DE19741750C2 - Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode, mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb des mit einem flüssigen Kühlmittel ge­ füllten Strahlergehäuses rotiert, sowie mit einem externen Wärmetauscher zur Rückkühlung des Kühlmittels, durch den das Kühlmittel ohne Umwälzpumpe geleitete ist.

Wenn die abzuführende Verlustwärme nicht zu groß ist, kann die natürliche Konvektion ausgenützt werden, um die Wärme von der Röhre abzutransportieren. Bei höheren Röhrenleistungen sind die damit erreichbaren Wärmeübergangskoeffizienten je­ doch zu gering. Abhilfe bringen dann nur höhere Strömungsge­ schwindigkeiten des Kühlmittels, wozu gewöhnlich Umwälzpumpen im Zuge des Rückkühlsystems eingesetzt wurden, die für einen entsprechenden starken Kühlmittelumlauf sorgen.

Die Verwendung solcher Umwälzpumpen verursacht nicht nur er­ höhte Kosten, sondern die Anfälligkeit solcher Umwälzpumpen stellt eine weitere Ausfallursache dar, die zu einem Ausfall des Röntgenstrahlers führen kann.

In der DE-PS 881 974 ist ein Röntgenstrahler mit einer Dreh­ kolbenröhre beschrieben, bei dem auf eine Umwälzpumpe des Kühlmittels verzichtet werden kann, wenn der Drehkolben mit Propellern oder in Schraubenform angeordneten Kühlrippen ver­ sehen ist.

Die US 4 734 927 betrifft einen Röntgenstrahler mit einer herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhre, bei dem das in dem Strahlergehäuse befindliche Kühlmittel durch einen externen Wärmetauscher geleitet wird.

Außerdem ist aus der DE-AS 10 15 547 eine Röntgenröhre mit einer Durchstrahlanode bekannt, die über eine geeignete Vaku­ umdichtung mit einem stationären Vakuumgehäuse verbunden ist und relativ zu diesem gedreht werden kann. Dabei ist die Durchstrahlanode mit turbinenartigen Schaufeln versehen, um ein zwischen der Durchstrahlanode und einem Außenfenster befindliches Kühlmedium zu fördern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rönt­ genstrahler der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er bei einfacherem Aufbau unter Einsparung von Umwälzpumpen auch dann betrieben werden kann, wenn hohe Verlustwärmen von der Drehanode abgeführt werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kühlmittelzulaufstutzen und der Kühlmittelablaufstutzen für das Kühlmittel an Positionen des Strahlergehäuses ange­ ordnet sind, an denen durch die Rotation des Drehkolbens in dem Spalt zwischen Strahlergehäuse und Vakuumhülle ein gerin­ ger bzw. ein hoher Druck, z. B. ein Unter- bzw. ein Überdruck, erzeugt wird, was bevorzugt dadurch erreicht wird, daß der Kühlmittelablauf an einer Stelle des größten Durchmessers der Drehkolbenröhre und der Kühlmittelzulauf axial im Bereich ei­ nes minimalen Durchmessers der Drehkolbenröhre angeordnet ist.

Die Erfindung nützt dabei die Tatsache aus, daß sich durch die Drehung des Kolbens, also der rotierenden Vakuumhülle, eine sehr ungleichmäßige Druckverteilung im Inneren des Strahlergehäuses ausbildet. Diese grundsätzlich immer ge­ gebene ungleichmäßige Druckverteilung, die bisher völlig übergangen wurde, ist in der Praxis so ausgeprägt bzw. läßt sich durch entsprechende Formgebung der Vakuumhülle und eine dementsprechende Bemessung der schmalen Spalte zum Vakuumge­ häuse so ausbilden, daß die entsprechenden Differenzdrucke zwischen Bereichen mit geringem Druck und Bereichen mit hohem Druck so groß werden, daß sie für hohe Durchflußleistungen des Kühlmittels im externen Rückkühlsystem ausgenützt werden können. Die Drehkolbenröhre wirkt also selbst als Pumpe mit einer Leistung, die ausreichend ist, um auch hohe Verlustlei­ stungen von der Drehanode durch entsprechend hohe Strömungs­ geschwindigkeiten des Kühlmittels im Rückkühlsystem abzufüh­ ren.

Dabei hat es sich in vielen Fällen als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn mehrere, vorzugsweise zwei auf entgegengesetz­ ten axialen Positionen bezüglich des Kühlmittelablaufs ange­ ordnete Kühlmittelzuläufe in einem achsnahen Bereich, also in einem Bereich mit geringem Durchmesser der Vakuumhülle der Drehkolbenröhre, angeordnet sind.

