DE1614346A1 - Elektronenroehren-Anordnung - Google Patents

Description

Dr. phil. G. B* HAGEN ΊΪ>Ί4340

Patentanwalt ■; >---. - "-"'.-■■":.""■

MÜNCHEN 71 " ' C

Franz-Halä-Straße 21

Telefon 796213 :λ : ^;::_:λ\ -

X 2V55 "■'■■■■ ^ ^: MüncJieja, den 14, September 1967

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Elektrönenrohren-Anordnung ~

!Priorität: 19. September 1966? Ü.S.1»;^: ; -TI,S* Serial No. 580 6

Die Erfindung betrifft eine ElektronenrÖnren--Anordnting und deren,EnergieTersorgung und eignet sich, insbesondere für die Erzeugung von Röntgenstrahlen. Eine einfacheYäkuumrohre, ^wie\""beispielsweise" eine Röntgenröhre -,hat im^; allgemeinen zwei Elektroden} eine Kathode und eine Anode, Me KathodeVbesteht aus einem (xliihfadBn, dem:^;Ton einem StromTeröörgungskreis Heizstrom; zugeführt;wird, Die Erhitzung/des Glühfadens hat eine thermionische Emission zur Tolgej so daß bei Ahlegen \ einer, hohen Spannung zwischen die Anode und: die Kathode ein elektrischer Strom ■vonvd.er. Kathode fließt - und: die Anode trifft, und eine-Erzeugung-iron Röntgenstrahlen z\xr Folge hat.

Bayerisdie Vereinsbank München 820993 ._·.-.- "\ —2 -

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Im allgemeinen war bisher die zwischen der Kathode und der Anode zur Wirkung gebrachte Spannung beschränkt durch die Raumladung. Die Raumladung besteht aus einer Wolke negativer Elektronen in der Nähe der Kathode. Diese Raumladungswolke beschränkt die von der Kathode auf die Anode übertragene Energie. Im allgemeinen wurde bisher diese Beschränkung dadurch überwunden, daß eine Lichtbogenbildung in der Röntgenröhre ausgenutzt wurde. Wenn eine Röntgenröhre mit Lichtbogen

^ betrieben wird, so verringert sich das Spannungsgefälle an w . ,

der Röntgenröhre und dementsprechend ergibt sich nur eine ungünstige Erzeugung von Röntgenstrahlen.

Gemäß der Erfindung wird eine Laser-Lichtquelle für die Zwecke der Erhitzung der Kathode verwendet. Es ist anzunehmen, daß die Laser-Lichtquelle die Oberfläche der Kathode zum Verdampfen bringt und daß Teilchen der Kathode emittiert werden. Man nimmt nicht nur an, daß eine Emission derartiger Kathodenteilchen stattfindet, man nimmt auch an, daß die Emission ' im ionisierten Zustand erfolgt und daß dabei die positiv geladenen Ionen auf die Kathode zurückgezogen werden. Dadurch ergibt sich ein Ionenbombardement auf der Kathode, das die Emission von mehr Elektronen zur Folge hat. Als Ergebnis ist festzustellen, daß nicht nur das Raumladungsproblem vollständig überwunden wird, sondern-daß auch hohe Mengen Elektronen praktisch momentan von der Kathode freigemacht

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werden .und:'"zur Anode fließen. "Dementsprechend kann in einer Röntgenröhre auf diese Weise ein Strom außerordentlich hoher Dihte erzeugt werden. Ströme hoher Dichte bringen, die verschiedensten Vorteile mit sich, die nächstehend zur Erörterung gelangen. . ■ .

Es ist weiter zu beachten, daß die Erhitzung der Kathode durch einen Laser-Strahl praktisch momentan erfolgt und da die Kathode auch momentan sich "wieder abkühlen kann, nachdem der Laserstrahl· abgeschaltet ist, ergibt sich ein außerordentlich wirksamer Hochspannungssehalter. Es kann.ein einfacher mechanischer Schalter zur Unterbrechung des Laserstrahles zu.einem gegebenen Zeitpunkt yerwendet werden, um. den Strom in der Röhre bei hoher Spannung auszulösen.

