DE19914739C1 - Cathode with directly heated emitter - Google Patents

Cathode with directly heated emitter

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Abstract

The cathode comprises a directly heated emitter with variable emission surface area, which is held by support wires, forming a part of a current supply, whereby the current supplies to the emitter (1) are, at least partially, separately heatable. The support wires carrying the emitter are preferably U-shaped, whereby thighs (6a, 6b) of each support wire are connected respectively with an additional heating current source (UZl, UZ2). The emitter legs (2) of an emitter, preferably formed as flat emitter, are preferably slit, forming respectively two thighs (2a, 2b), whereby the thighs of each emitter leg are connected respectively over an additional current source, and whereby respectively one thigh of each emitter leg is connected to the emitter heating current source (UH).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode mit einem direkt geheizten Emitter mit einer Emissionsfläche, der von einen Teil der Stromzuführung bildenden Stützfüßchen gehaltert ist, die insbesondere für Röntgenröhren geeignet ist.The invention relates to a cathode with a direct heated emitter with an emission area of one Part of the power supply supporting legs is held, the is particularly suitable for X-ray tubes.

Bei Röntgenanlagen werden in der Regel mehrere verschieden große Brennflecke der Röntgenquelle benötigt, wozu bisher in der Regel jeweils für jeden Brennfleck ein separater Emitter eingesetzt worden ist, dessen Emissionsfläche dem Brennfleck angepaßt ist. Weitere Möglichkeiten bestehen in einer va­ riablen Fokussierung durch elektrische und/oder magnetische Felder, die den Elektronenstrahl auf dem Weg bis zum Brenn­ fleck entsprechend beeinflussen können.X-ray systems are usually different large focal spots of the X-ray source are required, for which purpose in usually a separate emitter for each focal spot has been used, the emission surface of the focal spot is adjusted. There are also other options Variable focus through electrical and / or magnetic Fields that keep the electron beam on the way to the focal point can influence stain accordingly.

Außerdem ist es aus der DE 30 01 141 A1 bekannt, bei einer Kathodenanordnung für eine Röntgenröhre mit einem Kathoden­ kopf zur Elektronenfokussierung, der eine nutartige Vertie­ fung für die Heizwendel aufweist, den Kathodenkopf etwa senk­ recht zur Längsrichtung der Heizwendel in mehrere voneinander elektrisch isolierte Teile zu unterteilen, denen getrennte Steuerpotentiale zuführbar sind, um die Ausdehnung des Brenn­ flecks beeinflussen zu können.It is also known from DE 30 01 141 A1, in one Cathode arrangement for an X-ray tube with a cathode Head for electron focusing, which is a groove-like recess fung for the heating coil, lower the cathode head approximately right to the longitudinal direction of the heating coil in several from each other to subdivide electrically insulated parts, which separate Control potentials can be fed to the expansion of the focal to be able to influence stains.

Weiter ist es aus der FR 978 627 bekannt, eine flächenhafte Glühkathode zur Bildung eines elektrischen Leiters mit der Stromzuführung dienenden Stützfüßen zu unterteilen.It is also known from FR 978 627, an areal Hot cathode to form an electrical conductor with the To divide the power supply supporting feet.

