DE19811931C2 - Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem kerami­ schen Hochspannungsisolator und einem diesen mit einem Röh­ renteil verbindenden elektrisch leitenden Abschnitt des Vaku­ umgehäuses.

Bei Röntgenröhren nach dem Stand der Technik wird zwischen dem Hochspannungsisolator und dem genannten elektrisch lei­ tenden Abschnitt des Vakuumgehäuses ein Zwischenteil aus Va­ con eingesetzt, um die unterschiedlichen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten anzupassen. Diese Maßnahme zieht unerwünschte Kosten nach sich. Außerdem wird wenigstens eine zusätzliche Fügestelle erforderlich, was im Hinblick auf die Gewährlei­ stung der Vakuumdichtigkeit des Vakuumgehäuses unerwünscht ist. Hinzu kommt, daß bei Röntgenröhren, die ein Magnetsystem zur Beeinflussung des von der Kathode ausgehenden und auf die Anode auftreffenden Elektronenstrahls aufweisen, die Gefahr besteht, daß der Magnetfluß von dem aus Vacon gebildeten und damit ferromagnetischem Zwischenteil kurzgeschlossen wird und nur noch teilweise zur Ablenkung und Fokussierung auf den Elektronenstrahl einwirken kann. Außerdem können die in dem Zwischenteil vorhandenen Restmagnetfelder die Stabilität des Elektronenstrahls negativ beeinflussen, wenn sie sich in der Nähe des Elektronenstrahls befinden. Im Falle von sogenannten Drehröhren, bei denen das Anodenteil fest mit dem in Lagern drehbar gelagerten Vakuumgehäuse verbunden ist, tritt außer­ dem das Problem auf, daß bei der Verwendung eines Zwischen­ teils aus Vacon wegen dessen vergleichsweise hoher elektri­ scher Leitfähigkeit in dem Zwischenteil starke störende elek­ trische Wirbelströme durch das elektromagnetische System in­ duziert werden.

Zur Vermeidung des Kurzschlusses des magnetischen Flusses durch das Zwischenteil wäre es denkbar, das elektromagneti­ sche System in einem ausreichenden Abstand von dem Zwischen­ teil anzuordnen und eventuell außerdem das Zwischenteil von dem Anodenteil aus gesehen hinter der Kathode anzuordnen, so daß die Restmagnetfelder nicht mehr im Bereich des Elektro­ nenstrahls auftreten. In beiden Fällen tritt jedoch bei Bei­ behaltung der Abmessungen des Hochspannungsisolators ein er­ höhter Bauraumbedarf auf.

Zur Vermeidung der Wirbelströme könnte als Material für das Zwischenteil ein Metall niedriger elektrischer Leitfähigkeit (z. B. Konstantan oder Edelstahl) verwendet werden, welches im Bereich des elektromagnetischen Systems ausreichend dünn ist. Allerdings ist hiermit eine Verringerung der mechanischen Stabilität der Vakuumhülle verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie kostengün­ stig herstellbar ist und die Voraussetzungen dafür bietet, den Elektronenstrahl durch ein elektromagnetisches System verlustarm und ohne nachteilige Auswirkungen auf den Bauraum­ bedarf beeinflussen zu können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genröhre mit einem einen keramischen Hochspannungsisolator direkt mit einem Röhrenteil verbindenden elektrisch leitenden Abschnitt des Vakuumgehäuses, welcher aus einem glasartigen Kohlenstoff, beispielsweise Sigradur®, gebildet ist.

Dieses Material läßt sich ohne ein ferromagnetisches Zwi­ schenteil mittels eines handelsüblichen Aktivlotes direkt mit dem Hochspannungsisolator verlöten. Dies wird unter anderem dadurch möglich, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten von glasartigem Kohlenstoff und Keramik nahe beieinander liegen. Die erfindungsgemäße Röntgenröhre ist also kostengünstig her­ stellbar. Die Verwendung von glasartigem Kohlenstoff als Werkstoff für Röntgenröhren ist in der prioritätsälteren, nicht vorveröffentlichten DE 196 38 150 A1 beschrieben.

Infolge der direkten Verbindung des Abschnittes aus glasarti­ gem Kohlenstoff mit dem Hochspannungsisolator kann bei Bedarf ein elektromagnetisches System zur Beeinflussung des Elektro­ nenstrahls im Bereich der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Teilen liegen, ohne daß dies zu einer nennenswerten negativen Beeinflussung des magnetischen Flusses führen würde. Ein erhöhter Bauraumbedarf wäre somit vermieden. Außerdem könnten bei Vorhandensein eines elektromagnetischen Systems in dessen Nähe keine Restmagnetfelder auftreten, da glasartiger Kohlenstoff nicht ferromagnetisch ist. Glasarti­ ger Kohlenstoff ist zwar elektrisch leitend, die Leitfähig­ keit ist allerdings ca. 1000fach geringer als die von Metal­ len, so daß die Verluste, die durch von einem eventuell vor­ handenen elektromagnetischen System in den Abschnitt aus glasartigen Kohlenstoff induzierte Wirbelströme bedingt wä­ ren, vernachlässigt werden könnten.

