DE202021106047U1

DE202021106047U1 - Unterbrechungsring in einer Röntgenröhre

Info

Publication number: DE202021106047U1
Application number: DE202021106047.6U
Authority: DE
Original assignee: Moxtek Inc
Current assignee: Moxtek Inc
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2022-02-14
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: US20220148841A1; US12002648B2; US11688578B2; CN114551193A; US20230274904A1

Abstract

Röntgenröhre, umfassend:
eine Kathode und eine Anode, die elektrisch voneinander isoliert sind, wobei die Kathode dazu konfiguriert ist, Elektronen zu der Anode zu emittieren, und die Anode dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf das Auftreffen der Elektronen von der Kathode Röntgenstrahlen aus der Röntgenröhre zu emittieren;
ein Gehäuse, das an der Kathode und der Anode befestigt ist, wobei das Gehäuse die Kathode von der Anode elektrisch isoliert;
einen Beschichtungsring an einer Innenfläche des Gehäuses, wobei der Beschichtungsring an der Kathode angrenzt, wobei der Beschichtungsring eine Längsachse des Gehäuses umgibt, wobei sich die Längsachse zwischen der Kathode und der Anode erstreckt;
einen Unterbrechungsring, der sich an der Innenfläche des Gehäuses befindet, wobei der Unterbrechungsring die Längsachse umgibt, wobei der Unterbrechungsring von dem Beschichtungsring verschieden ist;
einen elektrischen Strompfad durch den Beschichtungsring und den Unterbrechungsring in Reihe;
R_I > R_C, wobei R_I der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Unterbrechungsring ist und R_C der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Beschichtungsring ist, beide parallel zur Längsachse gemessen; und
ρ_C < ρ_E, wobei ρ_C ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Beschichtungsrings ist und ρ_E ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Gehäuses ist.

Description

Prioritätsanspruch
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. November 2020 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63112216 , die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Röntgenröhren.
Hintergrund
In einer Röntgenröhre werden Röntgenstrahlen erzeugt, indem Elektronen über ein Spannungsdifferenzial zwischen einer Kathode und einer Anode zu einem Target der Anode gesendet werden. Bei Auftreffen der Elektronen auf dem Target bilden sich Röntgenstrahlen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Röntgenröhre 10 mit (a) einem Zylinder 15, der eine Kathode 11 von einer Anode 12 elektrisch isoliert; (b) einem Beschichtungsring 18 an einer Innenfläche 15i des Zylinders 15; (c) einem Unterbrechungsring 19 an der Innenfläche 15i des Zylinders 15; und (d) einem Übergangsgebiet 17 zwischen dem Unterbrechungsgebiet 19 und dem Beschichtungsring 18.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Röntgenröhre 20 mit einem beschichteten Zylinder, ähnlich dem beschichteten Zylinder 15 von 1. Das Unterbrechungsgebiet 19 in der Röntgenröhre 20 befindet sich näher an der Anode 12 als an der Kathode 11 und ist ein Gebiet mit einer dünneren Beschichtung als der Kathodenring 18.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Röntgenröhre 30 mit einem beschichteten Zylinder 15, ähnlich den beschichteten Zylindern 15 der 1-2. Das Unterbrechungsgebiet 19 in Röntgenröhre 30 befindet sich näher an der Kathode 11 als an der Anode 12.
4 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Röntgenröhre 40 mit einem beschichteten Zylinder 15, ähnlich den beschichteten Zylindern 15 der 1-3. Der Zylinder 15 in der Röntgenröhre 40 weist zwei Unterbrechungsringe 19 auf.
5 ist eine Querschnittseitenansicht einer Röntgenröhre 50 mit einem beschichteten Zylinder 15, ähnlich den beschichteten Zylindern 15 der 1-4. Das Unterbrechungsgebiet 19 und der Beschichtungsring 18 in der Röntgenröhre 50 sind benachbarte wendelförmige Ringe an der Innenfläche 15_i des Zylinders 15.
6 ist eine Draufsicht der Beschichtungsringe 18 und Unterbrechungsringe 19 an einer Innenfläche 62i einer elektrisch isolierenden Scheibe 62. Die Scheibe 62 umgibt ein Gebiet 61. Das Gebiet 61 kann mindestens Teil der Kathode 11 oder mindestens Teil der Anode 12 sein.
7 ist eine Draufsicht eines Beschichtungsrings 18 und eines Unterbrechungsrings 19 an einer Innenfläche 62i einer elektrisch isolierenden Scheibe 62. Die Scheibe 62 umgibt das Gebiet 61.
8 ist eine Draufsicht eines Beschichtungsrings 18 und eines Unterbrechungsrings 19 als benachbarte, spiralförmige Ringe an einer Innenfläche 62i einer elektrisch isolierenden Scheibe 62. Die Scheibe 62 umgibt das Gebiet 61.
9 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Röntgenröhre 90 mit einer beschichteten Scheibe 62, die mindestens einen Teil der Kathode 11 umgibt.
10 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Röntgenröhre 100 mit einer beschichteten Scheibe 62, die mindestens einen Teil der Anode 12 umgibt.
11 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht der Hälfte einer Röntgenröhre 110 plus Äquipotentiallinien 123. Die Halbröntgenröhre 110 weist einen Beschichtungsring 18 (in der Figur nicht gezeigt) auf.
