DE19640275C2 - Röntgenstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Schutzgehäuse, eine in diesem an­ geordnete Röntgenröhre und eine im Betrieb des Röntgenstrah­ lers verschlossene evakuierte Kammer aufweist, die von der Flüssigkeit durch eine flüssigkeitsundurchlässige, die Diffu­ sion von aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gasmolekülen er­ laubende Wand getrennt ist.

Ein derartiger Röntgenstrahler ist aus der DE 41 01 777 C2 bekannt, dessen Schutzgehäuse mit Isolieröl gefüllt ist. Da­ bei ist die Kammer vorgesehen, um den Wasserstoff aus dem Isolieröl zu entfernen, der dadurch entsteht, daß sich das Isolieröl unter der Einwirkung von Röntgenstrahlung zersetzt. Der Wasserstoff muß aus dem Isolieröl entfernt werden, um die Bildung von Gasblasen zu vermeiden, da diese die Isolierwir­ kung des Isolieröls herabsetzen würden, so daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen bestünde.

Im Falle des bekannten Röntgenstrahlers herrscht in der Kam­ mer ein Druck, der geringer als der niedrigste in dem in dem Schutzgehäuse enthaltenen Isolieröl vorliegende Gas-Partial­ druck eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases ist, so daß die zu entfernenden Gasmoleküle durch die Wand in die Kammer diffundieren. Weniger positiv an dieser Anordnung ist, daß in der Kammer ein Unterdruck aufrecht erhalten werden muß, der je nach Größe der Fläche der Wand in der Größenord­ nung von unter 0,05 bar liegen kann. Zur Aufrechterhaltung dieses Unterdruckes muß ein erheblicher Aufwand getrieben werden. Unter anderem wird eine kostspielige Vakuumpumpe be­ nötigt, die außerdem wertvollen Bauraum beansprucht. Zwar kann bei Vergrößerung der Fläche der Wand der Druck in der Kammer bis dicht unter den maßgeblichen Gas-Partialdruck an­ gehoben werden, jedoch steigt durch die Vergrößerung der Flä­ che der Wand der von der Wand beanspruchte Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenstrah­ ler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es auf einfache und kostengünstige Weise sowie bei geringem Bauraum­ bedarf möglich ist, die in dem Schutzgehäuse enthaltene Flüs­ sigkeit zu entgasen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Röntgen­ strahler gelöst, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Schutzgehäuse, eine in diesem angeordnete Röntgenröhre und eine im Betrieb des Röntgenstrahlers verschlossene evakuierte Kammer aufweist, die von der Flüssigkeit durch eine flüssig­ keitsundurchlässige, die Diffusion von aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gasmolekülen erlaubende Wand getrennt ist und ein Getter zur Aufnahme der aus der Flüssigkeit zu entfernen­ den Gasmoleküle enthält.

Es muß also lediglich von Zeit zu Zeit, nämlich dann, wenn die Gasaufnahmefähigkeit des Getters erschöpft ist, eine Vakuum­ pumpe an die Kammer angeschlossen und das Getter ausgeheizt werden. Durch das Ausheizen werden die in dem Getter enthal­ tenen Gase ausgetrieben und mittels der Vakuumpumpe werden diese aus der Kammer entfernt. Im Anschluß an diese Prozedur, die übrigens auch bei der ersten Inbetriebnahme des Röntgen­ strahlers stattfindet, liegt in der Kammer gemäß einer Vari­ ante der Erfindung ein Druck vor, der geringer als der nied­ rigste in der in dem Schutzgehäuse enthaltenen Flüssigkeit vorliegende Gas-Partialdruck eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases ist. Zum Durchführen dieser Prozedur sind in der Kammer Mittel zum Ausheizen des Getters angeordnet und die Kammer weist einen Anschluß für Mittel zum Evakuieren der Kammer auf.

Die Verwendung von Gettern zur Beseitigung von unerwünschten Substanzen aus einem abgeschlossenen Raum ist beispielsweise im Zusammenhing mit der Herstellung von Lichtquellen aus der US 5 130 047 A bekannt. Hier befindet sich das Getter in demjenigen Raum, aus dem die Substanzen ursprünglich zu entfernen sind, und nicht in einem anderen Raum, in den sie zunächst durch einen Diffusionsvorgang gelangen müssen.

Das Ausheizen von Gettern ist aus der US 4 668 424 an sich bekannt.

