DE19500733A1 - Röntgenstrahleranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahleranordnung mit ei­ ner in einem mit einem Kühlmedium gefüllten Schutzgehäuse aufgenommenen Röntgenröhre mit Zuleitungen für den Anoden­ strom und den Kathodenheizstrom, wobei in wenigstens eine der Zuleitungen ein elektrisches Bauteil geschaltet ist.

Bei dem elektrischen Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Heiztransformator für den Kathodenheizstrom handeln. Auch kann es sich bei dem elektrischen Bauteil um eine Dämp­ fungswiderstandsanordnung, die aus einem oder mehreren Wider­ ständen bestehen kann, handeln. Solche Dämpfungswiderstands­ anordnungen werden heute zum Teil bereits standardmäßig vor­ gesehen, um bei Spannungsüberschlägen in der Röhre eine Lei­ stungsbegrenzung zu erreichen. Weiter kann es sich bei dem elektrischen Bauteil beispielsweise um eine Diode handeln. Gewöhnliche elektrisch Leitungen, die nur der Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung dienen, sollen übrigens nicht als elektrische Bauteile im Sinne der Erfindung ver­ standen werden.

Bei bekannten Röntgenstrahleranordnungen der eingangs genann­ ten Art ist das elektrische Bauteil gemeinsam mit der Rönt­ genröhre in dem Schutzgehäuse oder gemeinsam mit dem Hoch­ spannungsgenerator in dem Generatorgehäuse aufgenommen (siehe EP 0 416 696 B1, US-PS 1 957 436, US-PS 2 808 517, US-PS 4 920 554), wobei aufgrund der anliegenden Hochspannung in beiden Fällen im jeweiligen Gehäuse ein elektrisch iso­ lierendes Medium als Kühlmedium vorgesehen ist.

Bei derartigen Röntgenstrahleranordnungen kommt es immer wie­ der zu Spannungsüberschlägen zwischen dem Schutzgehäuse und den darin aufgenommenen Komponenten und gelegentlich auch zu Spannungsüberschlägen zwischen dem Generatorgehäuse und den darin aufgenommenen Komponenten. Außerdem führt ein Ausfall des elektrischen Bauteils zum Ausfall des gesamten Röntgen­ strahleranordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenstrah­ leranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gefahr von Ausfällen der Röntgenstrahleranordnung zumin­ dest vermindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genstrahleranordnung mit einer in einem mit einem Kühlmedium gefüllten Schutzgehäuse aufgenommenen Röntgenröhre mit Zu­ leitungen für den Anodenstrom und den Kathodenheizstrom, wobei der Anodenstrom von einem Hochspannungsgenerator gelie­ fert wird, der in einem von dem Schutzgehäuse zumindest volu­ menmäßig getrennten Generatorgehäuse aufgenommen ist, und wobei in wenigstens eine der Zuleitungen ein elektrisches Bauteil geschaltet ist, das in einem sowohl von dem Innenraum des Schutzgehäuses als auch dem des Generatorgehäuses ge­ trennten, mit einem elektrisch isolierende Medium gefüllten Volumen aufgenommen ist. Es wird so erreicht, daß bei Ausfäl­ len des elektrischen Bauteils nicht mehr die gesamte Röntgen­ strahleranordnung ausfällt. Außerdem wird erreicht, daß sich der Austausch des elektrischen Bauteils einfacher gestaltet, da nicht mehr das Schutz- bzw. Generatorgehäuse geöffnet wer­ den muß. Weiter wird erreicht, daß Störungen, die bei bekann­ ten Röntgenstrahleranordnungen dadurch zustande kommen, daß das in dem Schutzgehäuse befindliche Kühlmedium auch zur Iso­ lation dienen muß, um Spannungsüberschläge zwischen dem elek­ trischen Bauteil und dem Schutzgehäuse zu vermeiden, nicht mehr auftreten können. Es ist also möglich, das Kühlmedium für das Schutzgehäuse im wesentlichen allein unter kühltech­ nischen Gesichtspunkten auszuwählen, da die Gefahr von Span­ nungsüberschlägen zwischen der Röntgenröhre und dem Schutzge­ häuse normalerweise nur gering ist. Unter Umständen muß das Kühlmedium sogar gar keine Isoliereigenschaften aufweisen. Andererseits kann das isolierende Medium für das das elektri­ sche Bauteil aufnehmende Volumen im wesentlichen im Hinblick auf die erforderlichen Isoliereigenschaften ausgewählt wer­ den. Die Auslagerung des elektrischen Bauteiles in ein zu­ sätzliches Volumen erleichtert übrigens im Störfall auch die Fehlersuche. Es kommt hinzu, daß durch die Auslagerung des elektrischen Bauteiles in ein getrennt es Volumen eine ther­ modynamische Entkopplung der Innenräume des Schutz- und des Generatorgehäuses von dem Volumen erreicht wird, der sich in einer erhöhten Zuverlässigkeit der Röntgenstrahleranordnung auswirkt. Obwohl grundsätzlich auch die Möglichkeit besteht, das Schutzgehäuse so auszubilden, daß es einen die Röntgen­ röhre aufnehmenden Innenraum und ein von diesem getrenntes, das elektrische Bauteil aufnehmendes Volumen aufweist, ist im Interesse eines geringen technischen Aufwandes und eines ge­ ringeren Bauraumbedarf es des Schutzgehäuse gemäß einer bevor­ zugten Variante der Erfindung vorgesehen, daß das Volumen als von dem Schutzgehäuse getrennter Tank ausgeführt ist. Unter einer zumindest volumenmäßigen Trennung des Generatorgehäuses von dem Schutzgehäuse ist zu verstehen, daß es sich bei den beiden Gehäusen um völlig getrennte Gehäuse handelt oder daß für den Fall, daß es sich bei den beiden Gehäusen um Kammern eines einzigen Gehäuses handelt, zumindest keine Verbindung zwischen den Kammern besteht, sondern diese gegeneinander abgedichtet sind.