Von besonderem Vorteil ist außerdem, daß glasartiger Kohlen­ stoff mit der Ordnungszahl 6 Röntgenstrahlung nur sehr wenig schwächt, so daß ein besonderes Strahlenaustrittsfenster für die Röntgenstrahlung entbehrlich ist. Vielmehr kann die er­ zeugte Röntgenstrahlung durch den aus glasartigem Kohlenstoff gebildeten Abschnitt aus dem Vakuumgehäuse austreten. Heute übliche Materialien für elektrisch leitende Strahlenaus­ trittsfenster sind mehr oder weniger problematisch; Beryllium wegen seiner Giftigkeit, Aluminium wegen der Schwierigkeit, es mit anderen Werkstoffen verbinden zu können, und Titan we­ gen seiner hohen Absorption von Röntgenstrahlung.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß glasartiger Kohlenstoff eine für Röntgenröhren ausreichende Temperaturbeständigkeit und Vakuumdichtigkeit aufweisen.

Es wird also deutlich, daß die erfindungsgemäße Röntgenröhre die Voraussetzungen bietet, den Elektronenstrahl mittels ei­ nes elektromagnetischen Systems problemlos ablenken zu kön­ nen.

Demnach betrifft eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung eine Röntgenröhre mit einer im Bereich des freien Endes des Hochspannungsisolators angeordneten Kathode und einer dieser gegenüberliegenden Anode, wobei im Betrieb der Rönt­ genröhre ein von der Kathode ausgehender Elektronenstrahl auf die Anode trifft und der aus einem glasartigen Kohlenstoff gebildete Abschnitt des Vakuumgehäuses im Bereich seines dem Hochspannungsisolator benachbarten Endes von einem elektroma­ gnetischen System zur Beeinflussung des Elektronenstrahls um­ geben ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung betrifft eine solche Röntgenröhre, welche als Drehröhre mit einem fest mit dem in Lagern drehbar gelagerten Vakuumgehäuse verbundenen Anodenteil, wobei der aus glasarti­ gem Kunststoff gebildete Abschnitt des Vakuumgehäuses den Hochspannungsisolator mit dem Anodenteil verbindet und auch hier der aus einem glasartigen Kohlenstoff gebildete Ab­ schnitt des Vakuumgehäuses von einem elektromagnetischen Sy­ stem zur Beeinflussung des Elektronenstrahls umgeben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der beigefügten Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur in schematischer Darstellung eine als Drehröhre ausge­ bildete erfindungsgemäße Röntgenröhre aufweist.

Diese weist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes, zu einer Mit­ telachse M rotationssymmetrisches Vakuumgehäuse auf, das an seinen beiden Enden mit Wellenstummeln 2 und 3 versehen ist, die in Wälzlagern 4 und 5 aufgenommen sind.

Das Vakuumgehäuse 1 weist an seinem einen Ende einen rohrför­ migen, verrippten Hochspannungsisolator 6 auf, in den vakuum­ dicht eine insgesamt mit 7 bezeichnete Kathodenanordnung ein­ gesetzt ist. An seinem anderen Ende weist das Vakuumgehäuse 1 ein tellerförmiges, zur Mittelachse M rotationssymmetrisches Anodenteil 8 auf, das über einen elektrisch leitenden, trich­ terförmigen Abschnitt 9 des Vakuumgehäuses mit dem Hochspan­ nungsisolator 6 vakuumdicht verbunden ist.

Im Betrieb der Röntgenröhre, d. h., wenn die Kathodenanordnung 7 in nicht dargestellter Weise mit einem Heizstrom versorgt wird und zwischen der Kathodenanordnung 7 und dem Anodenteil 8 Hochspannung anliegt, geht von der Kathodenanordnung ein in der Figur strichliert angedeuteter Elektronenstrahl ES aus, der in einem Brennfleck BF auf das Anodenteil 8 auftrifft.

Das Vakuumgehäuse 1 ist im Bereich seines dem Hochspannungsi­ solator 6 benachbarten Endes des Abschnittes 9 von einem elektromagnetischen System 10 zur Beeinflussung des Elektro­ nenstrahls ES umgeben.

Die beschriebenen Komponenten sind in einem nicht dargestell­ ten, mit einem geeigneten Isolier- und Kühlmittel gefüllten Strahlenschutzgehäuse aufgenommen und in diesem mit Ausnahme des ortsfesten elektromagnetischen Systems mittels der Wälz­ lager 4 und 5 drehbar gelagert. Um die beschriebene Anordnung mit Ausnahme des elektromagnetischen Systems 10 in Rotation versetzen zu können, ist ein in der Figur nicht gezeigter Mo­ tor vorgesehen.

