Hochstromröntgenröhre mit Außenanode Es ist bekannt, daß bei Röntgenröhren
mit Außenanode nur etwa 80% der gesamten Energie der Primärelektronen im Brennfleck
wirksam werden, während der Rest als reflektierte Elektronen und Sekundärelektronen
verlorengeht. Aus bisherigen Untersuchungen geht hervor, daß das Maximum der Energieverteilungskurve
der von Primärelektronen hoher Geschwindigkeiten ausgelösten Sekundärelektronen
bei etwa 9011/o der Primärenergie liegt.High-current X-ray tube with external anode It is known that with X-ray tubes
with the outer anode only about 80% of the total energy of the primary electrons in the focal point
take effect while the rest as reflected electrons and secondary electrons
get lost. From previous studies it can be seen that the maximum of the energy distribution curve
the secondary electrons released by primary electrons at high speeds
is around 9011 / o of the primary energy.
Dieser für die Brennfleckstrahlung verlorengehende Anteil der Primärenergie
ist nicht nur eine Funktion des Anodenmaterials und der Beschleunigungsspannung,
sondern vor allem der Geometrie des Elektrodensystems und der Brennfleckgröße. Die
Abwanderung aller dieser Elektronen aus dem Brennfleck kann also nur durch Formgebung
des elektrischen Feldes an den Randbezirken des Beschleunigungsfeldes beeinflußt
bzw. verhindert werden. Bei Röntgenröhren konventioneller Bauart und kleinen Brennflecken
findet man sich mit diesem Elektronenverlust ab, soweit dadurch keine störenden
Nebeneffekte hervorgerufen werden. Man ist bestrebt, sie weitgehend innerhalb des
Anodenkörpers abzufangen und unschädlich zu machen. So ist es z. B. seit langem
für Hochvakuumröntgenröhren bekannt, in der Umgebung der Antikathode einen negativ
aufgeladenen Metallzylinder anzuordnen, der sich über den Antikathodenspiegel erstreckt.
Dadurch soll erreicht werden, daß die den Brennfleck verlassenden Elektronen auf
den Antikathodenspiegel zurückgeworfen werden und somit ein größerer Teil der Elektronenenergie
zur Erzeugung von Röntgenstrahlen am eigentlichen Antikathodenspiegel nutzbar gemacht
wird.This portion of the primary energy that is lost for the focal point radiation
is not only a function of the anode material and the accelerating voltage,
but above all the geometry of the electrode system and the focal spot size. the
Migration of all these electrons from the focal point can only be done by shaping
of the electric field at the edge of the acceleration field
or prevented. With conventional X-ray tubes and small focal spots
one finds oneself with this electron loss, as far as there are no disturbing ones
Side effects are caused. The aim is to keep them largely within the
To intercept the anode body and render it harmless. So it is z. B. for a long time
known for high vacuum x-ray tubes, a negative in the vicinity of the anticathode
to arrange charged metal cylinder, which extends over the anti-cathode mirror.
This is to ensure that the electrons leaving the focal point on
the anticathode mirror are thrown back and thus a larger part of the electron energy
made usable for the generation of X-rays at the actual anticathode mirror
will.
Weiterhin ist es bei Hochvakuumröntgenröhren bekannt, die Sekundärelektronen,
die von der durch Primärelektronen getroffenen Anode ausgehen, von der Glaswand
der Röhre dadurch fernzuhalten, daß ein Schutzkörper aus Glas zusätzlich die Anode
und Kathode umgibt. Dieser Schutzkörper lädt sich auf Kathodenpotential auf und
schirmt somit die Gefäßwand gegen das Strahlenfeld ab. Dadurch wird eine Aufladung
der Gefäßwand aus Glas, die zum Durchschlagen der Röhre führen kann, vermieden.It is also known in high vacuum X-ray tubes that the secondary electrons,
which emanate from the anode hit by the primary electrons, from the glass wall
to keep away from the tube that a protective body made of glass in addition the anode
and surrounding cathode. This protective body charges itself to cathode potential and
thus shields the vessel wall from the radiation field. This creates a charge
the glass vessel wall, which can lead to the tube breaking through, is avoided.
Bei Hochstromröntgenröhren ist man bestrebt, womöglich alle Elektronen
für die Strahlenerzeugung auszunutzen. Bei diesen Röhren liegt normalerweise der
Absolutbetrag des Energieverlustes durch abwandernde Elektronen, die der Nutzstrahlerzeugung
verlorengehen und dazu noch Störeffekte hervorrufen, insbesondere durch zusätzliche
Erwärmung weitab liegender Röhrentleile, in der Größenordnung von mehreren kW. Die
Erfindung bezieht sich auf eine Hochstromröntgenröhre mit Außenanode und metallischer
Gefäßwand, bei der die Gefäßwand das gleiche Potential wie die Anode aufweist und
die Anoden-Kathoden-Strecke von einer auf Kathodenpotential befindlichen Abschirmung
umgeben ist, die die Gefäßwand gegen das Strahlenfeld abschirmt. Die Erfindung besteht
darin, daß die Abschirmung aus einem hohlkegelförmig ausgebildeten Keramikisolator
mit Riffelungen an der Innenfläche besteht, dessen kleinere Stirnfläche einen geringen
Abstand von der Anode aufweist und dessen größere Stirnfläche hinter der Kathode
gehaltert ist.With high-current X-ray tubes one strives, possibly all electrons
for the generation of radiation. With these tubes there is usually the
Absolute amount of energy loss due to migrating electrons that are used to generate the useful beam
get lost and also cause disruptive effects, in particular by additional
Heating of pipe parts that are far away, in the order of magnitude of several kW. the
The invention relates to a high-current X-ray tube with an outer anode and a metallic one
Vessel wall in which the vessel wall has the same potential as the anode and
the anode-cathode path from a shield at cathode potential
is surrounded, which shields the vessel wall from the radiation field. The invention exists
in that the shield consists of a hollow cone-shaped ceramic insulator
with corrugations on the inner surface, the smaller face of which is a small one
Has a distance from the anode and its larger face behind the cathode
is held.
