DE19853995A1

DE19853995A1 - Röntgenröhre mit integrierter Optik

Info

Publication number: DE19853995A1
Application number: DE1998153995
Authority: DE
Inventors: Norbert Langhoff; Juergen Schmalz
Original assignee: IFG INST fur GERAETEBAU GmbH
Current assignee: IFG INST fur GERAETEBAU GmbH
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2001-04-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit integrierter Optik zur erhöhten Strahlungsausbeute gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE 44 40 448 C2 wird eine Röntgenstrahlungs quelle mit erhöhter Strahlungsausbeute auf der Basis der im Vakuum von einer Kathode auf eine Anode beschleunigten Elektronen mit einem innerhalb der Röntgenröhre angeordneten röntgenoptischen System beschrieben. Das röntgenoptische System ist aus mindestens zwei gegenüberliegenden Flächen oder Kristallebenen bestehenden Wellenleitern ausgebildet, der einen möglichst großen Teil der Strahlung direkt an der Anode einkoppelt, spektral verändert und zum Austrittsfenster der Röntgenröhre leitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Röntgenröhre zu entwickeln, mit der die Mängel der bekannten Einrichtungen vermieden werden und mit der gewährleistet ist, daß ein hoher Intensitätsgewinn im Vergleich zu konventionellen Anordnungen erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel einer Röntgenröhre näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt die schematische Seitenansicht.

Untersuchungen mit Röntgenstrahlen haben sich in der medizinischen Diagnostik und Therapie sowie in der Stoff- und Strukturanalytik fest etabliert. Röntgenstrahlen können mit Hilfe von Vakuumröhren, Synchrotrons bzw. mit natürlichen Strahlern wie Radionukliden erzeugt werden. Röntgenstrahlen, die durch die Wechselwirkung von Elektronen mit einem Festkörper in einer Vakuumröhre entstehen, weisen einen schlechten Wirkungsgrad auf. Nur ein sehr geringer Teil der verbrauchten Elektroenergie wird in Röntgenstrahlung umgesetzt. Es muß deshalb bei Leistungsröhren ein erheblicher Aufwand für die Kühlung der Anoden betrieben werden. Infolge der für die Beschleunigung der Elektronen in der Hochvakuumröhre erforderlichen Hochspannung sind zwischen den stromführenden Teilen und dem Gehäuse wegen der erforderlichen Hochspannungsfestigkeit Mindestabstände einzuhalten. Dies führt zu einem unerwünscht großen Abstand zwischen dem thermischen Fleck auf der Anode und dem Gehäuse. Um die beim Austritt aus der Röhre entstehenden Strahlungsverluste klein zu halten, wird in der Regel ein Fenster aus Beryllium verwendet.

Diese Faktoren haben insgesamt zur Folge, daß im Interesse akzeptabler Bestrahlungs- bzw. Meßzeiten die Röhren mit großer Leistung (20 kW- Drehanodenröhren) zum Einsatz kommen.

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der die am Entstehungsort der Strahlung, d. h. an der Anode erzeugte Strahlung durch geeignete röntgenoptische Systeme mit geringen Strahlungsverlusten an das zu untersuchende Objekt übertragen wird. Solche röntgenoptischen Systeme können Anordnungen sein, mit denen in einem möglichst großen Raumwinkel die von der Anode emittierte Strahlung erfaßt und durch Totalreflektion an geeigneten Medien weitergeleitet wird. Als ein solches geeignetes Medium hat sich Glas erwiesen. In Form von Glaskapillaren haben solche Anordnungen inzwischen eine gewisse Anwendungsbreite erreicht. Bei einer hinreichend glatten Oberfläche der Innenwände dieser Kapillaren tritt Totalreflexion auf. Wenn man viele einzelne Kapillaren zu einem Bündel zusammenfaßt, können Polykapillarlinsen aufgebaut werden. Bei Beachtung vorliegender Gesetzmäßigkeiten zwischen der Energie, der Strahlung (Photonen), der Kapillardurchmesser sowie deren Biegeradius ist es möglich, Röntgenstrahlung zu fokussieren und zu parallelisieren. Es ist auch möglich, Monokapillaren mit einer gewünschten Form zu versehen, sie z. B. als Ellipse, Parabel, Konus oder auch zylindrisch je nach Anwendungszweck einzusetzen.

Der mit solchen Elementen erreichte Intensitätsgewinn im Vergleich zu konventionellen Anordnungen liegt im dreistelligen Bereich (z. Z. beim Faktor 300).

Dies hat zur Folge, daß man mit einer luftgekühlten Röntgenröhre von beispielsweise 50 W eine vergleichsweise Strahlungsintensität am Untersuchungsort erreichen kann, wie sie z. Z. mit einer Röntgenröhre von 15 kW erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1

Röntgenröhre

1.1

Anode

1.2

Kathode mit zylinder

1.3

Glaskörper

1.4

Anodenbrennfleck

2

Anglasung

3

Röntgenoptik

4

Halterung für Röntgenoptik

5

Strahleneintrittsfenster

6

Flexible, vakuumdichte Aufhängung der Röntgenoptik

7

Justierelemente für Röntgenoptik

Claims

1. Röntgenröhre mit integrierter Optik zur erhöhten Strahlungsausbeute durch Totalreflexion der direkt an der Anode eingekoppelten Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß ein röntgenoptisches System vorgesehen ist, welches die von der Anode (1.1) emittierende Strahlung mit einem großen Raumwinkel erfaßt und durch Totalreflexion an geeigneten Medien wie Glas an das zu untersuchende Objekt überträgt.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der erfaßten Strahlung durch definiert geformte Kapillaren erfolgt.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Kapillaren zu Polykapillarlinsen zusammengefaßt sind.

4. Röntgenröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das röntgenoptische System über eine flexible, vakuumdichte Aufhängung wie einen Federbalg mit dem Gehäuse der Röntgenröhre verbunden ist und somit die Justage in Bezug auf den Anodenbrennfleck (1.4) vorgenommen werden kann.

5. Röntgenoptik nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Strahlungsausbeute durch die Anbringung eines Austrittsfensters mit geringer Absorption aus Materialien wie Berylium, Diamant am Ausgang des röntgenoptischen Systems erreicht wird.