DE1764174A1 - Roentgenroehre - Google Patents

Description

DlPL.-CHEM. JOACHIM DRESSLER PATENTANWALT

5KOLN-LlNDENTHAL-RADERSCHElDTSTRASSEa 1 / D 4 1 / 4

Köln, den 17· April 1968 Dr/ve 113/68

Tokyo Shibaura Co., Ltd.
Kawasaki-shi, Japan

¹¹ Röntgenröhre "

Diese Erfindung betrifft eine■Drehanoden-Röntgenröhre, genauer gesagt eine Drehanoden-Röntgenröhre zur Aussendung von Röntgenstrahlen aus der gesamten tellerförmigen Anodenoberfläche in radialer Richtung.

Eine Röntgenröhre, die Röntgenstrahlen aus der gesamten Anodentellerflache oder aus mehr als 3 punktförmigen Strahlungsquellen daraus aussendet, ermöglicht es, bequem und wirkungsvoll Risse und Nester auf der inneren Oberfläche zylindrischer Metallrohre und Fehler in Verbindungsstellen solcher Rohre zu erkennen. Wenn weiterhin eine Röhre, d.h. eine Strahlungsquelle, in einem Mittelpunkt angeordnet ist und darum herum ein zu bestrahlendes Objekt, wie z.B. beim Färben von EdeJsbeinen oder Kristallen, oder bei der Strahlungsbehandlung von Lebewesen oder Waren, können viele Dinge gleichzeitig bestrahlt werden, was den Anwendungsbereich der betreffenden Röntgenröhre bedeutend erweitert.

Bei den bisher hierzu verwendeten Röntgenröhren dieser Art war eine Röhre mit feststehender Anode in Gebrauch. Eine derartige Röhre ist so konstruiert, daß in einem luftdicht verschlossenen Kolben eine Anode in Form eines abgestumpften Kegels angebracht ist,

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dessen Seitenfläche als Target (Antikathode) ausgebildet ist, in einem Abstand zu und konzentrisch mit einer Kathode, die aus einem spiralförmigen Glühdraht gebildet wird, der konzentrisch mit der Mittelachse in einer fokussierenden Aussp-arung im Kopfteil der genannten Kathode befestigt ist. Dadurch werden die Elektronen, die der Glühdraht aussendet, in der genannten Aussparung fokussiert und es entsteht ein hohlzylinderförmiger Elektronenstrahl, der durch den Aufprall der Elektronen auf die gesamte Fläche des genannten Targets Röntgenstrahlen erzeugt.

In solchen Röntgenröhren prallen die Elektronen, die die Kathode aussendet, jedoch stets auf eine einzelne Zone oder Strahlungsfläche des gesamten Targets, da die Anode, wie oben gesagt, eine feststehende Anode ist, die luftdicht und unverrückbar fest mit dem Röhrenkolben verbunden ist. Daher wird die von den Elektronen getroffene Zone äußerst stark erhitzt, was ein Verdampfen der Anode zur Folge hat. Dadurch wird die Lebensdauer der Röntgenröhre verkürzt und ihre Wirksamkeit und Anwendungsmöglichkeit beeinträchtigt, vor allem da, wo Röntgenstrahlung hoher Leistung benötigt wird.

Da bietet sich der Gedanke einer Drehanode an. Aber da in der oben erwähnten Kathode ein Glühdraht, als Hauptteil der Kathode, konzentrisch um die Zentralachse angebracht ist, prallen die emittierten Elektronenstrahlen auf einen Teil der Targetoberfläche, wie es auch bei den Röhren mit feststehender Anode der Fall ist, unabhängig davon, daß die Anode rotiert. Somit können die oben erwähnten Fehler bei einer solchen Röhre nicht beseitigt werden, noch kann man eine Kennlinie der Drehanodenröhre erhalten.

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Röntgenröhre, bei der die Elektronenstrahlen auf die gesamte Röntgenstrahlen aussendende Anodenoberfläche fallen, wenn diese rotiert.

Weiterhin besteht die Erfindung in der Schaffung einer Röntgenröhre kompakter Bauart und hoher Leistungsabgabe.

Um diese Ziele zu erreichen, wird eine Elektronenstrahlenquelle, d.h. ein Glühdraht, gemäß der Erfindung auf eine Kurve angebracht, die einer gedachten Kurve entspricht, die einen kleinsten und einen größten Kreis verbindet; den Mittelpunkt dieser Kreise bildet die Drehachse der Anode als Mittelpunkt der Röntgenstrahlen aussendenden Zone. Der Glühdraht kann dabei auf der ganzen Länge oder in Abständen befestigt sein.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden verständlicher, wenn die beigefügten Zeichnungen mit der folgenden Beschreibung zusammengenommen werden.

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer Drehanoden-Röntgenröhre gemäß der Erfindung.

Fig. 2a zeigt den Grundriß des Unterteils einer Elektronen emittierenden Kathodenfläche dieser Röntgenröhre.