Im Betrieb der Röntgenröhre ist das elektromagnetische System 10 in nicht dargestellter Weise mit einer Steuereinheit ver­ bunden, die das entsprechend aufgebaute elektromagnetische System 10 mit solchen Strömen beaufschlagt, daß einerseits der Elektronenstrahl ES derart abgelenkt wird, daß der Brenn­ fleck BF eine in bezug auf die Mittelachse M exzentrische Po­ sition aufweist und andererseits der Elektronenstrahl ES der­ art fokussiert wird, daß der Brennfleck BF eine vorgegebene Geometrie aufweist.

Infolge der ortsfesten Anordnung des elektromagnetischen Sy­ stems 10, der Anordnung des Kathodensystems auf der Mittel­ achse M und der Rotation des Vakuumgehäuses 1 mit dem Anoden­ teil 8 um die Mittelachse M entsteht ein stationärer Brenn­ fleck BF, unter dem sich das Anodenteil 8, ähnlich wie der Anodenteller im Falle einer Drehanodenröhre, hinwegdreht.

Im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist der Abschnitt 9 des Vakuumgehäuses 1 aus glasartigem Kohlenstoff, z. B. Si­ gradur®, gebildet und ohne Zwischenteil direkt mit dem Hoch­ spannungsisolator 6, beispielsweise durch Löten, verbunden, was eine kostengünstige Herstellung der Röntgenröhre ermög­ licht.

Außerdem kann das elektromagnetische System infolge des Feh­ lens eines ferromagnetischen Zwischenteils in der in der Fi­ gur gezeigten Weise dicht bei dem Hochspannungsisolator 6 an­ geordnet werden, so daß sich eine geringe Baulänge, d. h. Er­ streckung der Röntgenröhre in Richtung der Mittelachse M, er­ gibt, ohne daß eine Beeinträchtigung des magnetischen Flusses durch Kurzschluß oder des Elektronenstrahls ES durch Rest­ magnetfelder zu befürchten wäre, da es sich bei dem als Mate­ rial für den Abschnitt 9 vorgesehenen glasartigen Kohlenstoff nicht um einen ferromagnetischen Werkstoff handelt.

Auch die Induktion von unerwünschten Wirbelströmen durch das elektromagnetische System 10 in den Abschnitt 9 ist vermie­ den, da glasartiger Kohlenstoff nur eine relativ geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, weist das Vakuumgehäuse 1 kein spezielles Strahlenaustrittsfenster für die Röntgen­ strahlung auf. Vielmehr tritt diese, es ist in der Figur nur der Zentralstrahl ZS des Nutzröntgenstrahlenbündels strichliert angedeutet, durch den aus glasartigem Kohlenstoff gebildeten Abschnitt 9 des Vakuumgehäuses 1 aus. Dies ist deshalb möglich, weil glasartiger Kohlenstoff aufgrund seiner niedrigen Ordnungszahl Röntgenstrahlung nur wenig schwächt.

Die Erfindung ist vorstehend am Beispiel einer ein elektroma­ gnetisches System zur Beeinflussung des Elektronenstrahls aufweisenden Drehröhre erläutert. Die Erfindung kann jedoch auch bei nicht als Drehröhre aufgebauten Röntgenröhren, z. B. Drehanoden- oder Festanodenröhren, sowie bei Röntgenröhren, welche kein elektromagnetisches System zur Beeinflussung des Elektronenstrahls aufweisen, eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Röntgenröhre mit einem einen keramischen Hochspannungsiso­ lator (6) direkt mit einem Röhrenteil verbindenden elektrisch leitenden Abschnitt (9) des Vakuumgehäuses (1), welcher aus einem glasartigen Kohlenstoff gebildet ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, mit einer im Bereich des freien Endes des Hochspannungsisolators (6) angeordneten Kathodenanordnung (7) und einem dieser gegenüberliegenden Anodenteil (8), wobei im Betrieb der Röntgenröhre ein von der Kathodenanordnung (7) ausgehender Elektronenstrahl (ES) auf das Anodenteil (8) trifft und der aus einem glasartigen Koh­ lenstoff gebildete Abschnitt (9) des Vakuumgehäuses (1) im Bereich seines dem Hochspannungsisolator (6) benachbarten Endes von einem elektromagnetischen System (10) zur Beein­ flussung des Elektronenstrahls (ES) umgeben ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 und 2, welche als Drehröhre mit einem fest mit dem in Lagern (4, 5) drehbar gelagerten Vakuumgehäuse (1) verbundenen Anodenteil (8) ausgeführt ist, wobei der aus glasartigem Kohlenstoff gebildete Abschnitt (9) des Vakuumgehäuses (1) den Hochspannungsisolator (6) mit dem Anodenteil (8) verbindet.

4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die erzeugte Röntgenstrahlung durch den aus glasartigem Koh­ lenstoff gebildeten Abschnitt (9) aus dem Vakuumgehäuse (1) austritt.