Bei dem elektrischen Bauteil kann es sich um eine einen oder mehrere Dämpfungswiderstände aufweisende Dämpfungswider­ standsanordnungen handeln, die in eine der Zuleitungen für den Anodenstrom geschaltet ist. Es kann sich bei dem elektri­ schen Bauteil aber auch um einen Heiztransformator handeln, der in die Zuleitungen für den Kathodenheizstrom geschaltet ist. In letzterem Falle ist es besonders zweckmäßig, eine eventuell in die kathodenseitige Zuleitung für den Anoden­ strom geschaltete Dämpfungswiderstandsanordnung in einem ge­ meinsamen Volumen mit dem Heiztransformator unterzubringen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Röntgenstrah­ leranordnung ist in der einzigen Figur grob schematisch dar­ gestellt.

Die Fig. 1 zeigt einen Röntgenstrahler, der ein mit einem beispielsweise flüssigen Kühlmittel gefülltes Schutzgehäuse und eine darin angeordnete erfindungsgemäße Röntgenröhre 2 aufweist. Letztere ist als Drehanoden-Röntgenröhre ausgebil­ det und weist demgemäß einen Anodenteller 3, eine festste­ hende Glühkathode 4 und einen Motor zum Antrieb der Drehanode auf. Der Motor ist als Kurzschlußläufermotor ausgebildet und weist einen drehfest mit dem Anodenteller 3 verbundenen Rotor und einen im Bereich des Rotors 5 auf das Vakuumgehäuse 6 aufgesetzten Stator 7 auf. Der Anodenteller 3 und der Rotor 5 sind in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise an einem in das als aus mehreren Teilen zusammengefügtes Me­ tall/Keramik-Gehäuse ausgeführte Vakuumgehäuse 6 der Röntgen­ röhre 2 vakuumdicht eingesetzten Isolator 8 drehbar gelagert angebracht.

