DE19536917C2 - Röntgenstrahlungsquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlungsquelle in Form einer Röntgenröhre mit einer Anode aus Metall, insbesondere für die Verwendung in der Röntgenfluores­ zenzanalytik.

Eine Röntgenstrahlungsquelle in Form einer Röntgenröhre mit einer Anode aus Metall oder einer Metallegierung ist aus der DE-AS 12 70 192 bekannt. Bei dieser Röntgenröhre ist ein Drehanoden-Verbundteller vorgesehen, der eine Elektronenaufprallfläche in Form einer Schicht aus einer Metall-Rhenium- Legierung aufweist. Mit dieser gesonderten Elektronen­ aufprallfläche aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung in Verbindung mit dem eigentlichen Anodenkörper aus Molyb­ dän soll ein möglichst kurzer Wärmeleitungsweg von der Elektronenaufprallfläche zum Molybdän-Tragkörper erreicht werden. Die bekannte Rönt­ genstrahlungsquelle soll gegenüber den bis dahin bekannten Anoden aufgrund der größeren Wärmeleitfähigkeit und der größeren Wärmekapa­ zität eine längere Lebensdauer der Röntgenröhre ermög­ lichen, da die Strahlenausbeute der Röntgenröhre in Abhängigkeit von der Anzahl gleichartiger Belastungen wesentlich langsamer abnimmt als bei auf Verbundtellern angeordneten Elektronenaufprallflächen aus reinem Wolfram.

Aus der DE 27 19 408 A1 ist eine Röntgenröhre bekannt, die eine Anöde aus hochschmelzendem Metall aufweist, bei der eine Oberflächenschicht aus einer ternären Legierung aus Wolfram und Molybdän-Teilchen besteht und bei der darauf eine vollständige Schicht aus Rhenium (unter Bildung einer wahren und homogenen Legierung) aufge­ bracht ist. Auch die aus diesem Dokument bekannte Anode soll gute thermische Eigenschaften und einen geringen Dampfdruck aufweisen.

Aus der US 3 328 626 ist eine Anode bekannt, die aus Wolfram besteht. Lediglich der Kern der bekannten Drehanode besteht aus einer Molybdän-Wolfram-Legierung, wobei der Kern der Anode für die Erzeugung der Röntgen­ strahlung keine Rolle spielt, sondern einzig und allein die Beschichtung aus reinem Wolfram. Mit dieser Anode soll gegenüber den bis dahin bekannten Anoden eine einfachere Herstellung und ein geringeres Gewicht ermöglicht werden.

Aus der DE 35 24 379 A1 ist eine Röntgenröhre mit einer Mischanode bekannt, die mehrere Röntgenlinien aussendet, die anschließend mit einem variablen Monochromator ausgewählt werden können.

In der Röntgenfluoreszenzanalytik und in der Röntgen­ diffraktometrie ist die Verwendung monoenergetischer Primärstrahlung mit großen Vorteilen verbunden bzw. für eine Reihe von Untersuchungen unumgänglich. Die Forde­ rung nach monoenergetischer Anregung führt in der Röntgenanalytik jedoch zu funktionellen Einschränkungen, weil beispielsweise in der Röntgenfluoreszenzanalytik mit bisherigen Anwendungen nur ein Teil der Elemente mit einer einzigen Anregungsenergie angeregt werden kann.

In der DE 44 02 113 A1 ist beschrieben worden, wie mit Hilfe einer verstellbaren Multilayer-Anordnung aus einem Primärspektrum einzelne Energiebereiche zur Anregung einer Untersuchungsprobe ausgewählt werden können.

Sieht man jedoch von Synchrotronbeschleunigern als Strahlenquelle wegen ihrer mangelnden Verfügbarkeit und der extremen Kosten ab, so bleiben als Röntgenquellen nur Röntgenanoden. Für höchste Leistungen werden dabei Drehanoden eingesetzt, weiter verbreitet sind jedoch feste Anoden in Röntgenröhren. Sowohl Drehanoden als auch feste Anoden senden einzelne Linien bestimmter Energien aus, die charakteristisch sind für das jewei­ lige Element, aus dem die Anode gefertigt ist. Mit der in der DE 44 02 113 A1 angegebenen Lösung können die Energien ausgewählt werden, die von dem Element, aus dem die Anode besteht, emittiert werden. Aus physikalischen Gründen kann ein einzelnes Element als Anodenmaterial nicht ausreichend viele Energien mit ausreichender Intensität bereitstellen, um das ganze Periodensystem der Elemente effektiv anzuregen.

