaufen der Beschleunigungsstrecke durch ein dünnwandiges Metallfenster aus dem Vakuumraum aus. Im Fenster selbst verlieren sie nur wenig Energie, die abzuführende Verlustleistung bleibt niedrig. Es ist also nur eine schwache Kühlung des Fensters erforderlich.

Bei einigen Beschleunigertypen wird der Elektronenstrahl im Vakuumraum ζ. Β. durch ein elektromagnetisches Ablenksystem rhythmisch (Frequenz: 50 bis 200 Hz) hin- und herbewegt, er beschreibt auf dem Austrittsfenster eine Gerade. Hierdurch wird es möglich, die Strahlbreite dem jeweiligen Bestrahlungsgut bei der Bestrahlung am laufenden Band anzupassen.

Der Hauptnachteil der Elektronenbeschleuniger, nämlich die relativ geringe Eindringtiefe der Elektronen in das Bestrahlungsgut (in Wasser beispielsweise 5 mm je Million Elektronenvolt), wird bei Hochleistungsröntgenröhren vermieden.

Wegen des geringen Wirkungsgrades bei der Umwandlung von elektrischer in Röntgenenergie sind bei diesen Röntgenröhren erhebliche Anodenverlustleistungen abzuführen, welche die Größenordnung 100 kW erreichen. Hierfür wurden spezielle Anodenformen und -kühlsysteme entwickelt.

Im Interesse einer hohen Dosisleistung wird man stets eine möglichst große spezifische Flächenbelastung der Anode zu verwirklichen suchen und im Interesse eines möglichst homogenen Strahlungsfeldes mit großflächigen Brennflecken arbeiten.

Es ist bekannt, bei einer Röntgenröhre für 2 Megavolt das Elektronenstrahlbündel kleinen Querschnitts in einer Beschleunigungsröhre mit Potentialunterteilung zu erzeugen. Ferner ist es bei Röntgenröhren bekannt, ein derartiges Elektronenstrahlbündel durch elektronenoptische Elemente, z. B. ein Doppelablenksystem, auf eine großflächige Durchstrahlanode zu verteilen.

Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungsröntgenröhre mit großflächiger Durchstrahlanode

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Helmut Dietrich, Berlin-Haselhorst,

Dipl.-Phys. Ernst-Günter Hofmann,

Berlin-Wilmersdorf

Durch das Ablenksystem, das elektrostatisch oder -magnetisch auf das Bündel einwirkt, werden so technisch leicht beherrschbare Anodenbelastungen erhalten.

Diese Anordnungen haben aber den Nachteil, daß die Energieverteilung auf der Anodenoberfläche ungleichmäßig ist, so daß die örtliche Homogenität des Strahlenfeldes, wie es in vielen Anwendungsfällen erwünscht ist, nicht erreicht wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungsröntgenröhre mit großflächiger Durchstrahlanode, bestehend aus einer Beschleunigungsröhre mit Potentialunterteilung, die ein Hochstromelektronenstrahlbündel kleinen Quer-Schnitts erzeugt, und bei der hinter der letzten Beschleunigungselektrode ein Doppelablenksystem elektrostatischer oder -magnetischer Art vorgesehen ist, welches das Elektronenstrahlbündel zweidimensional ablenkt und entsprechend der Anodengröße auffächert. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine solche Wahl des zeitlichen Ablaufs der Elektronenstrahlablenkung, daß ein örtlich homogenes Strahlenfeld vor der Anode entsteht. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß der Elektronenstrahl im mittleren Bereich der Anode schneller bewegt wird als in den Randzonen. Der sonst durch den Randeinfluß auftretende Abfall in der Dosisleistung wird somit ausgeglichen.

Die Auffächerung des Elektronenstrahlbündels kann durch zeilenmäßige Abtastung, wie sie in Fernsehröhren bei wesentlich kleineren Spannungen und auch schon in Röntgenröhren mit großflächiger

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Durchstrahlanode benutzt wird, erfolgen oder durch spiralförmige Abtastung der Anode durch eine entsprechende Gestaltung des zeitlichen Verlaufs der Ablenkspannung bei einem elektrostatischen Ablenksystem. So ist es möglich, je nach Anwendungszweck z. B. rechteckige oder kreisförmige Brennflecke zu erhalten.

Durch entsprechende Beeinflussung des Ablenksystems von außen, z. B. der Ablenkspannung, ist es möglich, bei einer einzigen Röhre die Brennfleckgröße auf die jeweils gewünschte Größe einzustellen. Weiterhin ist es bei dem Verfahren nach der Erfindung möglich, durch Einstellung der Spannung, des Stromes oder der Brennfleckgröße je nach Bedarf die Anode bis zu 1000 Watt/cm² zu belasten oder auf kleinere Werte, z. B. 10 Watt/cm², herunterzugehen, wenn dies für bestimmte Bestrahlungen genügt.

Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung eine Hochleistungsröntgenröhre zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Nach Fig. 1 enthält die Hochleistungsröntgenröhre die Kathode 1 und die gekühlte Anode 2. Zwischen der Kathode und der Anode ist in dem Hals der Röhre das Elektronenbeschleunigungssystem mit den Zwischenelektroden 3 eingebaut. Hinter der letzten Beschleunigungsstufe ist das zweidimensionale Ablenksystem 4 als elektrostatisches System dargestellt, das von der Energieversorgungsanordnung 5 betrieben wird. Die Energieversorgungsanordnung 5 für das Ablenksystem, der Hochspannungserzeuger 6 für etwa 1 Megavolt und der Hals der Röhre sind in einem gemeinsamen Drucktank 7 untergebracht.

In der Fig. 2 ist die Anode 2 um 90° gedreht dargestellt, um die Elektronenbahn zu zeigen, die hier als zeilenmäßige Beaufschlagung dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungsröntgenröhre mit großflächiger Durchstrahlanode, bestehend aus einer Beschleunigungsröhre mit Potentialunterteilung, die ein Hochstromelektronenstrahlbündel kleinen Querschnitts erzeugt, und bei der hinter der letzten Beschleunigungselektrode ein Doppelablenksystem elektrostatischer oder -magnetischer Art vorgesehen ist, welches das Elektronenstrahlbündel zweidimensional ablenkt und entsprechend der Anodengröße auffächert, gekennzeichnet durch eine solche Wahl des zeitlichen Ablaufs der Elektronenstrahlablenkung, daß ein örtlich homogenes Strahlungsfeld vor der Anode entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem die Anode zeilenmäßig mit Elektronen beaufschlagt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines kreisförmigen Brennfleckes das Ablenksystem die Anode spiralförmig mit Elektronen beaufschlagt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfleckgröße unterschiedlich einstellbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfleckbelastung durch Variation des Elektronenstromes bzw. der Beschleunigungsspannung und der Ablenkfrequenz für das Elektronenstrahlbündel wählbar ist.

in Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift"" Nr. 690 618;
USA.-Patentschriften Nr. 2 517 260, 2 638 554.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen