DE19802668A1 - Röntgenstrahlungserzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahlungserzeuger nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.

In der Sicherheitstechnik eingesetzte Röntgensysteme zur Fracht- und Gepäckkontrolle sind heute in der Lage, außer der Erzeugung eines Schattenbildes des Gepäckinhaltes Materialien voneinander zu unterscheiden. Hierzu ist es notwendig, jedes Objekt mit zwei verschiedenen diskreten Energien bzw. Energiebereichen zu durchstrahlen. Ein technischer Lösungsweg arbeitet mit dem Verfahren zweier sequenzieller Röntgenstrahlfächer, die das Gepäck nacheinander durchlaufen. Die Energie der Strahlfläche wird unterschiedlich ausgelegt, so daß ein Vergleich der zu untersuchenden Spektren eines jeweiligen Gegenstandes zu einer Materialklassifizierung führt.

Bekanntlich werden zur Materialklassifizierung zwei Röntgenröhren bzw. Röntgengeneratoren mit unterschiedlichen Grenzenergien mechanisch nebeneinander angeordnet. Aus mechanischen und hochspannungstechnischen Gründen benötigen solche Röntgengeneratoren ein gewisses Volumen, woraus sich die Tatsache ergibt, daß ein Mindestabstand zwischen den beiden Strahlenfächern nicht vermeidbar ist. Hieraus ergeben sich jedoch technische Nachteile, insbesondere in Folge von mechanischen Toleranzen, Temperaturdriften und Abnutzung, was zu falschen Meßergebnissen führt und damit die Genauigkeit der Meßanordnung vermindert.

Einen Röntgenstrahlungserzeuger zu Erzeugung von mindestens zwei unterschiedlichen Röntgenstrahlungen offenbart die DE-36 35 395 C2, dessen Röntgenröhre wenigstens zwei voneinander unabhängige Kathoden aufweist, die mit einer Anode für verschiedene Hochspannungswerte zusammenwirken. In einem Ausführungsbeispiel werden an der Anode zwei oder mehrere Röntgenbündel an verschiedenen Stellen an einer Seite der Anode erzeugt.

Aus der DE-31 39 899 A1 ist eine Röntgenröhre mit zwei ringförmigen Anoden und einer diese kreisförmig umgebenden Kathodenanordnung bekannt. Im Inneren der Ringanode befindet sich eine Öffnung, in die bzw. zwischen die das zu bestrahlende Material eingeführt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung von zu durchleuchtenden Gegenständen einfacher durchführbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Idee zugrunde, einen Röntgenstrahlungserzeuger aus zwei Kathodensystemen und zwei Anodensystemen bestehend zu schaffen, so daß dieser über zwei interne, voneinander getrennte Strahlungsquellen verfügt. Die Anodensysteme sind dabei in einem Anodenkopf integriert, der vorzugsweise aus einem Kupferblock besteht und zwischen den beiden Kathodensystemen angeordnet ist. Die Kathodensysteme sind in herkömmlicher Weise mit je einem Heizfaden zur Elektrodenemission ausgestattet und besitzen eine elektrostatische Linse.

Durch Anlegen unterschiedlicher Hochspannungen werden für die beiden Bremsstrahlungs­ quellen auf den Anoden unterschiedliche Energiespektren erzeugt. Dadurch werden zwei Strahlungsquellen wohl definiert, jedoch örtlich voneinander getrennt und trotzdem nah beieinander angeordnet, geschaffen. Eine Haube verhindert eine gegenseitige Beeinflussung bzw. Durchmischung der beiden Strahlungsniveaus bzw. -bereiche. Mechanische Toleranzen der beiden Strahlungssysteme sind durch den gemeinsamen Aufbau klein und reproduzierbar.

