DE19900467A1 - Röntgenröhre mit Elektronenfänger - Google Patents

Abstract

Röntgenröhre mit einem das Vakuumgehäuse mit der Kathode und der Anode umgebenden Magnetsystem zum Ablenken und Fokussieren des Elektronenstrahls auf den abgeschrägten Anodenrand und einem im Vakuumgehäuse angeordneten Röntgenstrahlaustrittsfenster, wobei innen im Abstand vor dem Röntgenstrahlaustrittsfenster eine röntgenstrahlendurchlässige Schutzplatte aus einem thermisch belastbaren, gut wärmeleitenden und einen kleinen Elektronen-Rückstreukoeffizienten aufweisenden Material angeordnet ist, die in gutem thermischen Kontakt zum Vakuumgehäuse steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre mit einem das Vakuumgehäuse mit der Kathode und der Anode umgebenden Magnetsystem zum Ablenken und Fokussieren des Elektronen­ strahls auf den abgeschrägten Anodenrand und einem im Vakuum­ gehäuse angeordneten Röntgenstrahlaustrittsfenster.

Bei Röntgenröhren, bei denen der Elektronenstrahl magnetisch von der auf der Achse der Röhre angeordneten Kathode auf den Rand der Anode abgelenkt wird - dies gilt grundsätzlich für alle Röntgenröhren auf der Basis von Drehkolbenröhren, jedoch auch für einige Bauformen von Drehanodenröhren - trifft der Elektronenstrahl bedingt durch die Geometrie der Anordnung bei Verwendung der konventionellen Anoden mit entsprechendem Tellerwinkel unter einem relativ flachen Winkel auf die Anodenoberfläche auf. Dies führt zu einer erhöhten Rückstreu­ ung von Elektronen, insbesondere in Richtung des Röntgen­ strahlaustrittsfensters. Die Folge ist eine erhöhte thermi­ sche Belastung dieses Röntgenstrahlaustrittsfensters. Um die Röntgenstrahlung nicht unnötig zu schwächen, darf auf der anderen Seite das Fenster aber nur eine relativ geringe Mate­ rialstärke aufweisen, z. B. bei Ausführungen in Edelstahl etwa 0,2 mm. Das Fenster muß dabei vakuumdicht sein und soll gleichzeitig die nicht unerhebliche thermische Leistung der von der Anode in Richtung des Fensters gestreuten Elektronen verkraften.

Eine Abhilfe dadurch, daß das Fenster stärker ausgebildet wird, ist in der Praxis nicht sinnvoll. Der verringerte Rönt­ genfluß durch die stärkere Schwächung im Röntgenstrahlaus­ trittsfenster hätte erhebliche Nachteile für die Emitter­ lebensdauer, da der verringerte Röntgenstrahlfluß durch die Schwächung im Fenster durch einen höheren Elektronenstrom und eine höhere Generatorleistung ausgeglichen werden müßte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen­ röhre, insbesondere eine Drehkolbenröhre, derart auszubilden, daß die aufgezeigten Probleme mit Rückstreuelektronen und der erhöhten Belastung des Röntgenstrahlaustrittsfensters vermie­ den werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß innen in Abstand vor dem Röntgenstrahlaustrittsfenster eine röntgenstrahldurchlässige Schutzplatte aus einem thermisch belastbarem gut wärmeleitenden und einen kleinen Elektronen- Rückstreukoeffizienten aufweisenden Material angeordnet ist, die in gutem thermischen Kontakt zum Vakuumgehäuse stehen.

Diese Schutzplatte kann dabei - was die Materialauswahl er­ heblich erleichtert - aus einem Werkstoff bestehen, der mechanisch nicht allzu belastbar ist, da er ja nicht wie das Röntgenstrahlaustrittsfenster selbst das evakuierte Innere der Röntgenröhre von der Außenumgebung trennen muß. Die Schutzplatte ist insoweit mechanisch durch einen erhöhten Außendruck nicht belastet und sie braucht auch nicht vakuum­ dicht zu sein, da ja ihre einzige Aufgabe das Abfangen der Rückstreuelektronen bei gleichzeitiger nur minimaler Schwä­ chung der durchgehenden Röntgenstrahlung ist.