12 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht der Hälfte einer Röntgenröhre 120 plus elektrischer Äquipotentiallinien 123. Die Halbröntgenröhre 120 weist einen Beschichtungsring 18 und einen Unterbrechungsring 19 (keiner von beiden in der Figur gezeigt) auf.
13 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schritts 130 in einem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Röntgenröhre, der Bilden eines Beschichtungsrings 18 und eines Unterbrechungsrings 19 durch Maskieren eines Rings an einer Innenfläche des Gehäuses und Beschichten eines nicht maskierten Teils der Innenfläche beinhaltet.
14 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schritts 140 in einem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Röntgenröhre, der Bilden eines Beschichtungsrings 18 und eines Unterbrechungsrings 19 durch Beschichten der Innenfläche des Gehäuses zur Bildung des Beschichtungsrings 18, dann Entfernen eines Teils eines oder eines ganzen Rings der Beschichtung zur Bildung des Unterbrechungsrings 19 beinhaltet.
15 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Schritts 150 in einem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Röntgenröhre, der Bilden eines Beschichtungsrings 18 und eines Unterbrechungsrings 19 durch Abscheiden einer Beschichtung auf der Innenfläche mit einem Spritzwerkzeug 151 und Einstellen der Zeit und/oder des Durchflusses durch das Spritzwerkzeug 151 an verschiedenen Stellen zum Ergeben unterschiedlicher Dicken der Beschichtung oder Stellen mit und ohne Beschichtung beinhaltet.

Definitionen. Die folgenden Definitionen, einschließlich ihrer Pluralformen, gelten in der gesamten vorliegenden Gebrauchsmusteranmeldung.
Wie hier verwendet, bedeuten die Begriffe „auf“, „befindlich auf“, „befindlich an“ und „befindlich über“ befindlich direkt auf oder befindlich über mit irgendeinem anderen massiven Material dazwischen. Die Begriffe „befindlich direkt auf“, „angrenzen an“ und „angrenzend“ bedeuten direkten und unmittelbaren Kontakt.
Wie hier verwendet, bedeutet die Formulierung „gleiche Materialzusammensetzung“ genau die gleiche, die gleiche innerhalb normaler Herstellungstoleranzen oder nahezu genau die gleiche, so dass jegliche Abweichung von genau der gleichen eine vernachlässigbare Wirkung für normalen Gebrauch der Vorrichtung haben würde.
Wie hier verwendet, ist der Begriff „Röhre“ nicht auf eine Zylinderform beschränkt. Der Begriff „Röntgenröhre“ wird verwendet, weil dies der für diese Röntgenvorrichtung verwendete normale Begriff ist.
Wenn hier nicht explizit anders angegeben, sind alle temperaturabhängigen Werte solche Werte bei 25°C.
Detaillierte Beschreibung
Wie in 1-5, 9 und 10 dargestellt, weisen die Röntgenröhren 10, 20, 30, 40, 50, 90 und 100 ein an einer Kathode 11 und einer Anode 12 befestigtes Gehäuse auf, das die Kathode 11 von der Anode 12 elektrisch isoliert. Beispielhafte Materialien des Gehäuses beinhalten Glas oder Keramik (z. B. Aluminiumoxid). Innerhalb des Gehäuses kann ein Vakuum bestehen.
Das Gehäuse, die Kathode 11 und die Anode 12 können eine Aufnahme definieren und bilden, die hermetisch abgedichtet und in der Lage ist, ein Vakuum darin aufrechtzuerhalten. Das Gehäuse kann einen Zylinder 15, eine oder mehrere Scheiben 62 oder beides aufweisen. Ein Loch kann sich durch einen Kern des Zylinders 15 erstrecken. Der Begriff „Zylinder“ wird verwendet, weil dies eine gebräuchliche Form ist; der Zylinder 15 kann aber andere Formen aufweisen. Zum Beispiel kann der Zylinder 15 eine hohle Kegelstumpfform aufweisen.
In den Zeichnungen sind Transmissionstarget-Röntgenröhren 10, 20, 30, 40, 50, 90 und 100 gezeigt, aber die Erfindung ist gleichermaßen auf Reflexionstarget- oder Seitenfensterröntgenröhren anwendbar.
Die Kathode 11 kann einen Elektronenemitter 11_EE (z. B. Filament) zum Emittieren von Elektroden zu der Anode 12 aufweisen. Die Anode 12 kann ein Target 14 (z. B. Gold, Rhodium, Wolfram) zur Erzeugung von Röntgenstrahlen aufweisen. Auf das Target 14 auftreffende Elektronen können Röntgenstrahlen erzeugen. Die Röntgenstrahlen können durch ein Röntgenfenster 13 aus der Röntgenröhre emittieren.
Einige Elektronen können zurückprallen und bilden keine Röntgenstrahlen. Diese Elektronen können bewirken, dass sich an einer Innenfläche des Gehäuses wie beispielsweise an einer Innenfläche 15_i des Zylinders 15 und/oder an einer Innenfläche 62i der Scheibe(n) 62 eine elektrische Ladung aufbaut. Der Ladungsaufbau kann steile Spannungsgradienten in dem Gehäuse verursachen, was Lichtbogenfehler der Röntgenröhre verursachen kann. Die Innenfläche des Gehäuses kann die nach innen zu einem Hohlraum der Röntgenröhre weisende Innenfläche des Gehäuses sein.