Da die Kammer während des Betriebs des Röntgenstrahlers ver­ schlossen ist, stellen die Mittel zum Evakuieren der Kammer, also zum Beispiel eine Vakuumpumpe, keine Bestandteile des Röntgenstrahlers dar und wirken sich nicht auf den Bauraumbe­ darf des Röntgenstrahlers aus. Die Kammer kann daher problem­ los sehr stark zum Beispiel auf einen Druck von weniger als 1 mbar (Millibar) evakuiert werden. Wegen des dann hohen Gas- Partialdruckgefälles zwischen der Flüssigkeit und der Kammer diffundieren aus der Flüssigkeit zu entfernende Gasmoleküle ausreichend effizient durch die Wand, ohne daß die Wand eine sich hinsichtlich des Bauraumbedarfs zu stark auswirkende Größe aufweisen muß. Die in die Kammer gelangenden Gasmole­ küle werden von dem Getter sofort weggegettert.

In der Regel wird es sich bei den zu getternden Gasmolekülen hauptsächlich um Wasserstoffmoleküle handeln. Gerade für Was­ serstoff sind auf dem Markt besonders wirksame Getter vorhan­ den.

Die Gasaufnahme in dem Getter ist reversibel. Dies hat zur Folge, daß bei erschöpfter Gasaufnahmefähigkeit des Getters durch einen Wartungsvorgang die weitere Entgasung der Flüs­ sigkeit sichergestellt werden kann.

Bei geeigneter Dimensionierung der Kammer und des Getters lassen sich Wartungsintervalle realisieren, die eigentlich länger als die Wartungsintervalle im Falle des eingangs be­ schriebenen Standes der Technik sind. Weiter wird die Dauer des Wartungsvorgangs verkürzt, da für das Ausheizen des Get­ ters und das Evakuieren der Kammer 20 bis 30 Minuten ausrei­ chend sind. Weiter ist von Vorteil, daß eine Öffnung des Schutzgehäuses bzw. eines eventuell vorhandenen Kreislaufes, in dem die Flüssigkeit gemäß einer Variante zur Erhöhung der Entgasungswirkung kontinuierlich entlang der Wand strömt, nicht erforderlich ist. Die Wand ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem polymeren Werkstoff, z. B. Polytetrafluoräthylen (PTFE), ölbeständigem Gummi (natürlich oder synthetisch), Polyethylen, Polyimid, Poly­ vinyltrimethylsilan, gebildet. Diese Materialien können zur Erhöhung der H₂-Permeation Ionenplasma-behandelt sein (siehe hierzu L. Ya. Alimova et al., "Effect of ion/plasma-assisted treatment of polymer membranes an hydrogen permeability", Vacuum, Vol. 43, No. 5-7, p. 767-768, 1992, Pergamon Press Ltd.). Die Wand kann gemäß Varianten der Erfindung als ein sich durch die Kammer erstreckendes Rohr oder als ein sich durch die Kammer erstreckender Schlauch ausgeführt sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung bildet die Kammer mit dem Schutzgehäuse eine Baueinheit.

Die Bildung einer Baueinheit aus Schutzgehäuse und einer zu einer Entgasungseinrichtung gehörigen Kammer ist aus der DE 44 14 688 A1 an sich bekannt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein Detail des Röntgen­ strahlers gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 und 4 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung andere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Röntgen­ strahler.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler, der ein mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit, z. B. Iso­ lieröl, gefülltes Schutzgehäuse 1 aufweist, in dem eine Rönt­ genröhre 2 angeordnet ist. Diese ist als Drehanoden-Röntgen­ röhre ausgebildet, die einen Anodenteller 3, eine Kathode 4 und einen Elektromotor zum Antrieb der Drehanode enthält, der einen Rotor 5 und einen außerhalb des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre 2 angeordneten Stator 6 aufweist. Das Schutzge­ häuse 1 weist ein Strahlenaustrittsfenster 7 für die vom An­ odenteller 3 ausgehende Röntgenstrahlung auf.

Außerdem ist ein insgesamt mit 8 bezeichnetes Gehäuse an das Schutzgehäuse 1 beispielsweise durch Schweißen angesetzt, das eine erste Kammer 9 aufweist, die über zwei Leitungen 10 und 11 mit dem Innenraum des Schutzgehäuses 1 verbunden ist und durch die das Isolieröl in einem geschlossenen Kreislauf zir­ kuliert. Eine Umwälzpumpe 13 für das Isolieröl ist in die Leitung 10 eingefügt und an der dem Stator 6 benachbarten Stirnfläche des Schutzgehäuses 1 angebracht. Die Leitungen 10 und 11 sind flüssigkeitsdicht durch die Wandung des Schutzge­ häuses 1 geführt. Innerhalb des Schutzgehäuses 1 endet die Leitung 10 im Bereich des Stators 6 und die Leitung 11 im Be­ reich des kathodenseitigen Endes der Röntgenröhre 2. Hier­ durch ergeben sich innerhalb des Schutzgehäuses 1 Strömungs­ verhältnisse, die sicherstellen, daß mittels der Umwälzpumpe 13 das gesamte innerhalb des Schutzgehäuses 1 befindliche Isolieröl nach und nach immer wieder durch die Kammer 9 ge­ leitet wird.