Alle diese bisherigen Losungen sind sowohl vom Aufbau als auch von der Betriebsweise her sehr aufwendig.All of these previous solutions are both of structure and also very expensive to operate.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kathode der eingangs gerannten Art so auszugestalten, daß eine va­ riable Emissionsfläche unter Verwendung nur eines Emitters möglich ist.The invention is therefore based on the object of a cathode of the type mentioned at the beginning so that a va  riable emission area using only one emitter is possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Stromzuführungen zum Emitter zumindest teilweise separat beheizbar ausgebildet sind, um auf diese Art und Weise die Temperaturverteilung auf der Emitteroberfläche und damit die Größe der Elektronen emittierenden Fläche zu steuern.To solve this problem, the invention provides that the power supply lines to the emitter are at least partially separate are designed to be heated in this way Temperature distribution on the emitter surface and thus the To control the size of the electron-emitting surface.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Emissionsstromdichte sehr stark von der Temperatur der Emis­ sionsfläche abhängt, so daß durch entsprechende Absenkung der Temperatur in den Randbereichen diese quasi abgeschaltet wer­ den können, da sie zur Elektronenemission im Verhältnis zum heißeren Zentrum praktisch nichts beitragen. Auf diese Art und Weise läßt sich dann eine zweckentsprechende Variation der Emissionsfläche erzielen, und zwar unabhängig davon, ob als Emitter eine herkömmliche Drahtwendel, eine Spiralwendel oder auch ein Flachemitter eingesetzt werden soll. Die An­ schlußbeine des Emitters wirken als Temperatursenke für die Ränder der Emitteroberfläche, so daß im bekannten Betrieb solcher Emitter die Ränder des Emitters bzw. die Enden bei einem Drahtwendel-Emitter stets eine wesentlich geringere Temperatur aufweisen als die Zentrumsbereiche, so daß sie zur Elektronenemission praktisch nicht beitragen und deshalb die wirksame Emissionsfläche wesentlich kleiner ist als die Größe des Emitters selbst. Die Verhinderung der Ausbildung einer solchen Wärmesenke durch eine gezielte Zusatzheizung kann da­ bei in Weiterbildung der Erfindung in unterschiedlicher Weise erfolgen.The invention is based on the knowledge that the Emission current density very much dependent on the temperature of the emis sionsfläche depends, so that by appropriate lowering of Temperature in the marginal areas this quasi switched off who can because they relate to electron emission in relation to  hotter center contribute practically nothing. In this manner and a suitable variation can then be made of the emission area, regardless of whether as a emitter a conventional wire spiral, a spiral spiral or a flat emitter should be used. The An clavicles of the emitter act as a temperature sink for the Edges of the emitter surface, so that in known operation such emitter the edges of the emitter or the ends a wire coil emitter always a much lower one Have temperature than the central areas, so that they for Electron emission practically do not contribute and therefore the effective emission area is significantly smaller than the size of the emitter itself. Preventing the formation of a such a heat sink through a targeted additional heating can in further development of the invention in different ways respectively.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die den Emitter tragenden Stützdrähte im wesent­ lichen U-förmig ausgebildet sind und daß die Schenkel jedes Stützdrahtes jeweils an eine Zusatzheizstromquelle anschließ­ bar sind. Durch diese Heizung der Stützdrähte können die Emitterbeine keine Temperatursenke mehr bilden, so daß die gesamte Emitterfläche als Emissionsfläche zur Verfügung steht.In a first embodiment of the invention is pre see that the support wires carrying the emitter essentially Lichen are U-shaped and that the legs of each Connect the support wire to an additional heating current source are cash. By heating the support wires, the Emitter legs no longer form a temperature sink, so that the entire emitter area is available as an emission area stands.

Stattdessen kann aber bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen sein, daß die Emitterbeine des Flachemitters unter Bildung zweier Schenkel geschlitzt sind, daß die Schenkel jedes Emitterbeins jeweils über eine Zusatz­ heizstromquelle verbunden sind und daß je ein Schenkel jedes Emitterbeins an die Emitterheizstromquelle angeschlossen ist. In diesem Fall werden also nicht die eigentlichen tragenden Stützdrähte beheizt, sondern die diese mit der Emitterfläche verbindenden relativ kurzen Emitterbeine. Instead, however, in a second embodiment, the Invention also be provided that the emitter legs of the Surface emitters are slotted to form two legs, that the legs of each emitter leg each have an additive are connected to the heating power source and that one leg each Emitter leg is connected to the emitter heating current source. In this case, it is not the actual load-bearing Support wires heated, but these with the emitter surface connecting relatively short emitter legs.  

Der Emitterheizstrom und der Zusatzheizstrom zur separaten Beheizung der Stromzuführungen zum Emitter können wahlweise über getrennte Heizstromübertrager zugeführt werden oder aber man kann auch vorsehen, daß die getrennte Heizung des Emit­ ters und seiner Stromzuführungen durch eine frequenzabhängige Steuerung erfolgt.The emitter heating current and the additional heating current for separate Heating the power supplies to the emitter can be optional be supplied via separate heating current transmitters or else it can also be provided that the separate heating of the Emit ters and its power supplies through a frequency-dependent Control is done.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh­ rungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention he give some information from the following description Example and based on the drawing. Show:

Fig. 1 ein Diagramm der Emissionsstromdichte als Funktion der Temperatur für Wolfram, Fig. 1 is a graph of emission current density as a function of temperature for tungsten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Kathode für eine Röntgenröhre, bei der erfindungsgemäß die Emitterbeine geheizt werden, Fig. 2 is a schematic representation of a cathode for an X-ray tube according to the invention, the emitter legs are heated in,