Da die Röhre im wesentlichen momentan anspricht und da hohe Stromdichtigkeiten erzielbar sind, ist es auf diese Weise möglich, eine einfache und billige Röntgenanordnung aufzubauen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Röhre aus einer durch einen Laserstrahl erregten Kathode und einem sehr feinen Draht, dessen Ende als Anode dient. . Eine derartige einfache Röhre kann einmal verwendet werden und dann zerstört werden, wobei dies Verfahren noch.durchaus Ökonomisch ist.

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Bei einer solchen Anordnung ergibt sich nicht weiter das Problem, die Anode in besonderer Weise zu kühlen, beispielsweise eine rotierende Anode von Hohlkonusform zu verwenden, die die Wärme abstrahlen kann. Wegen der hohen ötromdichtigkeit und wegen der kleinen Anodenoberfläche hat man es mit einer punktförmigen Anode zu tun. Es ist eine Erfahrungstatsche, daß eine Röntgenaufnahme umso besser aufgelöst und um so besser in-der Wiedergabe ist, je kleiner der Brennpunkt auf der Anode ist. Daher ist eine Röntgenröhre der vorstehend erwähnten Art nicht nur ökonomisch sondern liefert auch Röntgenaufnahmen von einer Qualität, die bisher nicht erreichbar war.

Bei üblichen Röntgenröhren ist es schwierig Aufnähmet bei hoher Belichtur^sgeschwindigkeit zu erreichen«-®i2Szfe^; Belichtungszeiten sind wünschenswert bei Aniog'rsphie oder bei Vaskularuntersuchungen. In weiten Kreisen der Medizin wird angenommen, daß Aufnahmen bei hoher Aufnahme_geseh'windigkeit, beispielsweise 600 Bildaufnahmen pro Minute, Aufklärung über viele zur Zeit nicht bekannte Erscheinungen des Yaskularsystemes liefern würden. Die Erfindung erlaubt den Bau von Röntgenröhren, die mit derartig hohen Aufnahmegeschwindigkeiten arbeiten.

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und. hat einen Brennfleck 22 an dem der- Kathode zugewendeten

24 ist die Kathodenzuführung am einen Ende der Röntgenröhre Die Anodenzuführung ist mit 26 bezeichnet. Ein Leiter 28 und ein leiter 30 führen zu den Elektradenzufühpungen 24 "bzw. 26. Die Leiter- 28, 30 sind mit einer Hochspannungsquelle 32 verbunden, die die gewünschte Spannung der Röntgenröhre liefert. Im "warliegenden lall kann die Hoehspannungsquelle 32 eine Spannung von 80 KY oder auch weniger liefern.

Laser-Senerator 28 ist außerhalb der Röntgenröhre 11 '■vorgesehen und erzeugt einen Laserstrahl 30. Zweekmäßigerweise wird der Laser-Grenerator von einer geeigneten Zeitsteuerung 33 ge steuert * so daß entsprechend erzeugte Laserstrahlimpulse 30 erhalten werden und die Belichtungszeiten ungefähr &iB.e Mikrös,eki*nde betragen· Sie SüeuervOirriehtung 33 ist so eingestellt,, daß ein kurzer impuls von einer· Zeitdauer τομ. einea? likrosekunde· gelieferfe wird;.,. Auf diese Weise läßt sieh die Zeitdauer des von der Kathode abgegebenen Kathodenstrahles sehr genau beatinmien«

Im Betrieb wird eine gewünschte Spannung durch die Hochspannungsquelle, 32 geliefert und an den Klemmen 24, 26 zur Wirkung gebracht;. Der Laser-Generator 28 ist so angeordnet

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daß der ausgesendete Laserstrahl 30 direkt auf die Kathode trifft. Der Lasergenerator wird so erregt, daß der Laserstrahl 30 für eine gewünschte Zeitdauer- abgestrahlt wird und eine Erhitzung der Kathode 18 zur Folge hat, so daß dieselbe Elektronen aussendet. Solange wie die Kathode durch den Laserstrahl erhitzt wird, bewirkt die angelegte Spannung einen Elektronenstrom 23 zur Anode und damit verbunden die Erzeugung von Röntgenstrahlen· Man kann daher mit hoher Genauigkeit ^

die von dem Brennfleck 22 der Anode 20abgegebeneRöntgen- · energie einsteilen·

Um eine möglichst gute Fokussierung der Röntgenstrahlen 25 zu erhalten, ist es wünschenswert, daß der Durchmesser des Brennfleckes 22 etwa 50/u beträgt. In Anbetracht der geringen Große des Brennfleckes 22 ist es möglich, Röntgenstrahlen 25 von sehr hoher Fokussierung zu erzeugen.

