DE19900468A1

DE19900468A1 - Röntgenröhre mit optimiertem Elektronenauftreffwinkel

Info

Publication number: DE19900468A1
Application number: DE19900468A
Authority: DE
Inventors: Erich Hell; Detlef Mattern; Peter Schardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2000-07-20

Abstract

Röntgenröhre, insbesondere Drehkolbenröhre mit einem das Vakuumgehäuse mit der in der Drehachse liegenden Kathode und der Anode umgebenden Magnetsystem zum Ablenken und Fokussieren eines Elektronenstrahls auf den abgeschrägten Anodenrand, wobei der Anodenrand radial nach außen ansteigend abgewinkelt ist und das Röntgenstrahlenaustrittsfenster zur Drehachse gewinkelt und in Richtung zur Kathode versetzt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre, insbeson dere Drehkolbenröhre, mit einem das Vakuumgehäuse mit der in der Drehachse liegenden Kathode und der Anode umgebenden Magnetsystem zum Ablenken und Fokussieren eines Elektronen strahls auf den abgeschrägten Anodenrand.

Bei Röntgenröhren der vorstehend beschriebenen Art - insbe sondere gilt dies für Drehkolbenröhren, jedoch auch für Dreh anodenröhren mit drehachszentral angeordneter Kathode - trifft der Elektronenstrahl bedingt durch die Geometrie der Anordnung bei Verwendung einer konventionellen Anode mit ent sprechendem Tellerwinkel unter einem relativ flachem Winkel ϕ auf die Anodenoberfläche, d. h. der Winkel zwischen der Flä chennormalen und dem Elektronenstrahl δ = π/2 - ϕ ist groß.

Dies führt zu einer erhöhten Rückstreuung von Elektronen ge mäß der Formel

η(δ) = [1+cos (δ))^-9√Z

wobei Z die Kernladungszahl der Brennbahn ist. Die insbeson dere in Richtung des Röntgenstrahlenaustrittsfensters austre tenden Rückstreuelektronen führen zu einer erhöhten thermi schen Belastung des Röntgenstrahlaustrittsfensters sowie zu einer verringerten Röntgenausbeute bezogen auf die elektrisch benötigte Gesamtleistung P = U.I.

Vermeiden läßt sich diese erhöhte thermische Belastung des Röntgenstrahlaustrittsfensters und die Verringerung der Rönt genausbeute bisher nur durch die Verwendung von konventionel len Drehanodenröhren, bei denen die Elektronenstrahlenquelle aus der Drehachse der Drehanode seitlich in Richtung des Anodentellerrandes versetzt ist, so daß der Elektronenstrahl etwa parallel zur Anodenflächennormalen auftreffen kann, allenfalls vermindert um den relativ geringen Tellerwinkel von beispielsweise 8° bei Computertomographie. In allen ande ren Fällen, insbesondere bei Drehkolbenröhren müssen jedoch die geschilderten Nachteile in Kauf genommen bzw. durch einen erhöhten Elektronenstrom ausgeglichen werden. Dies wiederum hat jedoch Nachteile für die Emitterlebensdauer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen röhre der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Austritt von Streuelektronen beim Auftreffen des Elektronen strahls auf die Brennbahn vermindert und damit die Röntgen strahlausbeute erhöht und die thermische Belastung des Rönt genstrahlaustrittsfensters verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Anodenrand radial nach außen ansteigend abgewinkelt ist und daß das Röntgenstrahlaustrittsfenster zur Drehachse ge winkelt und in Richtung zur Kathode versetzt angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Neigung des Anodenrandes, die der flachen Tellerneigung der Anoden von Drehanodenröhren für die Computertomographie genau entgegengesetzt gerichtet ist, läßt sich trotz der geneigten Bahnform des Elektronenstrahls, der von einem achszentral angeordneten Emitter ausgesandt wird, ein steiler, insbesondere vertikaler Auftreffwinkel des Elek tronenstrahls auf die Brennbahn erreichen, wodurch die Zahl der austretenden Streuelektronen ganz erheblich reduziert wird. Dadurch wird die thermische Belastung des Röntgen strahlaustrittsfensters vermindert und gleichzeitig die Aus beute an Röntgenstrahlung bezogen auf die Gesamtleistung der Röhre erhöht.

Das Röntgenstrahlaustrittsfenster kann dabei bevorzugt in ei nem konisch zur Einschnürung des Vakuumgehäuses zur Anordnung des Magnetsystems hin geneigten, im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse des austretenden Röntgenstrahls verlaufenden Abschnitt des Vakuumgehäuses angeordnet sein.