Fig. 3 ein Schaltbild mit den verschiedenen Heizströmen der Anordnung nach Fig. 2, wobei der Emitter als ge­ schlitzter Flachemitter mit abgewinkelten Emitter­ beinen ausgebildet ist, Fig. 3 is a diagram with the different heating currents of the arrangement of Fig. 2, wherein the emitter and ge schlitzter flat emitter with angled legs emitter is formed,

Fig. 4 und 5 Aufsichten auf den in gestreckter Ausführung ge­ zeigten Emitter nach Fig. 3 und die sich ergebenden Temperaturen mit und ohne Zusatzheizung der Emit­ terbeine, FIGS. 4 and 5 are plan views of the embodiment shown in the extended ge emitter of FIG. 3 and terbeine the temperatures arising with and without additional heating of the Emit,

Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende schematische Darstel­ lung einer Kathode, bei der die Stützdrähte für den Emitter separat beheizbar sind, und Fig. 6 is a corresponding to Fig. 2 corresponding presen- tation of a cathode in which the support wires for the emitter can be heated separately, and

Fig. 7 eine der Fig. 3 entsprechende Schaltungsdarstellung zur Zusatzheizung gebogener Stützdrähte bei einem Wendel-Emitter. FIG. 7 shows a circuit representation corresponding to FIG. 3 for the additional heating of bent support wires in a spiral emitter.

Aus dem Diagramm nach Fig. 1 erkennt man die hohe Empfind­ lichkeit der Emissionsstromdichte je als Funktion der Tempe­ ratur T für Wolfram. Durch Temperaturänderungen von nur etwa 200°C ergeben sich Änderungen der Emissionsstromdichte um eine ganze Größenordnung. Dies führt dazu, daß beispiels­ weise bei einer Kathode einer Röntgenanlage mit einem Emitter 1, wie er in Fig. 2 angedeutet ist, die durch die Emitter­ beine 2 gebildete Temperatursenke am Rand des Emitters 1 Tem­ peraturen auftreten, die um mindestens 300°C kleiner sind als die Kerntemperatur in der Mitte der Emissionsfläche des Flachemitters 1. Dies wiederum hat zur Folge, daß in den Randbereich um Größenordnungen weniger Elektronen emittiert werden, so daß diese Randbereiche praktisch als Emissionsflä­ che überhaupt nicht zur Verfügung stehen. Dies wiederum läßt sich nun dazu ausnützen, um eine variable Emissionsfläche auszubilden.From the graph of FIG. 1 one can see the high sensitivity respectively the emission current density as a function of each T Tempera ture for tungsten. Changes in temperature of only about 200 ° C result in changes in the emission current density by an entire order of magnitude. This leads to the example, with a cathode of an X-ray system with an emitter 1 , as indicated in Fig. 2, the temperature sink formed by the emitter 2 formed at the edge of the emitter 1 tem peratures that are at least 300 ° C lower are as the core temperature in the middle of the emission surface of the surface emitter 1 . This in turn has the result that fewer electrons are emitted in the edge region by orders of magnitude, so that these edge regions are practically not available at all as an emission surface. This in turn can now be used to create a variable emission area.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 5 ist der Emitter 1 ein durch Schlitze 3 im wesentlichen in spira­ lig verlaufende Leiterbahnen unterteilter Flachemitter mit angeformten Emitterbeinen 2, die ihrerseits durch vom freien Ende 4 ausgehende Schlitze 5 in jeweils zwei Schenkel 2a und 2b unterteilt sind. An die Schenkel 2a wird die Heizstrom­ quelle UH zum Aufheizen des Emitters 1 angelegt. Über einen Übertrager Ü werden jeweils die beiden Schenkel 2a, 2b jedes Emitterbeins 2 unabhängig vom Emitterheizstrom über die Heiz­ stromquelle UH an eine Zusatzheizstromquelle angeschlossen, so daß die Emitterbeine 2 gesondert von einem Zusatzheizstrom durchflossen sein können, der die ansonsten wegen der Wärme­ ableitung über die Stützdrähte 6 auftretende Wärmesenke in den Emitterbeinen 2 und damit im Randbereich der Emitterflä­ che verhindert.In the embodiment according to FIGS. 2 to 5, the emitter 1 is a flat emitter subdivided by slots 3 essentially into spira lig running conductor tracks with molded-on emitter legs 2 , which in turn are formed by slots 5 starting from the free end 4 in two legs 2 a and 2 b are divided. At the legs 2 a, the heating current source U H is applied to heat the emitter 1 . The two legs 2 are respectively a via a transformer T, 2, each emitter leg 2 b independently of Emitterheizstrom on the heating source of U H to a Zusatzheizstromquelle connected, so that the emitter legs 2 separately from an auxiliary heating current may be flowed through, which would otherwise due to heat dissipation via the support wires 6 occurring heat sink in the emitter legs 2 and thus in the edge region of the emitter surface prevents.