Die elektrische Ladung kann sich ungleichmäßig an der Innenfläche des Gehäuses aufbauen. Diese ungleichmäßige Ladung kann den Elektronenstrahl von einer Mitte des Targets 14 weg verschieben. Infolge dieser Verschiebung können Röntgenstrahlen aus verschiedenen Stellen des Targets 14 emittieren. Das Ausrichten eines sich bewegenden nicht zentrierten Röntgenstrahls kann schwierig sein.
An einer Verbindungsstelle (a) des Gehäuses, (b) eines inneren Vakuums innerhalb des Gehäuses und (c) der Kathode 11 oder Anode 12 wird ein Tripelpunkt gebildet. Der Tripelpunkt kann eine hohe Belastung und große elektrische Feldgradienten aufweisen. Aus solch einer hohen Belastung und großen elektrischen Feldgradienten am Tripelpunkt können Lichtbogenfehler der Röntgenröhre resultieren.
Ein Beschichtungsring 18 und ein Unterbrechungsring 19 an der Innenfläche des Gehäuses können einen Aufbau von elektrischer Ladung reduzieren, einen ungleichmäßigen Aufbau von elektrischer Ladung vermeiden und den Tripelpunkt schützen. Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können sich an der Innenfläche 15_i des Zylinders 15, der Innenfläche 62_i der Scheibe 62 der Kathode 11, der Innenfläche 62_i der Scheibe 62 der Anode 12 oder Kombinationen daraus befinden.
Ein Teil der oder die ganze Innenfläche des Gehäuses kann mit einem elektrisch resistiven Material beschichtet sein, das einen Beschichtungsring 18 bilden kann. Der Beschichtungsring 18 kann einen geringeren spezifischen elektrischen Volumenwiderstand als das Gehäuse aufweisen. Der Beschichtungsring 18 kann einen Pfad für Elektronen an der Innenfläche des Gehäuses bereitstellen, auf dem diese zu Masse fließen können. Der Beschichtungsring 18 kann einen spezifischen Oberflächenwiderstand (z.B. 10¹⁰-10¹⁴ Ohm pro Quadrat) aufweisen, der dazu ausgewählt ist, nur einen geringen elektrischen Strom zwischen der Kathode 11 und der Anode 12 zu gestatten.
Der Beschichtungsring 18 kann an der Kathode 11 oder der Anode 12 angrenzen. Es können mehrere Beschichtungsringe 18 vorgesehen sein, wobei einer an der Kathode 11 angrenzt und ein anderer an der Anode 12 angrenzt.
Wie in 4 dargestellt ist, kann das Material 45 des Beschichtungsrings 18 auch eine Außenfläche des Zylinders 15 (einen Teil der oder die ganze Außenfläche) beschichten. Dieses Material kann sich zwischen der Kathode 11 und dem Zylinder 15, zwischen der Anode 12 und dem Zylinder 15 oder beidem erstrecken. Somit kann dieses Material 45 von dem Beschichtungsring 18 zur Außenseite des Zylinders 15 durchgehend sein. Dieses Material an diesen Stellen kann dabei helfen, den Tripelpunkt zu schützen.
Der Beschichtungsring 18 kann eine Längsachse 16 des Gehäuses umgeben. Die Längsachse 16 kann sich zwischen und durch die Kathode 11 und die Anode 12 erstrecken. Die Längsachse 16 kann sich zwischen und durch dem bzw. den Elektronenemitter 11_EE und dem bzw. das Target 14 erstrecken. Die Längsachse 16 kann sich an einer Mitte eines Elektronenstrahls und des Zylinders 15 befinden.
Ein Unterbrechungsring 19 an der Innenfläche des Gehäuses kann elektrische Feldlinien in dem Gehäuse verbessern. Der Unterbrechungsring 19 kann einen Ring mit einem höheren elektrischen Widerstand pro Längeneinheit parallel zur Längsachse 16 bezüglich des Beschichtungsrings 18 bereitstellen. Der Unterbrechungsring 19 kann zum Schutz des Tripelpunkts elektrische Felder von dem Tripelpunkt wegziehen. Der Unterbrechungsring 19 kann zum Formen des Elektronenstrahls platziert und bemessen sein.
Der Unterbrechungsring 19 kann bezüglich des Beschichtungsrings 18 unterschiedlich sein. Der Unterbrechungsring 19 kann hinsichtlich Struktur und Abmessungen bezüglich des Beschichtungsrings 18 unterschiedlich oder verschieden sein. Zum Beispiel kann der Unterbrechungsring 19 eine andere Dicke und/oder eine andere Breite als der Beschichtungsring 18 aufweisen. Der Unterbrechungsring 19 kann bezüglich des Beschichtungsrings 18 chemisch unterschiedlich oder verschieden sein. Zum Beispiel kann der Unterbrechungsring 19 ein anderes Material als der Beschichtungsring 18 umfassen. Der Unterbrechungsring 19 kann sich bezüglich des Beschichtungsrings 18 an einer unterschiedlichen oder verschiedenen Stelle befinden. Zum Beispiel kann sich der Unterbrechungsring 19 an einer anderen longitudinalen und/oder radialen Stelle als der Beschichtungsring 18 befinden.
Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können einen elektrischen Reihenstrompfad 51 an der Innenfläche des Gehäuses und zwischen der Anode 12 und der Kathode 11, zwischen dem Elektronenemitter 11_EE und dem Target 14, zwischen dem Elektronenemitter 11_EE und dem Röntgenfenster 13 oder Kombinationen daraus bilden. Der elektrische Strompfad 51 kann sich longitudinal entlang einer Länge des Zylinders 15 erstrecken (siehe 1-5). Der elektrische Strompfad 51 kann sich radial zwischen dem Zylinder 15 und dem Elektronenemitter 11_EE erstrecken (siehe 9). Der elektrische Strompfad 51 kann sich radial zwischen dem Zylinder 15 und dem Target 14 und/oder dem Röntgenfenster 13 der Anode 12 erstrecken (siehe 10).
Ein vergleichsweise höherer elektrischer Widerstand pro Längeneinheit des Unterbrechungsrings 19 kann beim Formen von elektrischen Feldlinien helfen. Beispielhafte Widerstandsbeziehungen zwischen dem Beschichtungsring 18 und dem Unterbrechungsring 19 beinhalten R_C < R_I, 2*R_C < R_I, 10*R_C < R_I, 100*R_C < R_I, 1000*R_C < R_I, 10,000*R_C < R_I. „R_C“ ist der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Beschichtungsring 18. „R_I“ ist der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Unterbrechungsring 19.
Ein glatter, linearer oder allmählicher Übergang des elektrischen Widerstands pro Längeneinheit zwischen R_C und R_I kann steile elektrische Feldgradienten reduzieren. Elektrische Feldgradienten können auch durch mehrere kleine Änderungen des elektrischen Widerstands pro Längeneinheit zwischen R_C und R_I reduziert werden. Wie in 1 und 3 dargestellt ist, kann zwischen dem Unterbrechungsring 19 und dem Beschichtungsring 18 ein Übergangsgebiet 17 vorgesehen sein. Das Übergangsgebiet 17 kann ein(e) Zwischendicke oder -material zwischen dem des Unterbrechungsrings 19 und des Beschichtungsrings 18 aufweisen. Somit kann das Übergangsgebiet 17 einen glatten Übergang des elektrischen Widerstands pro Längeneinheit zwischen R_I and R_C bereitstellen.
Der Beschichtungsring 18 kann einen niedrigeren spezifischen elektrischen Volumenwiderstand als das Gehäuse aufweisen, wodurch ein Pfad mit einem geringeren Widerstand für Elektronen auf einer Innenseite des Gehäuses bereitgestellt wird, auf dem diese zu Masse fließen können. Somit ρ_C < ρ_E, wobei ρ_C der spezifische elektrische Volumenwiderstand des Beschichtungsrings 18 ist und ρ_E der spezifische elektrische Volumenwiderstand des Gehäuses ist. Der Unterbrechungsring 19 kann einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand aufweisen, der größer als der oder gleich dem spezifischen elektrischen Volumenwiderstand des Beschichtungsrings 18 ist. Somit ρ_I ≥ pc, wobei ρ_I ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Unterbrechungsrings 19 ist. Der Unterbrechungsring 19 kann einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand aufweisen, der kleiner als der oder gleich dem des Gehäuses ist (ρ_I ≤ ρ_E).
Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können sich an der Innenfläche 15_i des Zylinders 15, an einer Innenfläche 62_i einer Scheibe 62, die mindestens einen Teil der Kathode 11 umgibt, an einer Innenfläche 62i der Scheibe 62, die mindestens einen Teil der Anode 12 umgibt, oder Kombinationen daraus befinden. Die Scheibe(n) 62 kann bzw. können senkrecht zu der Längsachse 16 ausgerichtet sein. Der Zylinder 15 und/oder die Scheibe(n) kann bzw. können elektrisch isolierend sein. Der Zylinder 15 und/oder die Scheibe(n) 62 können das Gehäuse bilden und können die Kathode 11 von der Anode 12 elektrisch isolieren.
1-5 zeigen den Beschichtungsring 18 und den Unterbrechungsring 19 an der Innenfläche 15i des Zylinders 15. Wie in 1-4 dargestellt ist, kann der Unterbrechungsring 19 die Längsachse 16 an einer anderen Stelle entlang der Längsachse 16 bezüglich des Beschichtungsrings 18 umgeben. Wie in 5 dargestellt ist, können der Unterbrechungsring 19 und der Beschichtungsring 18 benachbarte wendelförmige Ringe an der Innenfläche 15i des Zylinders 15 sein.
6-10 zeigen den Beschichtungsring 18 und den Unterbrechungsring 19 an einer Innenfläche 62i einer elektrisch isolierenden Scheibe 62. Wie in 6-10 dargestellt ist, kann der Unterbrechungsring 19 die Längsachse 16 an der gleichen Stelle entlang der Längsachse 16 bezüglich des Beschichtungsrings 18 umgeben. Wie in 6-7 und 9-10 dargestellt ist, kann der Unterbrechungsring 19 die Längsachse 16 an einem verschiedenen Radius von der Längsachse 16 als der Beschichtungsring 18 umgeben. Wie in 8 dargestellt ist, können der Unterbrechungsring 19 und der Beschichtungsring 18 benachbarte spiralförmige Ringe an der Innenfläche 62_i der elektrisch isolierenden Scheibe 62 sein.