Vfewi der Elektronenstrahl 23 den kleinen Brennfleck 22 I

bombardiert, so findet eine Vakuumverdampfung der Anode 20 statt, weJL die Elektronenströmung 23 hohe Energie hat und der Brennfleck 22 außerordentlich Hein ist. Wenn es sich nur um e"inmalig verwendbare Röntgenröhren handelt, so wird eine Konstruktion bevorzugt, bei der eine starke Sublimation der Anode stattfindet. Wenn jedoch die Große der Anode 2o

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und die Größe des Brermfleckes 22 verhältnismäßig groß ist und sehr kurzzeitige Belichtungszeiten angestrebt werden» so vermeidet man Zweckmäßigerweise die Sublimation des Anodenmateriales, so daß die Röhre wiederholt verwendbar ist,

Patentansprüche;

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Claims (12)

Ib 2135 -.= -"■■■ - 9 - P a t e at a a s ρ r ü ehe

1. Blektronenröiirea-Änordnttiig mit einer Vakuumroare> die eiae Anode und eiae Kathode in■einem Vakuumgefäß enthält, d a d u r c h g e k e a a z, ei c ha et, daß außerhalb dee abgeschlossenea Yakuumgefäßes ein Strahlungsgeaerator so aageordaet ist, daß er.für die Zwecke der thermionisehea Einissioa die Kathode zu erhitzea gestattet«

2. Aaordauag aach Anspruch I* d ad u,r c h g e k e a a - ζ e ic h a e t _t' ■ daß das Vakuumgefäß aus Glas besteht.

3. Aaordauag nach Aaspruch T oder 2, d ad u r c h g e k e a a ζ ei e ha e t , daß Zeitsteuermittel vorgesehea siad, um die Zeitdauer der auf die Kathode gerichtetea Strahlung eatsprechead zu. bemeasea.

4» Aaordauag aach Anspruch 1 öder einem der folgeadea, dadurch g, e k e a a ζ ei c haet, daß der Strahlungsgeaerator eia Laser^Geaerator ist.

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5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode aus einem dünnen Draht besteht, auf dessen Yorderende der Brennfleck erzeugt wird.

6. Anordnung nach Anbruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwecke der Erzeugung

fc von Röntgenstrahlen eine Hochspannungsquelle zur Lieferung der Anodenspannung vorgesehen ist.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Elektronenstromes in einer Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Hochspannungsquelle eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode einer Vakuumröhre erzeugt und auf die Kathode ein Strähnigerichtet wird, der von einem außerhalb der Vakuumröhre vorgesehenen Strahlungsgenerator erzeugt wird und die Kathode zur Erzeugung thermionischer Elektronen erhitzt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der auf die Kathode gerichteten Strahlungsimpuls entsprechend bemessen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 »dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kathode und Anode eine Hochspannung für die Zwecke der Erzeugung von Röntgenstrahlen an der Anode zur

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Wirkung gebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß.der auf die Anode auftretende Elektronenstrom so gewählt wird, daß eine Sublimation an der Anode stattfindet.

11» Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, , dadurch gekennzeichnet, daß der StrahUngsgenerator ein Laser-Generator ist. "·-..-..... .

12. Röntgenröhre bestehend aus einem evakuierten G-iasgefäß mit einer Kathode, auf die-von einem außerhalb des Gefäßes angeordneten Strahlungsgenerator eine Strahlung gerichtet werden kann, dad ure h g e k e η η ζ eich η e t , daß die Anode aus einem dünnen Draht besteht und das der Kathode zugewendete Ende des Ahodendrahtes den Brennfleck bildet.

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L e e r s e i t e