Das Vakuumgehäuse 6, das in bezug auf die Mittelachse M der Röntgenröhre 2, die zugleich die Drehachse des Anodentellers 3 und des Rotors 5 ist, im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wenn man von einem in Fig. 1 oberen Bereich des Vakuumgehäuses 6 exzentrisch angebrachten Gehäuseansatz 6a absieht. In den Gehäuseabschnitt 6a ist ein Isolator 9 vakuumdicht eingesetzt, der die Glühkathode 4 trägt, die in dem Fokussierungsschlitz eines schematisch angedeuteten Kathodenbechers 10 aufgenommen ist.

Der im Betrieb von der Glühkathode 4 ausgehende Elektronen­ strahl E trifft auf die kegelstumpfförmige Auftrefffläche des Anodentellers 3 auf. Von der Auftreffstelle geht ein Röntgen­ strahlenbündel aus, von dem in der Fig. 1 nur der Zentral­ strahl Z angedeutet ist. Das Nutzröntgenstrahlenbündel tritt durch in dem Vakuumgehäuse 6 und dem Schutzgehäuse 1 vorge­ sehene Strahlenaustrittsfenster 11 bzw. 12.

Die Anschlüsse für die Röhrenspannung befinden sich einer­ seits im Bereich des Gehäuseansatzes 6a, wo die Anschlußdräh­ te der Glühkathode vakuumdicht durch den Isolator 4 nach außen geführt sind und andererseits im in Fig. 1 unteren Be­ reich des Vakuumgehäuses, und zwar im Bereich des Bodens 8, der mit der Anode 3 in elektrisch leitender Verbindung steht. Im Bereich des Bodens 8 ist das Vakuumgehäuse 3 in nicht nä­ her dargestellter Weise derart nach Art eines Kupplungsteiles ausgebildet, daß es mit einem an einem schematisch angedeute­ ten Kabel 13 angebrachten, ebenfalls schematisch angedeuteten Stecker 14 nach Art einer Steckverbindung zusammenwirken kann. Die Drehanode ist über einen mit dem Mittelleiter des als Koaxialkabel ausgeführten Hochspannungskabels 13 verbunde­ nen, in dem Isolator 8 in an sich bekannter Weise längsver­ schieblichen Kontaktstift auf positive Hochspannung +U, z. B. +65 kV, gelegt. Das Vakuumgehäuse 3 liegt auf Erdpotential 15.

Da es sich bei der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 um eine soge­ nannte zweipolige Röntgenröhre handelt, ist demnach über ein strichliert angedeutet es Hochspannungskabel 16 ist dem einen Anschlußdraht der Glühkathode 4 negative Hochspannung -U, z. B. -65 kV, zugeführt. Außerdem liegt zwischen den beiden Anschlußdrähten der Glühkathode 4 die Heizspannung U_H.

Bei dem Hochspannungskabel 16 handelt es sich vorteilhafter­ weise - wie im Falle des in der Figur dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels - aber nicht notwendigerweise um ein Triaxial­ kabel, das mit einem schematisch angedeuteten Stecker 17 ver­ sehen ist, der mit der im Bereich des Gehäuseansatzes 6a nach Art eines Kupplungsteiles ausgebildeten Röntgenröhre 2 nach Art einer Steckverbindung zusammenwirkt.

Das Schutzgehäuse 1 ist übrigens derart ausgebildet, daß die mit den Steckern 14 und 17 zusammenwirkenden Bereiche der Röntgenröhre durch in dem Schutzgehäuse 1 vorgesehene Öffnun­ gen 18 bzw. 19 nach außen ragen. Um den Austritt des in dem Schutzgehäuse 1 befindlichen Kühlmittels zu verhindern, sind entsprechende Abdichtmaßnahmen getroffen.

Außer dem beschriebenen Röntgenstrahler umfaßt die erfin­ dungsgemäße Röntgenstrahleranordnung zwei Tanks 20, 21, die jeweils mit einem elektrisch isolierenden Medium, beispiels­ weise Isolieröl, gefüllt sind und zum Betrieb des Röntgen­ strahlers erforderliche elektrische Bauteile enthalten. Es handelt sich hierbei um zwei Dämpfungswiderstandsanordnungen 22, 23, die zur Leistungsbegrenzung bei Spannungsüberschlägen dienen, sowie um einen Heiztrafo 24, der zur Versorgung der Glühkathode 4 mit Heizstrom erforderlich ist. Die Dämpfungs­ widerstandsanordnungen 22, 23 können einen einzigen oder wie im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels mehrere Dämp­ fungswiderstände enthalten. Im Falle des dargestellten Aus­ führungsbeispiels sind die Dämpfungswiderstände 22a bis 22e bzw. 23a bis 23c der Dämpfungswiderstandsanordnungen 22, 23 parallelgeschaltet; auch Serienschaltungen sind möglich.