Fig. 2b zeigt die Oberseite dieser Anode und erklärt die Wirkung einer Röntgenstrahlen aussendenden Zone der Anode, entsprechend der Kathode in Fig. 2a.

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Pig. 3a zeigt die Oberseite einer Kathode und stellt eine andere Ausführungeform der Erfindung dar.

Fig. 3b zeigt die Oberseite dieser Anode und erklärt die Wirkung einer Röntgenstrahlen aussendenden Zone der Anode, entsprechend der Kathode in Fig. 3a.

Fig. 4a zeigt die perspektivische Ansicht einer Kathode und stellt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, und

Fig. 4b zeigt die Oberseite der Anode und erklärt die Wirkung der Röntgenstrahlen aussendenden Zone der Anode, entsprechend der Kathode in Fig. 4a.

Die in Fig. 1-3 einschließlich gezeigte Röntgenröhre besteht aus einem Kolben 1 aus Glas oder einem anderen geeigneten Material, an dessen einem Ende die Kathode und am anderen die Anode 3 angebracht ist. Die Anode 3 ist eine Drehanode und besitzt einen Drehkörper 4» der durch eine geeignete Haltevorrichtung (nicht gezeichnet) auf einem Schaft oder eins* Welle 5 befestigt ist, die von außerhalb des Kobens 1 durch eine Übliche Glas-Metall-Dichtung 6 hereinragt. Vom Rotor 4 zur Kathode 2 hin geht eine Welle 7$ die einen Targetkörper 8 trägt, der mit der Hutmutter 9 an der Welle 7 befestigt ist. Das Target 8 besteht vorzugsweise aus Wolfram oder einem anderen Metall hohen Atomgewichts, die Mutter 9 und die Welle 7 zweckmäßigerweise aus Molybdän oder einem anderen geeigneten Metall mit hoher Hochtemperaturfestigkeit. Es ist noch zu bemerken, daß das Target 8 so geformt ist, daß es eine kegelstumpfförmige TargetoberfLächenzone 10 und eine flache Mittelzone 11 besitzt, die sich rechtwinklig zur Welle 7 erstreckt.

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Die Kathode 2 besitzt eine Kopfzone 12 mit einer fokussierenden Höhlung oder spiralförmigen Aussparung 13, in der die Elektronenstrahlungsquelle angebracht ist, d.h. ein Glühdraht 14» der durch die Zuleitung 15 von einer Stromquelle gespeist wird. Der Glühdraht 14 und die Aussparung 13 sind so angeordnet, daß ein Elektronenstrahl l6 erzeugt und auf die Targetzone 10 der Anode fokussiert wird. Der Strahl 16 hat vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, wobei die längere Achse sich vertikal erstreckt, wie es Fig. 1 zeigt. Der Strahl ist weiterhin so fokussiert, daß er auf die Targetzone in der Brennzone 17 aufprallt. Vorzugsweise ist der Neigungswinkel der Targetzone 10 derart, daß, wie gezeigt, der Strahl 16 rechte Winkel bildet (Preferably, the angle of inclination of the target portion 10 is such that as viewed at right angles to the beam 16.). Die Brennzone 17 hat Schnecken- oder Spiralform und bedeckt eine geeignete Röntgenstrahlen aussendende Zone auf der Targetzone 10, wobei die Spirale vorzugsweise dieselbe Form hat, wie die Aussparung 13· Mit anderen Worten, das eine Ende der Brennzone 17 soll sich an einem gegebenen Minimalkreis 19 in einer Röntgenstrahlen aussendenden Zone 18 befinden, das andere Ende an einem Maximalkreis 20 der betreffenden Zone 18.

Xm folgenden soll nun die Wirkungsweise der so aufgebauten Röntgenröhre beschrieben werden. Sobald der Glühdraht 14 erhitzt ist, wird ein Elektronenstrahl 16 auf die Brennzone 17 des Targets 10 ausgesandt, und infolgedessen werden Röntgenstrahlen von der genannten Brennzone 17 radial nach außen abgestrahlt. Wenn nun der Elektronenstrahl 16 ununterbrochen für längere Zeit nur auf die Zone 17 aufprallt, wird diese Zone sehr hoch erhitzt. Unvorteilhafte Einflüsse verschiedener Art, wie sie eingangs der Beschreibung erwähnt

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wurden, sind bei einer solchen Röntgenröhre die Folge davon. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Welle 5 durch geeignete Mittel von außerhalb des Kolbens 1 in Umdrehung versetzt werden, der Targetkörper 8 rotiert mit der Umdrehung der Welle 5» und eine Zone, die von der strichpunktierten Linie in Fig. 2b umrahnt ist und der Brennzone 17 entspricht, wird verschoben, so daß der Elektronenstrahl immer auf einen anderen Teil der Röntgenstrahlen aussendenden Zone trifft (diese Zone ist von den punktierten Linien 19 und 20 in Fig. 2b eingerahmt).