Die mechanische Abmessung eines Zweistrahlsystems wird stark reduziert.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Röntgenstrahlungserzeugers als Dual- Energie-Röntgenstrahlungserzeuger ist ein Doppelfokussystem mit geringem Abstand bis 20 mm realisierbar. Dies bewirkt neben einer genaueren Messung auch eine kürzere Durch­ laufzeit des zu durchleuchtenden Gegenstandes, da der Abstand der Röntgenstrahlen und damit deren Fächer zueinander reduziert wird. Zudem wird die Vorortjustage wesentlich vereinfacht. Es entfällt das Einstellen der Röntgenstrahlungen zueinander.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungserzeuger in Schnittbilddarstellung

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungserzeugers in Schnittbilddarstellung.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Röntgenstrahlungserzeuger 1 als Dual-Energie-Röntgen­ strahlungserzeuger im Schnitt dargestellt. Dieser Röntgenstrahlungserzeuger 1 weist neben einem Glaskolben 1' zwei Kathodensysteme 2, 3 sowie einen Anodenkopf 4 auf in dem zwei Anodensysteme 5, 6 zueinander im Abstand "a" integriert sind. An Punkten f₁, f₂ an den Anodensystemen 5, 6 entstehen durch Elektronenbeschluß Bremsstrahlungen. Die Kathodensysteme 2, 3 besitzen in herkömmlicher Art und Weise einen Heizfaden (nicht dargestellt) zur Elektronenemission und weisen eine elektrostatische Linse 7, 8 auf. Der Anodenkopf 4 besteht vorzugsweise aus Kupfer und befindet sich zwischen den Kathodensystemen 2, 3. Um den Anodenkopf 4 ist eine Haube 9 mit Spalten 10, 11, 12, 13 angebracht. Die Haube 9 besteht dabei vorzugsweise aus einem Schwermetall, beispielsweise Wolfram, und besitzt die Funktion einer internen Strahlungsabschirmung.

Die Spalte 10, 11 befinden sich direkt ober- bzw. unterhalb der Fokuspunkte f1, f2 und ermöglichen die Strahlungsaustritte der Röntgenstrahlen FX1, FX2 aus dem Röntgenstrahlungserzeuger 1. Gleichzeitig dienen diese Spalte 10, 11 als Kollimations­ einrichtung, da durch beide Spalte 10, 11 die Röntgenstrahlen FX1, FX2 parallele aus dem Röntgenstrahlungserzeuger 1 geleitet werden. Die Bohrungen 12, 13 dienen als Eintrittsöffnung für die Elektronenstrahlen, erzeugt von den Kathodensystemen 2, 3 in herkömmlicher Art und Weise.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Dual-Energie-Röntgenstrahlungserzeugers 15 dargestellt. Die Bezifferung der Bauteile wurde beibehalten, da sie die gleichen Funktionen wie in Fig. 1 besitzen. Im Unterschied jedoch zum Röntgenstrahlungserzeuger 1 ist ein Anodenkopf 16 nicht in der Haube 9 eingeschlossen, sondern wird von dieser Haube 9 U-förmig umfaßt.

Der Röntgenstrahlungserzeuger 1, 15 arbeitet wie folgt:
Mit Anlegen unterschiedlicher Hochspannungen aus zwei Hochspannungsquellen HT1, HT2 an den Röntgenstrahlungserzeuger 1, 15 in einem Röntgensystems 21, das Bestandteil eines Durchleuchtungssystem 20 ist, werden an bzw. auf den beiden Anoden 5, 6 unterschiedliche Energiespektren erzeugt. Diese Energiespektren bzw. -bereiche liegen im ersten System, dem Anodensystem 6 und dem Kathodensystem 3, bei 70 KV Hochspannung zwischen 30 und 70 KeV sowie im zweiten System, dem Anodensystem 5 und dem Kathodensystem 2, bei 140 KV zwischen 30 und 140 KeV. Die unterschiedlichen Hochspannungen HT1, HT2 werden in bekannter Art und Weise innerhalb des Röntgensystems 21 bereitgestellt.