Die Scheibe 62 kann ein Gebiet 61 umgeben. Wie in 9 dargestellt ist, kann das Gebiet 61 mindestens ein Teil der Kathode 11 sein, und der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können sich an der Innenfläche 62i der Scheibe 62, die einem Targetmaterial 14 der Anode 12 zugekehrt ist, befinden. Wie in 10 dargestellt ist, kann das Gebiet 61 mindestens ein Teil der Anode 11 sein, und der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können sich an einer Innenfläche 62_i der Scheibe 62, die der Kathode 11 zugekehrt ist, befinden.
Wie in 1, 2 und 4 dargestellt ist, kann sich ein Unterbrechungsring 19 näher an der Anode 12 als an der Kathode 11 befinden. Wie in 1-2 dargestellt ist, können sich beliebige oder alle Unterbrechungsringe 19 näher an der Anode 12 als an der Kathode 11 befinden. Wie in 3-4 dargestellt ist, kann sich ein Unterbrechungsring 19 näher an der Kathode 11 als an der Anode 12 befinden. Wie in 3 dargestellt ist, können sich beliebige oder alle Unterbrechungsringe 19 näher an der Kathode 11 als an der Anode 12 befinden. Eine Wahl zwischen diesen verschiedenen Stellen des Unterbrechungsrings 19 kann basierend auf der gewünschten Formgebung der elektrischen Potenziallinien getroffen werden.
Wie in 2-4 und 6 dargestellt ist, kann der Unterbrechungsring 19 den Beschichtungsring 18 unterbrechen, wodurch mindestens zwei getrennte Beschichtungsringe 18 auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Unterbrechungsrings 19 gebildet werden. Ein elektrischer Reihenstrompfad 51 kann somit durch einen der Beschichtungsringe 18, durch den Unterbrechungsring 19, dann durch den anderen Beschichtungsring 18 verlaufen.
Wie in 4 und 6 dargestellt ist, kann der Beschichtungsring 18 den Unterbrechungsring 19 unterbrechen, wodurch mindestens zwei getrennte Unterbrechungsringe 19 auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Beschichtungsrings 18 gebildet werden. Ein elektrischer Reihenstrompfad 51 kann somit durch einen der Unterbrechungsringe 19, durch den Beschichtungsring 18, dann durch den anderen Unterbrechungsring 19 verlaufen. Wie auch in 4 und 6 dargestellt ist, können mehrere Beschichtungsringe 18 und mehrere Unterbrechungsringe 19 vorgesehen sein.
Wie in 1-4 und 6-7 dargestellt ist, können der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 eine Kreisform aufweisen.
Wie in 5 und 8 dargestellt ist, können der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 benachbarte Wendel- oder Spiralformen sein. Die Wendel- oder Spiralformen können ununterbrochen sein. Ein elektrischer Reihenstrompfad 51 kann die Wendel- und Spiralform sowohl des Unterbrechungsrings 19 als auch des Beschichtungsrings 18 mehrmals kreuzen.
Eine Wahl zwischen der Anzahl von Unterbrechungsringen 19 und der Anzahl von Beschichtungsringen 18, und ob sie eine Kreisform, eine Wendelform oder eine Spiralform aufweisen, kann basierend auf der gewünschten Formgebung der elektrischen Feldlinien und der leichten Herstellbarkeit getroffen werden.
Wie in 3, 4 und 5 dargestellt ist, kann der Unterbrechungsring 19 ein Ring ohne Material des Beschichtungsrings 18 sein. Dieses Design kann auf jegliche andere Gehäusebeispiele hier angewandt werden.
Wie in 1-2 dargestellt ist, kann der Unterbrechungsring 19 die gleichen chemischen Elemente wie der Beschichtungsring 18 enthalten, oder eine Materialzusammensetzung des Unterbrechungsrings 19 kann die gleiche wie eine Materialzusammensetzung des Beschichtungsrings 18 sein; aber eine Dicke Th₁₉ des Unterbrechungsrings 19 kann kleiner als eine Dicke Th₁₈ des Beschichtungsrings 18 sein. Zum Beispiel Th₁₉ < Th₁₈, R_C < R_I, ρ_I = ρ_C oder Kombinationen daraus. Die geringere Materialdicke Th₁₉ am Unterbrechungsring 19 (Th₁₉ < Th₁₈) kann auf jegliche andere Gehäusebeispiele hier angewandt werden.
Die Wahl zwischen den Designs der 1-5 kann basierend auf der leichten Herstellbarkeit und gewünschten Formgebung der elektrischen Feldlinien getroffen werden.
Eine gleichmäßige, lineare oder allmähliche Übergangsänderung der Materialdicke zwischen der Dicke Th₁₉ des Unterbrechungsrings 19 und der Dicke Th₁₈ des Beschichtungsrings 18 kann steile elektrische Feldgradienten reduzieren.
Wie in 1 und 3 dargestellt ist, kann das Übergangsgebiet 17 die gleichen chemischen Elemente wie der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 enthalten. Das Übergangsgebiet 17 kann die gleiche Materialzusammensetzung wie der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 aufweisen.
Das Übergangsgebiet kann eine gleichmäßige Änderung der Dicke Th₁₇ von der Dicke Th₁₈ des Beschichtungsrings 18 zu der Dicke Th₁₉ des Unterbrechungsrings 19 aufweisen (Th₁₉ = 0 in 3) .