In dem Gehäuse 8 ist eine zweite Kammer 14 vorgesehen, die von der ersten Kammer 9 durch eine Wand 15 flüssigkeitsdicht getrennt ist, die aus einem Material, beispielsweise PTFE, gebildet ist, das die Diffusion von aus dem Isolieröl zu ent­ fernenden Gasmolekülen, insbesondere Wasserstoffmolekülen, erlaubt, jedoch in dem Sinne flüssigkeitsundurchlässig ist, daß es für das Isolieröl undurchlässig ist.

Die zweite Kammer 14 ist im normalen Betrieb des Röntgen­ strahlers evakuiert und verschlossen. Sie weist daher einen mit einem Absperrhahn 16 versehenen Anschluß 17 auf, über den zur Evakuierung der zweiten Kammer 14 mittels einer nicht nä­ her dargestellten Kupplung 18 Mittel zum Evakuieren der zwei­ ten Kammer 14, beispielsweise eine in Fig. 2 schematisch an­ gedeutete Vakuumpumpe 19, mit der zweiten Kammer 14 verbunden werden können. Im normalen Betrieb des Röntgenstrahlers ist der Absperrhahn 16 geschlossen und die Vakuumpumpe 19 nicht angeschlossen. Die Vakuumpumpe 19 ist daher strichliert dar­ gestellt.

In der evakuierten zweiten Kammer 14 ist in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise ein Getter 20 zur Aufnahme der aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gasmoleküle angeordnet. Liegt in der zweiten Kammer 14 ein Druck vor, der geringer als der niedrigste in dem Isolieröl vorliegende Gas-Partialdruck ei­ nes aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases ist, diffundie­ ren wegen des dann vorliegenden Gas-Partialdruckgefälles zwi­ schen dem Isolieröl und der zweiten Kammer 14 aus dem Iso­ lieröl zu entfernende Gasmoleküle durch die Wand 15, die dann von dem Getter 20 weggegettert werden. Um eine ausreichend effiziente Diffusion der Gasmoleküle durch die Wand 15 zu ge­ währleisten, sollte die zweite Kammer 15 auf einen Druck evakuiert sein, der geringer als 1 mbar ist. Als Material für das Getter 20 eignen sich beispielsweise alle Typen auf Zir­ kon- und/oder Titan-Basis, die besonders für Wasserstoff wirksam sind.

Ist die Gasaufnahmefähigkeit des Getters 20 erschöpft, steigt in der zweiten Kammer 14 der Gas-Partialdruck allmählich so­ weit an, daß eine effiziente Entgasung des Isolieröls nicht mehr stattfindet. Das Auftreten solcher Betriebszustände kann jedoch vermieden werden, da die Gasaufnahme in dem Getter 20 reversibel ist. Es kann also bei erschöpfter Gasaufnahmefä­ higkeit des Getters 20 durch einen Wartungsvorgang die wei­ tere Entgasung des Isolieröls sichergestellt werden. Im Zuge dieses Wartungsvorgangs wird das Getter 20 durch Mittel zum Ausheizen des Getters 20, beispielsweise eine in das Getter­ material eingebetteten Heizspirale 21, die während des War­ tungsvorgangs an eine in Fig. 2 schematisch angedeutete Heiz­ spannungsquelle 22 angeschlossen ist, erwärmt, um die in dem Getter 20 aufgenommenen Gase aus diesem auszutreiben. Gleich­ zeitig ist die Vakuumpumpe 19 angeschlossen und bei geöffne­ tem Absperrhahn 16 aktiviert. Die während des Ausheizens des Getters 20 aus diesem ausgetriebenen Gase werden also mittels der Vakuumpumpe 19 aus der zweiten Kammer 14 entfernt. Im An­ schluß an das Ausheizen des Getters 20, das eine Dauer von 20 bis 30 Minuten in Anspruch nimmt, wird die zweite Kammer 14 wieder auf ihren Betriebsdruck evakuiert und der Absperrhahn 16 geschlossen. Außerdem werden die Vakuumpumpe 19 und die Heizspannungsquelle 22 von dem Röntgenstrahler getrennt, der nun wieder seinen normalen Betrieb aufnehmen kann. Da die Heizspannungsquelle 22 im normalen Betrieb nicht angeschlos­ sen ist, ist sie in Fig. 2 strichliert dargestellt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, daß das Gehäuse 8 nur eine ein­ zige Kammer 14 aufweist, die im normalen Betrieb des Röntgen­ strahlers evakuiert ist und in die die Leitungen 10 und 11 geführt sind. Diese sind innerhalb der Kammer 14 durch eine in ihrer Funktion der ersten Kammer 9 der Wand 15 entspre­ chende Leitung 23 miteinander verbunden. Bei der Leitung 23, die aus einem für das Isolieröl undurchlässigen, jedoch die Diffusion von aus dem Isolieröl zu entfernenden Gasmoleküle erlaubenden Material, beispielsweise PTFE, gebildet ist, kann als Rohr oder Schlauch ausgeführt sein.