Als Schutzplatte eignet sich hervorragend Beryllium, das aber wegen der Giftigkeit und seiner sonstigen Eigenschaften nur sehr schwer zu verarbeiten ist. Mit besonderem Vorteil soll daher die Schutzplatte aus einem glasartigen Kohlenstoff, so­ genanntem Glasgraphit bestehen, wie er beispielsweise unter dem Handelsnamen Sigradur erhältlich ist. Dieser vernetzte Graphit hat eine sehr geringe Röntgenabsorption, da er nur eine niedrige Kernladungszahl und geringe Dichte aufweist. Bei 3 mm Dicke und 70 keV entstehen nur ca. 7% Verlust an durchgehender Röntgenstrahlung bzw. nur 4,7% bei 2 mm Mate­ rialstärke.

Dieser Glasgraphit ist thermisch hoch belastbar bis ca. 3000°C im Vakuum, ist vakuumtauglich und hat auch eine aus­ reichende Wärmeleitfähigkeit, so daß er die durch die Rück­ streuelektronen auftretende Erwärmung gut an das Gehäuse neben dem Röntgenstrahlaustrittsfenster, wo er in gutem ther­ mischen Kontakt zum Vakuumgehäuse befestigt ist, ableiten kann.

Die Schutzplatte soll in Weiterbildung der Erfindung nur ein­ seitig am anodenseitigen Ende gut wärmeleitend mit dem Vaku­ umgehäuse verbunden sein, wobei sie am freien Ende zum Ablei­ ten der Rückstreuelektronen vom Vakuumgehäuse nach innen ab­ gewinkelt sein kann.

Obgleich auch bei Drehanodenröhren mit in der Rotationsachse der Anode angeordneter Kathode durch das flache Auftreffen des Elektronenstrahls auf den Anodentellerrand in erheblichem Ausmaß Rückstreuelektronen auftreten, die noch dazu das sta­ tionäre kleine Fenster stark belasten, kann hier neben der Möglichkeit des Einsatzes der erfindungsgemäßen Schutzplatte Abhilfe auch durch Versetzung der Elektronenkanone aus der Rotationsachse des Systems geschaffen werden, so daß der Elektronenstrahl im wesentlichen senkrecht auf den Anodenrand auftrifft.

Von ganz besonderer Bedeutung ist die Erfindung daher für Drehkolbenröhren mit fest in einem rotierenden, mit einem ringförmigen umlaufenden Fenster versehenen, Vakuumgehäuse angeordneter Kathode und Anode, bei dem der Elektronenstrahl grundsätzlich von der achszentralen Kathode auf den Anoden­ rand umgelenkt wird und damit der flache Auftreffwinkel systemimmanent ist. In diesem Fall bildet dann die Schutz­ platte einen umlaufenden Ring, dessen Breite größer ist als die Breite des ringförmigen Röntgenstrahlaustrittsfensters, damit einerseits der Rand der ringförmigen Schutzplatte neben dem anodenseitigen Rand des Röntgenstrahlaustrittsfensters am Vakuumgehäuse gut wärmeleitend befestigt werden kann und andererseits der andere Rand das Fenster in Richtung der Kathode überragt und somit wirksam vor einem Auftreffen von Rückstreuelektronen schützt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Drehkolbenröhre mit einer er­ findungsgemäßen vor dem Röntgenstrahlaustrittsfenster angeordneten Schutzplatte und

Fig. 2 eine Vergrößerung des Ausschnitts II in Fig. 1.