Es gibt zur Zeit weltweit nur eine verhältnismäßig geringe Zahl von Herstellern von Röntgenfluoreszenz- Analysegeräten. Diese Hersteller bieten ihre Geräte entweder mit einer Wolfram-Anode nur für einen einge­ schränkten Elementbereich an, z. B. für die Elemente der Ordnungszahlen von Aluminium (13) bis Zink (30), oder sie verzichten auf optimale Anregung dieser Elemente zugunsten eines erweiterten Elementbereichs durch Auswahl der Molybdän K_α-Linie mit 17,5 keV Anregungs­ energie, oder sie rüsten ihr Produkt zur optimalen Erfassung einer größeren Zahl von Elementen mit zwei getrennten Anregungssträngen aus, d. h. sowohl mit einer Wolfram-, als auch mit einer Molybdän-Anode und den dazugehörigen Spannungsversorgungseinrichtungen. Der Nachteil der bekannten Röntgenstrahlungsquellen liegt darin, daß sie entweder einen eingeschränkten Arbeits­ bereich (Wolfram-Anode) haben und keine optimale Anre­ gung für die Übergangselemente (Molybdän-Anode) bieten, oder teuer und voluminös (2 Röhren-Lösung) sind.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bereitstellbarkeit von Röntgenlinien aus einer Röntgen­ anode so zu erweitern, daß in einer Röntgenstrahlungs­ quelle an sich bekannter Bauart, die nur über eine einzige Röntgenanode verfügt, echte Multielementanalysen z. B. in der Röntgenfluoreszenzspektroskopie auf einfache Weise und damit kostengünstig möglich sind.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Röntgenstrahlungsquelle in Form einer Röntgenröhre für die Röntgenfluoreszenzanalytik mit einer Anode aus Metall, welches aus einer Mischung von Molybdän und Wolfram besteht.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet vorteilhafterweise die Bereitstellung einer Mehrzahl von Röntgenlinien zur Anregung einer Mehrzahl von Anregungsenergien. Bei der Mischung der die Anode bildenden Metalle können grund­ sätzlich alle stabilen Metallmischungen als Anodenmate­ rial herangezogen werden, deren Ordnungszahlen eine ausreichende Differenz aufweisen und die als Mischung über einen ausreichend hohen Schmelzpunkt und gute Wärmeleitfähigkeit verfügen.

Vorteilhafterweise kann die Mischung der Metalle auch in Form einer Legierung gebildet werden. Auch hier gilt, daß die Legierung über einen ausreichend hohen Schmelz­ punkt und gute Wärmeleitfähigkeit verfügt und alle stabilen Metallmischungen herangezogen werden können, deren Ordnungszahlen eine ausreichende Differenz haben.

In Versuchen ist gefunden worden, daß eine Legierung aus etwa gleichen Teilen, insbesondere aus Molybdän und Wolfram, zur Ausbildung der Anode außerordent­ lich geeignet ist. Neben dem durch die hohe Ordnungszahl des Elements Wolfram starken Bremsstrah­ lungsanteil werden von einer derartigen Legierung noch 3 intensive Röntgenlinien emittiert (8,4 keV, 10 keV und 17,4 keV), die zur Anregung verwendet werden können.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiden Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Röntgensignal einer Menge von 1 ng Nickel, angeregt durch eine W-L_β (10 keV) - Einstellung eines Instruments, und

Fig. 2 das entsprechende Röntgenspektrum von 1 ng Blei, angeregt durch eine Mo-K_α Einstellung.

Aus den Fig. 1 und 2 sind Röntgenspektren ersichtlich, die mit einer Röntgenstrahlungsquelle gemäß der Erfindung erzeugt worden sind. Dabei wurde eine Röntgenröhre mit einer legierten Mo/W-Anode ausgerüstet, wobei die Röntgenspektren in verschiedenen Einstellungen gewonnen wurden. In Fig. 1 ist das Röntgensignal einer Menge von nur 1 ng Nickel, angeregt durch eine W-L_β (10 keV) - Einstellung des mit der erfindungsgemäßen Anode ausgerüsteten Elements, gezeigt. Fig. 2 zeigt das entsprechende Röntgenspektrum von 1 ng Blei, angeregt durch eine Mo-K_α Einstellung. In beiden Fällen wurde eine Nachweisgrenze unter 1 pg erzielt.

Claims (3)

1. Röntgenstrahlungsquelle in Form einer Röntgenröhre für die Röntgenfluoreszenzanalytik mit einer Anode aus Me­ tall, welches aus einer Mischung von Molybdän und Wolfram besteht.

2. Röntgenstrahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mischung eine Legierung ist.

3. Röntgenstrahlungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Wolfram zu Molybdän 1 : 1 ist.