Auch im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 enthält das Gehäuse 8 nur eine einzige, im normalen Betrieb des Rönt­ genstrahlers evakuierte und ein Getter 20 aufnehmende Kammer 14. Im Falle des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels ist im Bereich der Kammer 14 die Wandung des Schutzgehäuses 1 mit einer Öffnung versehen, die durch eine Wand 15 flüssigkeits­ dicht verschlossen ist, die aus einem für das Isolieröl flüs­ sigkeitsundurchlässigen, die Diffusion von aus dem Isolieröl zu entfernenden Gasmolekülen erlaubender Material, beispiels­ weise PTFE, verschlossen ist. Im Falle des Ausführungsbei­ spiels gemäß Fig. 4 erfüllt also das Schutzgehäuse 1 selbst die Funktion der ersten Kammer 9.

Während im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 2 sowie gemäß Fig. 3 infolge des Vorhandenseins der von dem Innenraum des Vakuumgehäuses getrennten ersten Kammer 9 bzw. der als Leitung 23 ausgeführten Wand sozusagen zwangs­ läufig sichergestellt ist, daß das Isolieröl entlang der Wand 15 bzw. der Wandung der Leitung 23 strömt, ist dies im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 so nicht der Fall. In­ folge der Anordnung des saugseitigen Endes der Leitung 10 im Bereich der Wand 15 ist jedoch auch hier dafür gesorgt, daß die Wand in der für eine effiziente Entgasung erforderlichen Weise von dem Isolieröl beströmt ist.

Im Falle aller beschriebenen Ausführungsbeispiele ist das die evakuierte Kammer 14 enthaltende Gehäuse 8 mit dem Schutzge­ häuse 1 zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Im Falle der Aus­ führungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 2 sowie gemäß Fig. 3 kann das Gehäuse 8 jedoch auch räumlich von dem Schutzgehäuse 1 getrennt angeordnet sein. Dabei besteht im Falle des Aus­ führungsbeispiels gemäß Fig. 3 auch die Möglichkeit, das Ge­ häuse 8 als die Leitung 23 umgebendes Rohr auszubilden, wobei das Getter 20 in dem zwischen dem Rohr und der Leitung 23 be­ findlichen, im normalen Betrieb evakuierten Raum aufgenommen ist. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit, die aus dem Rohr und der Leitung 23 gebildete Einheit aus Gründen der Bauraumersparnis spiral- oder schraubenförmig zu winden oder als Faltenbalg zu gestalten.

Claims (7)

1. Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefüll­ tes Schutzgehäuse (1), eine in diesem angeordnete Röntgen­ röhre (2) und eine im Betrieb des Röntgenstrahlers verschlos­ sene evakuierte Kammer (14) aufweist, die von der Flüssigkeit durch eine flüssigkeitsundurchlässige, die Diffusion von aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gasmolekülen erlaubende Wand (15) getrennt ist und ein Getter (20) zur Aufnahme der aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gasmoleküle enthält.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, bei dem in der Kammer (14) ein Druck vorliegt, der geringer als der niedrigste in der in dem Schutzgehäuse (1) enthaltenen Flüssigkeit vorlie­ gende Gas-Partialdruck eines aus der Flüssigkeit zu entfer­ nenden Gases ist.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, in dessen Kammer (14) Mittel (21, 22) zum Ausheizen des Getters (20) angeord­ net sind und dessen Kammer (14) einen Anschluß (17) für Mit­ tel (19) zum Evakuieren der Kammer (14) aufweist.

4. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Flüssigkeit vorzugsweise in einem Kreislauf kontinuier­ lich entlang der Wand (15) strömt.

5. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Wand (15) aus einem polymeren Werkstoff gebildet ist.

6. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Wand (15) durch eine sich durch die Kammer (14) erstreckende Leitung (23) gebildet ist.

7. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen Kammer (14) mit dem Schutzgehäuse (1) eine Baueinheit bildet.