Durch die oben beschriebene Rotation des Targets 8 läßt sich die Lage der Brennzone 17 über den ganzen Bereich der Röntgenstrahlen aussendenden Zone verteilen, so daß die ganze Zone für die Ausstrahlung wirksam wird. So läßt sich das Target 8 weiterdrehen, bevor eine Zone hoch erhitzt worden ist, wodurch es möglich wird, die Lebensdauer einer Röntgenröhre zu verlängern und kleine Röhren mit hoher Leistungsabgabe zu bauen.

Die Kathode muß nicht unbedingt die Spiralform eines einzelnen Glühdrahtes haben, wie es Fig. 2 zeigt, sondern kann wahlweise so wie in Fig. 3a ausgebildet werden, wo der GlUhdraht in 4 Teile geteilt ist und die Glühdrahtteile 24 bogenförmig in 4 fokussierenden Aussparungen 29 angebracht sind, die sich in dem Kopfteil 12 der Kathode 2 befinden. In diesem Fall müssen die Radien von der Mittelachse der Kathode zu den Enden von jedem GlUhdraht 24 untereinander etwas verschieden sein. Es läßt sich so die gleiche Wirkung erreichen, wenn die Glühdrahtteile auf einem Kreisbogen angebracht sind. Die Targetoberfläche 10, auf die der Elektronen-

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strahl aufprallt, wechselt nämlich infolge der Rotation der Anode 3 laufend die Röntgenstrahlen aussendende Zone, die durch die gestrichelten Linien angedeutet wird, und ein Einwirken der Elektronen auf immer dieselbe Targetzone tritt nicht ein. Vielmehr wird die Größe der Einwirkungszone beträchtlich erweitert. Und da jede Brennzone 27 als Kreisbogen entsprechend den Glühdrähten 24 ausgebildet ist, werden die Röntgenstrahlen von fast dem gesamten Targetteller abgestrahlt, ohne daß die Lage der genannten Zone 27 und der Glühdrähte 24 verändert wird, unabhängig von der Rotation der Anode.

Als eine weitere AusfUhrungsform kann die Kathode, wie in Fig. 4a gezeigt, aus einem Targetkörper 42 bestehen, der am Kopf eines Grundkörpers 21 angebracht ist, der wiederum in dem Glaskolben befestigt ist und Glühdrähte 45 in schalenförmigen Vertiefungen 44 an den Enden von 4 Armen 43 eines kreuzförmigen Teils besitzt, wobei die Arme untereinander verschieden lang sind. Wie Fig. 4b zeigt, prallt ein Elektronenstrahl von den Glühdrähten 45 auf die Brennzone 46, deren Lage sich über die gesamte Röntgenstrahlen aussendende Zone verteilt, wenn das Target 8 rotiert, und der Elektronenstrahl l6 prallt nicht dauernd auf die gleiche Stelle der genannten Zone. Im ganzen gesehen läßt sich auf Grund der Rotation der Anode 3 die Röntgenstrahlen aussendende Zone erweitern und Röntgenstrahlen werden von 4 Stellen der Anode 3 emittiert. In dieser Ausführungsform bilden benachbarte Arme 43 einen Winkel von 90 miteinander, jedoch kann entsprechend dem Verwendungszweck der Winkel verändert werden. Weiterhin können die Glühdrähte

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untereinander in Serie oder parallel geschaltet sein. Im Fall der Parallelschaltung ist es zweckmäßig, wenn durch geeignete Maßnahmen auch nur ein einzelner GlUhdraht eingeschaltet werden kann. Eine Röntgenröhre dieser Ausführung hat im Vergleich mit · einer Röntgenröhre, die wie in Fig. 1-3 auf dem gesamten Anodenteller ausstrahlt, eine höhere Leistungsabgabe und ist zweckmäßiger, Wenn keine Strahlung der gesamten Oberfläche benötigt wird.

Vorstehend wurden einige bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung beschrieben; sie ist aber dadurch nicht begrenzt und umfaßt jede Modifikation und Abänderung, die in den Bereich dieser Erfindung fällt, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt ist.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Röntgenröhre bestehend aus einem Kolben, in dem eine Kathode und eine Drehanode einander gegenüberliegend angeordnet sind, wdEi die Drehanode ein konzentrisch zu ihrer Achse angeordnetes kegelstumpfförmiges Target mit einer Röntgenstrahlen aussendenden Zone aufweist, die den Elektronenquellen der Kathode gegenüber liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquellen in der Kathode auf einer Kurvenlinie angeordnet sind, die einen inneren Begrenzungskreis mit einem äußeren Begrenzungskreis so verbindet, daß jeder Bereich der Röntgenstrahlen aussendenden Zone bei einer Umdrehung der Anode wenigstens ein Mal von den Elektronenstrahlen getroffen wird.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode einer Mehrzahl von Elektronenquellen aufweist, die zwischen dem inneren Begrenzungskreis und dem äußeren Begrenzungskreis angeordnet sind.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle als Spirale ausgebildet ist, die in einer fokussierenden Nut angeordnet ist.

4· Röntgenröhre nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquellen punktförmig sind.

Patentanwalt

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