Daß bei einer derartigen Anordnung die Längsmittelachse der Röntgenröhre zur Strahlaustrittsrichtung geneigt angeordnet ist, spielt letztendlich für die Brauchbarkeit überhaupt keine Rolle, ist allenfalls für die Anwender etwas ungewöhn lich, da bisher die Achse der Röntgenröhren im allgemeinen vertikal zur Strahlenaustrittsöffnung angeordnet waren.

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 eine schematische Darstellung der Anode einer Dreh kolbenröhre und des flach auftreffenden Verlaufs des Elektronenstrahls,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ausbildung der Anode für eine Drehkolbenröhre oder eine Drehanodenröhre mit achszentralem Emitter system, und

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Drehkolben röhre mit einer Anode gemäß Fig. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte Anode 1 mit einer ebenen, allenfalls im Bereich des Tellerrandes flach nach außen um ca. 8° ge neigten Elektronenstrahl-Auftrefffläche 2 wird im Falle einer achszentralen Anordnung der Kathode, was bei Drehkolbenröhren grundsätzlich der Fall ist, vom Elektronenstrahl ES unter ei nem flachen Winkel ϕ bestrahlt. Dadurch entstehen in erhöhtem Ausmaß Rückstrahlelektronen, die auf Bahnen 3 hauptsächlich in die Austrittsrichtung 4 der Röntgenstrahlung emittiert werden, so daß sie zu einer erhöhten thermischen Belastung des Röntgenstrahlaustrittsfensters führen. Gleichzeitig er gibt sich durch diese erhöhte Zahl von Rückstreuelektronen eine verschlechterte Röntgenstrahlenausbeute.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Anode 1' gemäß Fig. 2 mit einem radial nach außen anstei gend abgewinkelten Anodenrand 5 versehen, so daß die Anode 1' schüssel- oder tellerförmig ausgebildet ist. Dies führt dazu, daß der Elektronenstrahl ES unter einem wesentlich steileren Winkel, bei geeigneter Neigung des Anodenrandes 5 senkrecht auf die Auftrefffläche des Anodenrandes auftrifft. Dadurch entstehen wesentlich weniger Rückstreuelektronen und vor al len Dingen sehr viel weniger Rückstreuelektronen, die in die Austrittsrichtung 4 der Röntgenstrahlung emittiert werden. Das - in diesem Fall natürlich dann zur Mittelachse 6 der Röntgenröhre abgewinkelte - Elektronenstrahlaustrittsfenster 7 wird somit thermisch kaum durch derartige Rückstreuelektro nen belastet und gleichzeitig steigt die Ausbeute an Röntgen strahlung bezogen auf die eingesetzte Gesamtleistung an.

In Fig. 3 ist eine Drehkolbenröhre mit einer erfindungsge mäßen Kathode 1' schematisch dargestellt. Bei zur Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls Es. Das Elektronen strahlaustrittsfenster 7 ist dem zur Einschnürung 10 für das Magnetsystem hin konisch geneigten Abschnitt 11 des Vakuumge häuses 12 angeordnet und steht dabei im wesentlichen senk recht zur Austrittsrichtung 4 der Röntgenstrahlung.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbei spiel beschränkt. So wäre es insbesondere auch möglich, die erfindungsgemäße Formgebung einer Anode 1' mit radial nach außen ansteigenden Anodenrand 5 bei Drehanodenröhren einzu setzen, die mit einer in der Drehachse angeordneten Kathode versehen sind.

Claims

1. Röntgenröhre, insbesondere Drehkolbenröhre mit einem das Vakuumgehäuse mit der in der Drehachse liegenden Kathode und der Anode umgebenden Magnetsystem zum Ablenken und Fokussie ren eines Elektronenstrahls auf den abgeschrägten Anodenrand, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrand (5) radial nach außen ansteigend abgewinkelt ist und daß das Röntgenstrahlenaustrittsfenster (7) zur Drehachse (6) gewinkelt und in Richtung zur Kathode (8) versetzt ange ordnet ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Anstiegswinkel des ver dickten Anodenrandes (5) so gewählt ist, daß der abgelenkte Elektronenstrahl (Es) im wesentlichen senkrecht auf die Auf trefffläche des Anodenrandes (5) auftrifft.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Röntgenstrahlenaus trittsfenster (7) im konisch zur Einschnürung (10) des Vaku umgehäuses (12) zur Anordnung des Magnetsystems (9) hin ge neigten, im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse (14) des austretenden Röntgenstrahls verlaufenden Abschnitt (11) des Vakuumgehäuses (12) angeordnet ist.