In Fig. 4 und 5 erkennt man die sich einstel­ lenden Temperaturverhältnisse ohne Zusatzheizung der Emitter­ beine (Fig. 4) und mit Zusatzheizung der Emitterbeine (Fig. 5). Man erkennt daraus, daß mit der Zusatzheizung die Tempe­ ratur der Emitterbeine den gleichen Wert aufweist wie im Zen­ trum und im Randbereich der eigentlichen Emitterfläche. Ohne die Zusatzheizung liegt die Temperatur der Emitterbeine um mehr als 800°C unter der Temperatur, die im Zentrumsbereich 7 des Emitters 1 herrscht, also unterhalb der Temperatur von 2300°C. Im Randbereich liegt die Temperatur dazwischen bei etwa 2000°C, also immer noch um wenigstens 300°C unter der im Zentrumsbereich 7, so daß die Elektronenemission in diesem Randbereich um wenigstens eine Größenordnung kleiner ist als im Zentrumsbereich 7. Dies wiederum bedeutet, daß der Randbe­ reich zur Ausbildung des Elektronenstrahls nahezu überhaupt nicht beiträgt. Die wirksame Emissionsfläche entspricht nur dem Zentrumsbereich 7 des Emitters. Mit Zusatzheizung (Fig. 5) ist die Temperatur in den Beinchen nur wenig kleiner als 2300°C und deshalb ist die Temperatur des Emitters auf seiner ganzen Fläche etwa gleich hoch oberhalb 2300°C.In Figs. 4 and 5 can be seen which Adjustab lumbar temperature conditions without additional heating of the emitter legs (Fig. 4) and with additional heating of the emitter legs (Fig. 5). It can be seen from this that with the additional heating, the temperature of the emitter legs has the same value as in the center and in the edge area of the actual emitter surface. Without the additional heating, the temperature of the emitter legs is more than 800 ° C. below the temperature prevailing in the central region 7 of the emitter 1 , that is to say below the temperature of 2300 ° C. In the peripheral region, the temperature in between is approximately 2000 ° C., that is still at least 300 ° C. below that in the central region 7 , so that the electron emission in this peripheral region is at least one order of magnitude smaller than in the central region 7 . This in turn means that the Randbe contributes almost not at all to the formation of the electron beam. The effective emission area corresponds only to the center area 7 of the emitter. With additional heating ( Fig. 5) the temperature in the legs is only slightly less than 2300 ° C and therefore the temperature of the emitter is approximately the same over its entire surface above 2300 ° C.

In Fig. 6 ist schematisch eine Kathodenausbildung darge­ stellt, bei der die durch die Vakuumdurchführung (Isolator) 8 durchgeführten Stützdrähte 6 der Anordnung nach Fig. 2 durch im wesentlichen U-förmig gebogene Stützdrähte 6' ersetzt sind, die jeweils mit zwei Schenkeln 6a und 6b nach außen ge­ führt sind. Diese ermöglichen das Anlegen gesonderter Zusatz­ heizstromquellen UZ1 und UZ2 neben der normalen Emitterheiz­ stromquelle UH. Durch das Heizen der gebogenen Stützdrähte 6' weisen diese im Ansatzbereich der Emitterbeine 2 eine hohe Temperatur auf, so daß für die Stützdrähte 6' keine Wärme ab­ gezogen wird, die sich dann als Temperatursenke im Randbe­ reich des Emitters 1 auswirken kann. Die Emitterbeine 2 brau­ chen bei der Ausbildung nach Fig. 6 natürlich nicht ge­ schlitzt und separat heizbar ausgebildet sein.In Fig. 6, a cathode formation is shown schematically, in which the support wires 6 through the vacuum feedthrough (insulator) 8 of the arrangement according to FIG. 2 are replaced by essentially U-shaped support wires 6 ', each with two legs 6 a and 6 b leads to the outside. These allow the creation of separate additional heating current sources U Z1 and U Z2 in addition to the normal emitter heating current source U H. By heating the curved support wires 6 ', these have a high temperature in the attachment area of the emitter legs 2 , so that no heat is drawn off for the support wires 6 ', which can then act as a temperature sink in the edge region of the emitter 1 . The emitter legs 2 brau chen in the embodiment of FIG. 6 of course not ge slits and separately heatable.