Die so erzeugten Röntgenstrahlen FX1, FX2 gelangen durch die Spalte 10, 11 parallel aus dem Röntgenstrahlungserzeuger 1, 15 und durchstrahlen fächerartig einen zu durchleuchtenden Gegenstand 22 innerhalb des Durchleuchtungssystems 20. Diese Röntgenstrahlen FX1, FX2 werden von einer dahinter befindlichen Detektoreneinheit 23 aufgenommen, die in herkömmlicher Weise ausgebildet ist (Fig. 3). Im Allgemeinen handelt es sich um jeweils eine Detektorzeile für die Röntgenstrahlen FX1 und eine für die Röntgenstrahlen FX2, wobei die Detektorzeilen eine Mehrzahl von röntgenstrahlungsempfindlichen Detektoren enthält (nicht dargestellt), die an weitere, gleichfalls nicht dargestellte Bearbeitungsmittel zur Rekonstruktion des Schattenbildes und zur Bestimmung des Materials des durchleuchteten Gegenstandes 22 angeschlossen sind.

Die Abtastung des Gegenstandes 22 erfolgt durch Führung des Gegenstandes in bekannter Art und Weise am Röntgenstrahlungserzeuger 1, 15 entlang, kann aber auch durch Bewegen des gesamten Röntgenstrahlungserzeuger 1, 15 mit oder ohne Röntgensystem 21 erfolgen.

Der erfindungsgemäße Röntgenstrahlungserzeuger 1, 15 ist zudem einfach herzustellen. Die Anoden 5, 6 sowie Kathoden 2,3 werden in herkömmlicher Art und Weise als Einzelteile hergestellt, auf die ein bzw. zwei Glaskolben 1' aufgeschmolzen werden.

Claims (9)

1. Röntgenstrahlungserzeuger mit einer ersten Hochspannungsquelle und einer Röntgenröhre, die eine Anode, eine erste Kathode und eine von dieser ersten Kathode elektrisch unabhän­ gige zweite Kathode aufweist, wobei an das durch die Anode und die erste Kathode gebil­ dete erste System eine von der Hochspannungsquelle gelieferte erste Hochspannung ange­ legt ist, um eine erste Röntgenstrahlung zu erhalten, und eine zweite Hochspannungsquelle eine von der ersten Hochspannungsquelle verschiedene Hochspannung liefert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine weitere Anode (6) in dem Röntgenstrahlungserzeuger (1,15) inte­ griert ist, die mit der zweiten Kathode (3) ein zweites System bildet, an das die zweite Hochspannungsquelle (HT2) angelegt ist, um eine zweite Röntgenstrahlung (FX2) zu erhal­ ten, die parallel zur ersten Röntgenstrahlung (FX1) aus dem Röntgenstrahlungserzeuger (1, 15) austritt.

2. Röntgenstrahlungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (5, 6) in einem Anodenkopf (4) integriert sind, der zwischen den beiden Kathoden (2, 3) in dem Röntgenstrahlungserzeuger (1, 15) angeordnet ist.

3. Röntgenstrahlungserzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß um den An­ odenkopf (4) eine Haube (9) angeordnet ist, die Spalte (10, 11) über ihren Bremsstrahlungs­ quellen (f1, f2) aufweist, durch die die Röntgenstrahlen (FX1, FX2) austreten, wobei die Spalte (10, 11)gleichzeitig als Kollimationseinrichtung fungieren.

4. Röntgenstrahlungserzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (9) den Anodenkopf (4) vollständig umschließt.

5. Röntgenstrahlungserzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (9) den Anodenkopf (4) kappenförmig umschließt

6. Röntgenstrahlungserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Haube (9) zwei weitere sich gegenüberliegende Bohrungen (12, 13) vorhanden sind, die senkrecht weisend zu den Spalten (10, 12) angeordnet sind.

7. Röntgenstrahlungserzeuger nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anodenkopf (4) aus Kupfer besteht.

8. Röntgenstrahlungserzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (9) als Abschirmteil aus Schwermetall besteht.

9. Röntgenstrahlungserzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwer­ metall als Element hoher Ordnungszahl Wolfram ist.