Die schematisch gezeigte Drehkolbenröhre umfaßt ein in der Nähe der Kathode 1 mit einer Einschnürung 2 versehenes Vaku­ umgehäuse 3 und eine ebenso wie die Kathode 1 fest mit dem Vakuumgehäuse verbundene Anode 4. Im Bereich der Einschnürung 2 ist das Vakuumgehäuse 3 von einem Magnetsystem 5 umgeben, das zum Ablenken und Fokussieren des Elektronenstrahls 6 dient, der auf den meist abgeschrägten Anodenrand 7 auf­ trifft. Zum Schutz des ringförmigen Röntgenstrahlaustritts­ fensters 8 vor den wegen des flachen Auftreffwinkels des Elektronenstrahls 6 auf den Anodenrand 7 verstärkt auftreten­ den Rückstreuelektronen 9 ist erfindungsgemäß eine Schutz­ platte 10 in Form eines Rings aus Glasgraphit in Abstand vor dem Röntgenstrahlaustrittsfenster 8 angeordnet. Diese ring­ förmige Schutzplatte ist breiter ausgebildet als das Röntgen­ strahlaustrittsfenster 8 und mit seinem anodenseitigen Ende 11 gut wärmeleitend mit dem Vakuumgehäuse 3 verbunden, wäh­ rend der kathodenseitige Rand 12 leicht nach innen gewinkelt ist, um auch den kathodenseitig an das Röntgenstrahlaus­ trittsfenster anschließenden Bereich des Vakuumgehäuses 3 vor Rückstreuelektronen zu schützen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbei­ spiel beschränkt. Neben der Möglichkeit, beispielsweise eine erfindungsgemäße Schutzplatte auch bei Drehanodenröhren zum Schutz des Röntgenstrahlaustrittsfensters einzusetzen, kann die Formgebung und die Materialauswahl in anderer Weise er­ folgen. Entscheidend ist nur, daß die Schutzplatte gut rönt­ genstrahldurchlässig ist, thermisch belastbar und gut wärme­ leitend ist und möglichst auch nur einen kleinen Elektronen- Rückstreukoeffizienten aufweist. Darüber hinaus soll Wert darauf gelegt werden, daß ein guter thermischer Kontakt zwi­ schen der Schutzplatte und dem Vakuumgehäuse besteht, um die Erwärmung durch die Rückstreuelektronen an das Gehäuse abfüh­ ren zu können, wo gerade bei Drehkolbenröhren eine gute Wär­ meableitung zum umgebenden Medium gegeben ist.

Claims (6)

1. Röntgenröhre mit einem das Vakuumgehäuse mit der Kathode und der Anode umgebenden Magnetsystem zum Ablenken und Fokus­ sieren des Elektronenstrahls auf den abgeschrägten Anoden­ rand, und einem im Vakuumgehäuse angeordneten Röntgen­ strahlaustrittsfenster, dadurch gekenn­ zeichnet, daß innen in Abstand vor dem Röntgen­ strahlaustrittsfenster (8) eine röntgenstrahlendurchlässige Schutzplatte (10) aus einem thermisch belastbaren, gut wärme­ leitenden und einen kleinen Elektronen-Rückstreukoeffizienten aufweisenden Material angeordnet ist, die in gutem thermi­ schen Kontakt zum Vakuumgehäuse (3) steht.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzplatte (10) nur einseitig am kathodenseitigen Ende (11) gut wärmeleitend mit dem Vakuumgehäuse (3) verbunden ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzplatte (10) am freien Ende (12) zum Ableiten von Rückstreuelektronen (9) vom Vakuumgehäuse (3) nach innen abgewinkelt ist.

4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß sie als Dreh­ kolbenröhre mit fest in einem rotierenden mit einem ringför­ migen umlaufenden Röntgenstrahlaustrittsfenster (8) versehe­ nen Vakuumgehäuse (3) angeordneter Kathode (1) und Anode (4) ausgebildet ist, wobei die Schutzplatte (10) einen umlaufen­ den am kathodenseitgen Rand (12) nach innen gewinkelten Ring bildet.

5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schutz­ platte (8) aus Beryllium besteht.

6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schutz­ platte (8) aus Glasgraphit besteht.