Die Fig. 7 zeigt schließlich ein der Fig. 3 entsprechendes Schaltbild für einen Emitter 1', der als Drahtwendel ausge­ bildet ist. Die Anschlußbeine 2' der Drahtwendel sind wie­ derum an einem beheizten Stützdraht 6' befestigt. Die Zusatz­ heizung entspricht also hier dem gleichen Typ wie bei Fig. 6. Es werden nicht die Emitterbeine 2 bzw. 2' geheizt, sondern die Stützdrähte 6'. FIG. 7 finally shows a circuit diagram corresponding to FIG. 3 for an emitter 1 'which is formed as a wire coil. The connecting legs 2 'of the wire helix are in turn attached to a heated support wire 6 '. The additional heating corresponds here to the same type as in Fig. 6. It is not the emitter legs 2 or 2 'that are heated, but the support wires 6 '.

Anstelle der Zusatzheizung über eine gesonderte Heizstrom­ übertragung, wie er in den Figuren dargestellt ist, könnte auch eine frequenzabhängige Steuerung der Emitterheizung und der Zusatzheizung der Emitterbeine bzw. der Stützdrähte vor­ gesehen werden.Instead of the additional heating via a separate heating current transmission, as shown in the figures, could also a frequency-dependent control of the emitter heating and the additional heating of the emitter legs or the support wires be seen.

Claims (5)

1. Kathode, insbesondere für Röntgenröhren, mit einem direkt geheizten Emitter mit variabler Emissionsfläche, der von einen Teil der Stromzuführung bildenden Stützdrähten gehal­ tert ist und bei der die Stromzuführungen zum Emitter (1) zumindest teilweise separat beheizbar ausgebildet sind.1. Cathode, in particular for X-ray tubes, with a directly heated emitter with a variable emission area, which is held by a part of the power supply support wires and in which the power supplies to the emitter ( 1 ) are at least partially separately heatable. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Emitter (1) tra­ genden Stützdrähte (6) im wesentlichen U-förmig ausgebildet sind und daß die Schenkel (6a, 6b) jedes Stützdrahtes (6) je­ weils an eine Zusatzheizstromquelle (UZ1, UZ2) anschließbar sind.2. Cathode according to claim 1, characterized in that the emitter ( 1 ) tra ing support wires ( 6 ) are substantially U-shaped and that the legs ( 6 a, 6 b) of each support wire ( 6 ) each because an additional heating current source (U Z1 , U Z2 ) can be connected. 3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Emitterbeine (2) eines als Flachemitter ausgebildeten Emitters (1) unter Bildung je­ weils zweier Schenkel (2a, 2b) geschlitzt sind, daß die Schenkel jedes Emitterbeins (2) jeweils über eine Zusatz­ stromquelle (UZ1, UZ2) verbunden sind und daß je ein Schenkel (2a, 2b) jedes Emitterbeins (2) an die Emitter-Heizstrom­ quelle (UH) angeschlossen ist. 3. A cathode according to claim 1, characterized in that the emitter legs ( 2 ) of an emitter ( 1 ) designed as a flat emitter ( 1 ) are slotted to form two legs ( 2 a, 2 b), that the legs of each emitter leg ( 2 ) each are connected via an additional power source (U Z1 , U Z2 ) and that one leg ( 2 a, 2 b) of each emitter leg ( 2 ) is connected to the emitter heating current source (U H ). 4. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterheizstrom und der Zusatzheizstrom über getrennte Heizstromübertrager zugeführt werden.4. Cathode according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the emitter heating current and the additional heating current via separate heating current transformers be fed. 5. Kathode nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennte Heizung des Emitters und seiner Stromzuführungen durch eine frequenzabhängige Steuerung erfolgt.5. Cathode according to one of claims 1 to 3, characterized characterized that the separate heating of the emitter and its power supplies through a frequency-dependent control takes place.
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