Das Übergangsgebiet 17 kann auf jegliche andere hier beschriebene Beispiele angewandt werden.
Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen. Zum Beispiel kann der Unterbrechungsring 19 in 2 durch Beschichten der Innenfläche des Gehäuses, dann Abschleifen, Sandstrahlen oder Wegwischen der Beschichtung gebildet werden. Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können Titanoxid, Chromoxid oder beides beinhalten.
Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können eine voneinander verschiedene Materialzusammensetzung aufweisen. Zum Beispiel können die Unterbrechungsringe 19 in 3, 4 und 5 durch Entfernen der ganzen Beschichtung oder durch Nichtaufbringen der Beschichtung an der Innenfläche des Gehäuses an der gewünschten Stelle des Unterbrechungsrings 19 gebildet werden. Somit kann der Beschichtungsring 18 zum Beispiel Titanoxid, Chromoxid oder beides beinhalten; und der Unterbrechungsring 19 kann frei von Titanoxid, Chromoxid oder beiden sein. Als anderes Beispiel können der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 voneinander verschiedene Metalloxide aufweisen (d. h. keine Metalloxide gemein haben).
Eine Breite W_I des Unterbrechungsrings 19 kann ungefähr 12% einer Breite W_C des Zylinders 15 zwischen der Kathode 11 und der Anode 12 betragen. Zum Beispiel 0,01 ≤ W_I/W_C, 0,05 ≤ W_I/W_C oder 0,10 ≤ W_I/W_C und W_I/W_C ≤ 0,15, W_I/W_C ≤ 0,20, W_I/W_C ≤ 0,40, W_I/W_C ≤ 0,60, W_I/W_C ≤ 0,90. W_I ist eine Breite des Unterbrechungsrings 19, und W_C ist eine Breite des Zylinders 15 zwischen der Kathode 11 und der Anode 12, jeweils parallel zur Längsachse 16 gemessen (siehe 2 und 4). Sind mehrere Unterbrechungsringe 19 vorhanden, kann jede eine Breite W_I innerhalb der in diesem Absatz beschriebenen Grenzen aufweisen.
Die Breite W_I, die Dicke Th₁₉, die Stelle und das Material des Unterbrechungsrings 19 können für einen gewünschten spezifischen Widerstand eingestellt werden, um Hochspannungsfelder und den Elektronenfluss entlang der Innenfläche des Gehäuses zu steuern.
Eine Darstellung der Halbröntgenröhren 110 und 120 plus der Äquipotentiallinien 123 ist in 11-12 dargestellt. Die Halbröntgenröhre 110 weist einen Beschichtungsring 18, aber keinen Unterbrechungsring 19 auf. Die Halbröntgenröhre 120 weist einen Beschichtungsring 18 und einen Unterbrechungsring 19 auf. Der Unterbrechungsring 19 der Halbröntgenröhre 120 befindet sich wie bei der Röntgenröhre 20 nahe der Anode 12.
Die Äquipotentiallinien 123 nahe dem Tripelpunkt 121 der Halbröntgenröhre 110 befinden sich näher beieinander als jene der Halbröntgenröhre 120. Somit schützt der Unterbrechungsring 19 der Halbröntgenröhre 120 den Tripelpunkt 121 durch Weiterbeabstanden der Äquipotentiallinien 123 nahe dem Tripelpunkt 121.
Die Äquipotentiallinien 123 in der Halbröntgenröhre 120 konvergieren aufgrund des Unterbrechungsrings 19 an der Stelle 122. Diese Konvergenz der Äquipotentiallinien 123 kann zu anderen Stellen bewegt werden, um den Elektronenstrahl zu formen oder zu lenken. Somit sind die Stelle, die Größe und der Widerstand des Unterbrechungsrings 19 ein Werkzeug zum Verbessern des Designs der Röntgenröhre.
Verfahren
Ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses zum Isolieren einer Kathode 11 von einer Anode 12 in einer Röntgenröhre, wie beispielsweise des oben beschriebenen Gehäuses, kann einige oder alle der folgenden Schritte umfassen. Das Gehäuse, der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können Eigenschaften wie oben beschrieben aufweisen. Der Zylinder 15 ist in 13-15 dargestellt, kann aber durch die Scheibe 62 ersetzt werden.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: (a) Bilden eines Beschichtungsrings 18 und eines Unterbrechungsrings 19 an einer Innenfläche des Gehäuses (siehe 13-15); und (b) Erzeugen eines elektrischen Strompfads 51 durch den Beschichtungsring 18 und den Unterbrechungsring 19 in Reihe (siehe 1-8).