Durch diese Maßnahme werden die Abwanderung der Elektronen aus den
Randbezirken des Brennffecks und das Abgleiten der Wandungen vom Isolator verhindert.
Der Isolator lädt sich mehr oder weniger stark auf-Kathodenpotential auf und wird
somit zur selbständigen Elektrode. Es stellt sich auf dem Isolator ein Gleichgewichtspotential
ein, das durch den Sekundärelektronenemissionsfaktor (Elektronenauslösekoeffizient
;,) und den Oberflächenwiderstand des Isolators einerseits und die zuströmenden
Primärelektronen andererseits bestimmt ist.This measure prevents the electrons from migrating from the outskirts of the focal point and the walls from sliding off the insulator. The insulator charges itself more or less strongly to the cathode potential and thus becomes an independent electrode. An equilibrium potential is established on the insulator, which is determined by the secondary electron emission factor (electron release coefficient;,) and the surface resistance of the insulator on the one hand and the inflowing primary electrons on the other.
Ist y < 1, was für die meisten Isolatormaterialien
in dem interessierenden Spannungsbereich der Fall ist, und wird der Isolator so
geformt und räumlich so angeordnet, daß seine Ladung nicht abfließen kann, so nimmt
er fast augenblicklich das Potential der Kathode an und wird infolgedessen von keinen
Elektronen mehr getroffen. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der Isolator freies
Potential besitzt, seine Ladung also mit keiner Elektrode in leitender Verbindung
steht. Infolgedessen können bei Ladungsverschiebungen, wie sie bei schlechtenn Vakuum
durch momentanen Ionenbeschuß eintreten können, keine energiestarken Entladungen
auftreten.If y < 1, which is the case for most insulator materials in the voltage range of interest, and if the insulator is shaped and spatially arranged in such a way that its charge cannot drain away, it almost instantaneously assumes the potential of the cathode and consequently becomes from no more electrons hit. Another advantage is that the insulator has free potential, so its charge is not in a conductive connection with any electrode. As a result, no high-energy discharges can occur in the case of charge shifts, as can occur in a poor vacuum due to momentary ion bombardment.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung die Hochstromrönto,enröhre
nach der Erfinduna. in der Röntgenröhre mit der geerdeten Gefäßwand 1 ist
die
Außenanode 2 z. B. aus Chromstahl, Nickel oder Aluminium vakuumdicht
als Wandungsteil eingesetzt. Sie ist vorzugsweise wassergekühlt. Oberhalb der Anode
ist die Glühkathode 3 angeordnet, die in einer Fokussierungseinrichtung4,
z.B. einem Wehneltzylinder, liegt, und deren Stromzuführungen in bekannter Weise
isoliert durch die Gefäßwand ausgeführt sind. Die Kathode soll möglichst großflächig
sein. Sie kann z.B. aus einer größeren Zahl von Glühdrähten bestehen, die sich der
Form der Anode anpassen. Ein relativ dickwandiger konischer Isolator5, z.B. aus
Hartporzellan, umgibt in einem geringen Abstand, beispielsweise von etwa
1 cm, die auf Hochspannung befindliche Kathode 3 und ist an seiner
Außenseite in einer von Ladungsträgern nicht erreichbaren Zone hinter der Kathode
mittels einiger Laschen 6 am geerdeten Gehäuse 1 derart befestigt,
daß seine kleinere Stirnfläche in einem geringen Ab-
stand von etwa
0,5 cm der Anode 2 gegenübersteht. Innerhalb der Entladungszone ist die Isolatorfläche
7
geriffelt, um die Wandladungen am Abgleiten zu hindern. Die von den Randbezirken
des Brennflecks in Richtung des Röhrengehäuses emittierten Elektronen befinden sich
infolgedessen in einem starken Bremsfeld, das sie teils am Wegfliegen hindert, teils
wieder in unmittelbare Nähe des Brennflecks oder auf ihn zurücktreibt. Die Primärelektronen
erfahren durch diese Anordnung außer einer gewissen Kontraktion des Brennflecks
keine nennenswerten Richtungsänderungen.The figure shows a schematic representation of the high-current X-ray tube according to the invention. In the X-ray tube with the grounded vessel wall 1 , the outer anode 2 is z. B. made of chrome steel, nickel or aluminum vacuum-tight used as a wall part. It is preferably water-cooled. Above the anode, the hot cathode 3 is arranged, which is located in a focusing device 4, for example a Wehnelt cylinder, and whose power supply lines are insulated in a known manner through the vessel wall. The cathode should be as large as possible. For example, it can consist of a large number of filaments that adapt to the shape of the anode. A relatively thick-walled conical insulator5, e.g. made of hard porcelain, surrounds the high-voltage cathode 3 at a small distance, for example about 1 cm, and is on its outside in a zone behind the cathode that cannot be reached by charge carriers by means of a few tabs 6 on the earthed housing 1 is fastened in such a way that its smaller end face faces the anode 2 at a small distance of about 0.5 cm. Inside the discharge zone, the insulator surface 7 is corrugated in order to prevent the wall charges from sliding off. The electrons emitted from the edge areas of the focal spot in the direction of the tube housing are consequently in a strong braking field, which partly prevents them from flying away, partly drives them back into the immediate vicinity of the focal spot or back onto it. As a result of this arrangement, the primary electrons do not experience any significant changes in direction apart from a certain contraction of the focal spot.