Da sich die Anschlüsse für die Röhren- und Heizspannung, die Dämpfungswiderstandsanordnungen 22 und 23 sowie der Heiz­ transformator 24 außerhalb des wie das Vakuumgehäuse 6 auf Massepotential 15 liegenden Schutzgehäuses 1 befinden hat das in dem Schutzgehäuse 1 enthaltene Kühlmedium keinerlei elek­ trische Isolationsaufgaben zu übernehmen.

In dem Tank 20 ist die der Anodenseite der Röntgenröhre 2 zu­ geordnete Dämpfungswiderstandsanordnung 22 aufgenommen. In dem Tank 21 ist die der Kathodenseite der Röntgenröhre 1 zu­ geordnete Dämpfungswiderstandsanordnung 23 gemeinsam mit dem Heiztrafo 24 aufgenommen.

Die Verbindung der in den Tanks 20, 21 aufgenommenen elektri­ schen Bauteile 22 bzw. 23, 24 mit der Röntgenröhre erfolgt über die beiden Hochspannungskabel 14, 16, die, wie schema­ tisch angedeutet ist, auch an ihren tankseitigen Enden mit Steckern 25, 26 versehen sind, die mit entsprechenden den Tanks 20, 21 zugeordneten Kupplungsteilen zusammenwirken. Die Tanks 20, 21 weisen jeweils ein weiteres Kupplungsteil auf, das mit einem Stecker 27 bzw. 28 von zwei Hochspannungskabeln 29, 30 zusammenwirkt, die die Verbindung mit dem in der Fig. schematisch angedeuteten Hochspannungsgenerator 31 herstel­ len, der die zum Betrieb der Röntgenröhre erforderlichen Hochspannung erzeugt und den Anodenstrom liefert. Der Hoch­ spannungsgenerator 31 ist in einem mit 32 bezeichneten Gene­ ratorgehäuse auf genommen, dessen Innenraum sowohl von dem der Tanks 20, 21 als auch dem des Schutzgehäuses 1 getrennt und mit einem geeigneten, vorzugsweise flüssigen Kühl- und/oder Isoliermittel gefüllt ist.

Es besteht also keinerlei Gefahr, daß es innerhalb des Schutzgehäuses 1 oder des Generatorgehäuses 32 zu Spannungs­ überschlägen kommt. Die thermodynamische Entkoppelung, die durch die Trennung der die elektrischen Bauteile 22 bis 24 enthaltenden Volumina von dem Innenraum des Schutzgehäuses 1 und dem des Generatorgehäuses 32 erreicht wird, erhöht die Zuverlässigkeit der gesamten Röntgenstrahleranordnung. Zudem wird im Störungsfalle die Fehlersuche erleichtert.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles befinden sich die die elektrischen Bauteile 22 bis 24 aufnehmenden Vo­ lumina in von dem Schutzgehäuse 1 und dem Generatorgehäuse 32 völlig getrennt ausgeführten Tanks 20, 21. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, das Schutzgehäuse 1 oder das Generatorgehäuse 32 so auszuführen, daß es außer dem die Röntgenröhre 2 bzw. den Hochspannungsgenerator aufnehmenden Innenraum zumindest einen von diesem flüssigkeitsdicht ge­ trennen zusätzlichen Hohlraum zur Aufnahme eines oder mehre­ rer elektrischer Bauteile aufweist, wobei sich dann u. U. nur in dem wenigstens einen Hohlraum ein elektrisch isolierendes Medium befinden muß.