Der Beschichtungsring 18 und Unterbrechungsring 19 können jeweils eine Längsachse 16 des Gehäuses wie beispielsweise den Zylinder 15 an verschiedenen Stellen entlang der Längsachse 16 bezüglich einander umgeben, wie in 1-5 dargestellt ist. Der Beschichtungsring 18 und der Unterbrechungsring 19 können jeweils die Längsachse 16 des Gehäuses wie beispielsweise der Scheibe 62 an einem verschiedenen Radius von der Längsachse 16 nach außen bezüglich einander umgeben, wie in 6-10 dargestellt ist. Das Bilden des Beschichtungsrings 18 und des Unterbrechungsrings 19 kann Maskieren eines Rings an der Innenfläche des Gehäuses und Beschichten eines nicht maskierten Teils der Innenfläche beinhalten. Wie in 13 dargestellt ist, hindert die Maske 139 das Abscheidungswerkzeug 131 darin, durch diese Maske 139 bedeckte Gebiete zu Beschichten. Nach dem Bilden des Beschichtungsrings 18 in nicht maskierten Bereichen durch Abscheiden von Material von dem Abscheidungswerkzeug 131 kann die Maske 139 entfernt werden, wodurch der Unterbrechungsring 19 freigelegt wird. Somit kann sich der Unterbrechungsring 19 unter dem maskierten Teil der Innenfläche befinden und weist möglicherweise keine Beschichtung auf. Somit kann der Unterbrechungsring 19 (a) einen höheren spezifischen elektrischen Volumenwiderstand als der Beschichtungsring 18 aufweisen (ρ_I > pc); (b) einen höheren elektrischen Widerstand pro Längeneinheit als der Beschichtungsring 18 aufweisen (R_I > R_C) und/oder (c) einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand aufweisen, der gleich dem des Gehäuses ist (ρ_I = ρ_E).
Das Bilden des Beschichtungsrings 18 und des Unterbrechungsrings 19 kann Beschichten der Innenfläche des Gehäuses, dann Entfernen eines Teils eines oder eines ganzen Rings der Beschichtung zur Bildung des Unterbrechungsrings 19 beinhalten. Wie in 14 dargestellt ist, kann ein Abtragungswerkzeug 141 wie beispielsweise eine Bürste, ein Lappen, ein Sandstrahler, ein Schleifgerät oder eine chemische Spritzvorrichtung Material abtragen, um den Unterbrechungsring 19 zu bilden. Beispielhafte Verfahren für diesen Abtrag beinhalten Schleifen, Sandstrahlen, Abwischen der Beschichtung und chemisches Abtragen. Die Beschichtung kann vor dem Brennen der Beschichtung in einem Ofen leichter zu entfernen sein. Siehe 1-10.
Wenn ein Teil einer Dicke eines Rings der Beschichtung durch das Abtragungswerkzeug 141 zum Bilden des Unterbrechungsrings 19 entfernt ist, dann kann (a) der Unterbrechungsring 19 einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand, der gleich dem Beschichtungsring 18 ist, aufweisen (ρ_I = pc); (b) der Unterbrechungsring 19 einen höheren elektrischen Widerstand pro Längeneinheit als der Beschichtungsring 18 aufweisen (R_I > R_C) und/oder (c) sowohl der Beschichtungsring 18 als auch der Unterbrechungsring 19 einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand aufweisen, der kleiner als der des Gehäuses ist (ρ_I < ρ_E and ρ_C < ρ_E). Siehe 2.
Wenn ein ganzer Ring der Beschichtung durch das Abtragungswerkzeug 141 entfernt worden ist, um den Unterbrechungsring 19 zu bilden, dann kann der Unterbrechungsring 19 (a) einen höheren spezifischen elektrischen Volumenwiderstand als der Beschichtungsring 18 aufweisen (ρ_I > pc); (b) einen höheren elektrischen Widerstand pro Längeneinheit als der Beschichtungsring 18 aufweisen (R_I > R_C) und/oder (c) einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand, der gleich dem des Gehäuses ist, aufweisen (ρ_I = ρ_E).
Das Bilden des Beschichtungsrings 18 und des Unterbrechungsrings 19 kann Abscheiden der Beschichtung auf der Innenfläche mit einer sich verjüngenden Dicke beinhalten. Dies könnte durch Maskieren, Abscheidungszeit oder Einstellen anderer Beschichtungsverteilungseigenschaften des Beschichtungswerkzeugs erfolgen.
Ein Spritzwerkzeug 151 wie in 15 gezeigt kann den Beschichtungsring 18 und möglicherweise auch ein dünneres Gebiet für den Unterbrechungsring 19 abscheiden. Dieses Spritzwerkzeug 151 kann eine wendel- oder spiralförmige Beschichtung bilden, wie in 5 und 8 gezeigt ist. Durch Einstellen der Zeit oder des Volumendurchflusses des Spritzwerkzeugs 151 in verschiedenen Gebieten kann das Übergangsgebiet 17 gebildet werden, wie in 1 und 3 gezeigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63112216 [0001]

Claims

Röntgenröhre, umfassend: eine Kathode und eine Anode, die elektrisch voneinander isoliert sind, wobei die Kathode dazu konfiguriert ist, Elektronen zu der Anode zu emittieren, und die Anode dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf das Auftreffen der Elektronen von der Kathode Röntgenstrahlen aus der Röntgenröhre zu emittieren; ein Gehäuse, das an der Kathode und der Anode befestigt ist, wobei das Gehäuse die Kathode von der Anode elektrisch isoliert; einen Beschichtungsring an einer Innenfläche des Gehäuses, wobei der Beschichtungsring an der Kathode angrenzt, wobei der Beschichtungsring eine Längsachse des Gehäuses umgibt, wobei sich die Längsachse zwischen der Kathode und der Anode erstreckt; einen Unterbrechungsring, der sich an der Innenfläche des Gehäuses befindet, wobei der Unterbrechungsring die Längsachse umgibt, wobei der Unterbrechungsring von dem Beschichtungsring verschieden ist; einen elektrischen Strompfad durch den Beschichtungsring und den Unterbrechungsring in Reihe; R_I > R_C, wobei R_I der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Unterbrechungsring ist und R_C der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Beschichtungsring ist, beide parallel zur Längsachse gemessen; und ρ_C < ρ_E, wobei ρ_C ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Beschichtungsrings ist und ρ_E ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Gehäuses ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei: sich der Unterbrechungsring an einer Innenfläche einer elektrisch isolierenden Scheibe befindet und die Scheibe mindestens einen Teil der Kathode oder mindestens einen Teil der Anode umgibt; und der Unterbrechungsring die Längsachse an einem verschiedenen Radius von der Längsachse als der Beschichtungsring umgibt.
Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei sich der Unterbrechungsring an einer Innenfläche eines Zylinders befindet, der Zylinder Teil des Gehäuses ist und der Unterbrechungsring die Längsachse an einer anderen Stelle entlang der Längsachse als der Beschichtungsring umgibt.
Röntgenröhre, umfassend: eine Kathode und eine Anode, die elektrisch voneinander isoliert sind, wobei die Kathode dazu konfiguriert ist, Elektronen zu der Anode zu emittieren, und die Anode dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf das Auftreffen der Elektronen von der Kathode Röntgenstrahlen aus der Röntgenröhre zu emittieren; ein Gehäuse, das an der Kathode und der Anode befestigt ist und die Kathode von der Anode elektrisch isoliert; einen elektrischen Strompfad an einer Innenfläche des Gehäuses, wobei der elektrische Strompfad einen Beschichtungsring und einen Unterbrechungsring in Reihe aufweist; R_I > R_C, wobei R_I der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Unterbrechungsring ist und R_C der elektrische Widerstand pro Längeneinheit durch den Beschichtungsring ist, beide entlang dem elektrischen Strompfad gemessen; und ρ_C < ρ_E, wobei ρ_C ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Beschichtungsrings ist und ρ_E ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Gehäuses ist; und der Beschichtungsring eine Längsachse des Gehäuses umgibt, sich der Beschichtungsring an der Innenfläche befindet, der Unterbrechungsring die Längsachse umgibt und der Unterbrechungsring von dem Beschichtungsring verschieden ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Übergangsgebiet zwischen dem Unterbrechungsring und dem Beschichtungsring, wobei das Übergangsgebiet einen glatten Übergang des elektrischen Widerstands pro Längeneinheit zwischen R_I and R_C bereitstellt.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei: sich der Unterbrechungsring an einer Innenfläche einer elektrisch isolierenden Scheibe befindet und die Scheibe mindestens einen Teil der Kathode oder mindestens einen Teil der Anode umgibt; und der Unterbrechungsring die Längsachse an einem verschiedenen Radius von der Längsachse als der Beschichtungsring umgibt.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei der Beschichtungsring an der Kathode angrenzt.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei der Unterbrechungsring die Längsachse an einer anderen Stelle entlang der Längsachse als der Beschichtungsring umgibt.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei: der Unterbrechungsring den Beschichtungsring unterbricht, wodurch zwei getrennte Beschichtungsringe auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Unterbrechungsrings gebildet werden; und der elektrische Strompfad durch einen der Beschichtungsringe, durch den Unterbrechungsring, dann durch den anderen Beschichtungsring verläuft.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei: der Beschichtungsring den Unterbrechungsring unterbricht, wodurch zwei getrennte Unterbrechungsringe auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten des Beschichtungsrings gebildet werden; und der elektrische Strompfad durch einen der Unterbrechungsringe, durch den Beschichtungsring, dann durch den anderen Unterbrechungsring verläuft.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei ρ_I < ρ_E, wobei ρ_I ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Unterbrechungsrings ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei ρ_I = ρ_E und ρ_I > pc, wobei ρ_I ein spezifischer elektrischer Volumenwiderstand des Unterbrechungsrings ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei der Unterbrechungsring die gleichen chemischen Elemente wie der Beschichtungsring enthält, aber eine Dicke des Unterbrechungsrings kleiner als eine Dicke des Beschichtungsrings ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Übergangsgebiet zwischen dem Unterbrechungsring und dem Beschichtungsring, wobei das Übergangsgebiet die gleiche Materialzusammensetzung wie der Beschichtungsring und der Unterbrechungsring aufweist und das Übergangsgebiet eine gleichmäßige Änderung der Dicke von der Dicke des Beschichtungsrings und zu der Dicke des Unterbrechungsrings aufweist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei der Unterbrechungsring ein Ring ohne Material des Beschichtungsrings ist.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei 0,05 ≤ W_I/W_C ≤ 0,90, wobei W_I eine Breite des Unterbrechungsrings ist und W_C eine Breite eines Zylinders des Gehäuses zwischen der Kathode und der Anode ist, jeweils parallel zur Längsachse gemessen.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei das Material des Beschichtungsrings eine Außenseite des Zylinders beschichtet.
Röntgenröhre nach Anspruch 4, wobei der Beschichtungsring Titanoxid und Chromoxid beinhaltet und der Unterbrechungsring frei von Titanoxid und Chromoxid ist.