Da der nutzbare Volumenstrom bei der üblichen Geometrie von Drehkolbenröhren sehr groß ist, kann in Weiterbildung der Er­ findung vorgesehen sein, daß im Rückkühlsystem, insbesondere in den Kühlmittelzu- und/oder -ablaufleitungen des Strahler­ gehäuses, einstellbare Blenden zur Regelung des Kühlmittel­ durchflusses angeordnet sind. Derartige Blenden als passive Bauelemente können keine Ausfallursache darstellen wie aktive Regelungselemente im Zusammenhang mit Umwälzpumpen, so daß die erfindungsgemäße Verbilligung des Aufbaus eines Röntgen­ strahlers unter gleichzeitiger Erhöhung der Ausfallsicherheit in vollem Umfang erzielbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen schema­ tischen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Drehkolbenstrahler darstellt.

Die Vakuumhülle 1 des Drehkolbens mit der Kathode 2 sowie den fokussierenden Wehneltelektroden 3 und der Drehanode 4 ro­ tiert innerhalb des Strahlergehäuses 5. Der Raum zwischen dem Strahlergehäuse 5 und dem Drehkolben ist mit einem Kühlmit­ tel, vorzugsweise einem Isolieröl, gefüllt, das in Verbindung mit einem äußeren Rückkühlsystem steht. Dieses in der Figur nicht gezeigte Rückkühlsystem mit einem Wärmetauscher ist an den Kühlmittelzulaufstutzen 6 und den Kühlmittelablaufstutzen 7 angeschlossen. Erfindungsgemäß ist die Positionierung die­ ser Kühlmittelzu- und -ablaufstutzen 6 und 7 so gewählt, daß der Kühlmittelablaufstutzen im Bereich des größten Durchmes­ sers des Vakuumgehäuses 1 angeordnet ist, in dem durch die Rotation des Vakuumgehäuses sich ein besonders hoher Druck ausbildet, während der Kühlmittelzulaufstutzen 6 in einem achsnahen Bereich angeordnet ist, in dem die rotierenden Tei­ le des Drehkolbens einen nur geringen radialen Durchmesser aufweisen. In diesen Bereichen ist der sich durch die Rotati­ on ausbildende Druck besonders klein bzw. es ergibt sich ein Saugdruck. Allein durch diese besondere Art der Positionie­ rung der Kühlmittelzu- und Kühlmittelablaufstutzen 6 und 7 läßt sich eine hohe Umlaufleistung des Kühlmittels im exter­ nen Rückkühlsystem erzielen, so daß der bisher grundsätzlich übliche Einsatz einer zusätzlichen Umwälzpumpe im Rückkühlsystem völ­ lig entbehrlich ist. Es werden dabei nicht nur die Kosten für eine solche zusätzliche Umwälzpumpe eingespart, sondern man beseitigt auch eine zusätzliche Ausfallursache, die eine sol­ che verschleißbehaftete Umwälzpumpe stets darstellt.

Bei 6' ist schematisch gestrichelt ein zweiter Zulaufstutzen angedeutet, der natürlich auch wieder in einem Bereich des Strahlergehäuses 5 liegt, in welchem die durch den rotieren­ den Drehkolben sich ausbildende Druckverteilung ein Minimum aufweist, d. h. an einer Stelle, an der die rotierenden Teile einen besonders geringen radialen Durchmesser aufweisen.

Claims (4)

1. Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode, mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb des mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuses rotiert, so­ wie mit einem externen Wärmetauscher zur Rückkühlung des Kühlmittels, durch den das Kühlmittel ohne Umwälzpumpe gelei­ tet wird, wobei der Kühlmittelzulaufstutzen (6, 6') und der Kühlmittelablaufstutzen (7) für das Kühlmittel an Positionen des Strahlergehäuses (5) angeordnet sind, an denen durch die Rotation des Drehkolbens in dem Spalt zwischen Strahlerge­ häuse (5) und Vakuumhülle (1) ein geringer bzw. ein hoher Druck erzeugt wird.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kühlmittelablaufstutzen (7) an einer Stelle im Bereich des größten Durchmessers der Vaku­ umhülle (1) der Drehkolbenröhre und der Kühlmittelzulauf (6, 6') axial im Bereich eines minimalen Durchmessers der rotie­ renden Teile der Drehkolbenröhre angeordnet sind.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei auf entgegengesetzten axialen Positionen bezüglich des Kühlmittelablaufs (7) ange­ ordnete Kühlmittelzuläufe (6, 6') vorgesehen sind.

4. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß im äußeren Rückkühlsystem, insbesondere in den Kühlmittelzulaufstutzen (6, 6') und/oder dem Kühlmittelablaufstutzen (7) des Strahlergehäuses (5) einstellbare Blenden zur Regelung des Kühlmitteldurchflusses angeordnet sind.