Wie bereits erwähnt, muß im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß der Figur das in dem Schutzgehäuse 1 befindliche Kühl­ medium keine elektrischen Isoliereigenschaften aufweisen, da das Vakuumgehäuse 6 der Röntgenröhre 2 und das Schutzgehäuse 1 auf dem gleichen elektrischen Potential liegen und die An­ schlüsse für die Röhren- und Heizspannung außerhalb des Schutzgehäuse 1 liegen. Wie eingangs erläutert, ist die Er­ findung aber auch bei solchen Röntgenstrahleranordnungen von Vorteil, wo ein Anschluß oder beide Anschlüsse für die Röh­ ren- und Heizspannung innerhalb des Schutzgehäuse 1 liegen, da dann z. B. die Gefahr von Ausfällen des Röntgenstrahlers vermindert ist, Störungen leichter zu beseitigen sind, eine thermodynamische Entkoppelung vorliegt und der Bauraumbedarf des Schutzgehäuses geringer ist.

Es versteht sich, daß nicht kathoden- und anodenseitig elek­ trische Bauelemente vorgesehen sein müssen, sondern daß sich die Anwesenheit solcher Bauelemente auf die Kathoden- oder Anodenseite beschränken kann. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn bei eine Röntgenstrahleranordnung mit einer sogenannten einpoligen Röntgenröhre gemäß der Erfindung ausgeführt wird; es genügt dann in der Regel kathodenseitig eine Dämpfungs­ widerstandsanordnung und erforderlichenfalls einen Heiztrans­ formator vorzusehen.

Außerdem müssen kathoden- und/oder anodenseitig vorgesehene elektrische Bauelemente nicht notwendigerweise in getrennten Tanks untergebracht werden. Allerdings können sich bei Unter­ bringung dieser Bauelemente in einem gemeinsamen Tank Proble­ me hinsichtlich der Spannungsfestigkeit ergeben, da dann als potentialunterschied die gesamte Röhrenspannung wirksam ist.

Ebenso kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit Röntgen­ strahleranordnungen Verwendung finden, die anstelle einer Röntgenröhre mit Drehanode eine Röntgenröhre mit Festanode enthalten.

Claims (6)

1. Röntgenstrahleranordnung mit einer in einem mit einem Kühlmedium gefüllten Schutzgehäuse (1) aufgenommenen Röntgen­ röhre (2) mit Zuleitungen für den Anodenstrom und den Katho­ denheizstrom, wobei der Anodenstrom von einem Hochspannungs­ generator (31) geliefert wird, der in einem von dem Schutzge­ häuse (1) zumindest volumenmäßig getrennten Generatorgehäuse (32) aufgenommen ist, und wobei in wenigstens eine der Zulei­ tungen ein elektrisches Bauteil (22, 23, 24) geschaltet ist, das in einem sowohl von dem Innenraum des Schutzgehäuses (1) als auch dem des Generatorgehäuses (32) getrennten, mit einem elektrisch isolierende Medium gefüllten Volumen aufgenommen ist.

2. Röntgenstrahleranordnung nach Anspruch 1, bei der das Vo­ lumen als von dem Schutzgehäuse (1) getrennter Tank (20, 21) ausgeführt ist.

3. Röntgenstrahleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der als elektrisches Bauteil eine Dämpfungswiderstandsanordnung (22, 23) vorgesehen ist, die in eine der Zuleitungen für den Anodenstrom geschaltet ist.

4. Röntgenstrahleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der als elektrisches Bauteil ein Heiztransformator (24) vorgesehen ist, der in die Zuleitungen für den Kathodenheiz­ strom geschaltet ist.

5. Röntgenstrahleranordnung nach Anspruch 4, bei der in die kathodenseitige Zuleitung für den Anodenstrom eine Dämpfungs­ widerstandsanordnung (23) geschaltet ist, die in einem ge­ meinsamen Volumen mit dem Heiztransformator (24) aufgenommen ist.

6. Röntgenstrahleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Röntgenröhre (2) einen Anschluß für eine Zuleitung für den Anoden- oder Kathodenstrom aufweist, der ein von dem des Schutzgehäuses (1) abweichendes Potential führt und sich außerhalb des Schutzgehäuses (1) befindet.