DE2111689B2 - Röntgenröhren-Drehanode - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Anspruchs I. *°

Es ist allgemein bekannt, daß bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen die der Röntgenröhre zugeführte elektrische Energie fast ausschließlich in Wärme und nur etwa 1% in Röntgenstrahlen umgesetzt wird. Die dabei an der als Dreh- oder Stehanode ausgebildeten *s Anode entstehende Wärme muß rasch abgeführt werden.

Bei Röntgenröhren-Drehanoden wird durch die Bewegung der Drehanode der jeweils getroffene Flächenteil (Fokus) laufend gewechselt, d. h. durch noch nicht erhitztes Material ersetzt, so daß sie im allgemeinen höher belastbar sind als Röntgenröhren-Stehanoden. Die auftretende Wärme wird dann bei den meisten der heute bekannten Röntgenröhren-Drehanoden im wesentlichen durch Wärmeabstrahlung abge- führt.

Durch den in der vorveröffentlichten Druckschrift »The Review of Scientific Instruments«, Vo. 30, No. 6, Juni 1959, auf Seiten 488 bis 491 enthaltenen Aufsatz »Rotating-Anode X-Ray Generator«, ist es im Zusam- «» menhang mit Drehanoden bekanntgeworden, zur Abführung der auf der Brennfleckbahn auftretenden Wärme den aus einer dünnwandigen Hülle bestehenden Anodenkörper mit einem Wärmetauscher zu verbinden, wobei mittels Wasser, das über eine Pumpe in dem Kühlkreislauf bewegt wird, die Abführung der Wärme erfolgt.

Im übrigen ist es durch die DE-AN G 9 845, Vlllc/21g

17/03 für Stehanoden bekanntgeworden, eine Flüssigkeitskühlung vorzunehmen, wobei ebenfalls die Flüssigkeit durch eine Pumpe zwischen dem sich stark erhitzenden Anodenbereich der Röntgenröhre und einem Wärmetauscher umgepumpt wird. Als Kühlflüssigkeit ist hier bei unter anderem auch bereits Natrium vorgeschlagen worden.

Nachteilig bei den vorerwähnten Ausführungsformen ist, daß die damit versehenen Röntgenröhren ⁷.usätzlich einen relativ aufwendigen Kühlkreislauf benötigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhren-Drehanode zu schaffen, die ohne einen zusätzlichen Kühlkreislauf höher belastbar ist als heute bekannte Konstruktionen dieser Art

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des vorliegenden Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Wenn als wärmekonvektionierender Stoff ein Stoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt so niedrig ist, daß beim Röntgenbetrieb praktisch augenblicklich der Flüssigkeitszustand vorliegt, so erfolgt eine Verwirbelung des Stoffes durch die Drehbewegung der Drehanode und dadurch ein ausgezeichneter Wärmeaustausch innerhalb des Anodenkörpers. Die auf der Brennfleckbahn entstehende Wärme wird also rasch aus diesem Bereich abgeführt und über den ganzen Anodenkörper verteilt, sowie von diesem auf seiner gesamten Fläche abgestrahlt Dadurch ergibt sich eine Belastungsfähigkdt der Drehanode, die höher ist als bei den heute bekannten, hochbelastbaren Drehanoden ohne Flüssigkeitskühlung.

Als besonders vorteilhaft hat es sich in dieser Hinsicht erwiesen, als Stoff Natrium zu wählen, da es bei einer Temperatur von knapp 100°, die für eine Röntgenröhre als niedrig zu bezeichnen ist bereits flüssig wird. Diese Temperatur bleibt relativ lange in der Drehanode erhalten, so daß praktisch der flüssige Zustand während eines Arbeitstages immer erhalten bleibt. Der Schmelzpunkt des Natriums kann noch bedeutend herabgesetzt werden, wenn dem Natrium etwas Kalium zugesetzt wird.

Die Röntgenröhren-Drehanode wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht der Anodenkörper einer nicht näher dargestellten Röntgenröhre aus einer relativ dünnwandigen, stabilen Hülle 1, wobei zumindest ihre schräg angeordnete Elektronenauftrefffläche 2 aus einem schwerschmelzbaren Material hoher Ordnungszahl, z. B. Wolfram, besteht, d. h. die Hülle 1 kann teilweise oder ganz aus einem derartigen Material bzw. einer darauf aufgebauten Legierung hergestellt sein. An einer der Elektronenauftrefffläche 2 vorzugsweise abgekehrten Seite ist die Hülle 1 vorteilhafterweise mit wellenförmigen, konzentrisch verlaufenden Einbuchtungen versehen, die zum Ausgleich von mechanischen Spannungen bzw. Wärme-Ausdehnungen und zur Oberflächenvergrößerung dienen. In der Hülle 1 befindet sich unter dichtem Abschluß von der Umgebung ein Stoff 3, der unter Vakuum eingebracht ist, und der dazu dient, daß neben der relativ langsam erfolgenden Wärmeleitung in der Hülle 1 noch die wesentlich schnellere Wärmekonvektion zur Wärmeverteilung auf dem gesamten Anodenkörper herangezogen wird. Dies wird durch die zwangsläufige Bewegung, d. h. Verwirbelung des Stoffes 3 in der Hülle

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1 bei der Drehbewegung des Anodenkörpers erreicht In diesem Zusammenhang hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, als Stoff Natrium zu verwenden, denn Natrium kann bis etwa 2000⁰C partiell erhitzt werden, ohne daß eine Verdampfung und damit ein Anstieg der Temperatur der gesamten Drehanode eintritt Bei diesen, die normalen Betriebsverhältnisse einer Röntgenröhre weit übertreffenden Verhältnissen ist die aus Wolfram bestehende Hülle 1 nur gering belastet

Wesentlich ist noch, daß sich das Natrium gegenüber dem Wolfram durch eine lOmal so große spezifische Wärmekapazität und eine 20fach geringere Dichte auszeichnet

Zudem ist bei Verwendung von Natrium die Wärmeleitfähigkeit mit der die Wärme durch den Anodenkörper wandert, höher als bei einem ganz aus Wolfram bestehenden Anodenkörper. Im übrigen bleibt

Natrium stundenlang flüssig, da eine merkliche Wärmeabstrahlung im Vakuum nur bei hohen Temperaturen erfolgt und ansonsten die Wärme nur durch Wärmeleitung fiber die Rotorachse abgegeben wird. Als günstig hat sich dabei herausgestellt, der Natriumfüllung noch einen Zusatz von Kalium hinzuzufügen, wodurch die Schmelztemperatur gesenkt werden kann.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind darin zu sehen, daß die Röntgenröhre mit einer anderthalbfach höheren Belastung als die bekannten, ohne zusätzliches Kühlsystem betriebenen Röntgenröhren gleicher Größenordnung beaufschlagt werden kann, und zwar, weil von der Elektronenauftrefffläche in demselben Zeitraum mehr Wärme als bei den bekannten Einrichtungen abgeführt wird.

Die Röhre läßt sich damit insbesondere dort einsetzen, wo Aufnahmeserien kurz hintereinander mit relativ hohen Belastungen hergestellt werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Röntgenröhren-Drehanode, deren Anodenkörper aus einer relativ dünnwandigen Hülle eines schwerschmelzbaren Materials besteht, von der die an ihrer Elektronenauftrefffläche auftretende Wärme mittels gut wärmekonvelctionierendem Stoff niederiger Schmelztemperatur abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff (3) in der zumindest an der Elektronenauftrefffläche (2) ι ο aus einem Material hoher Ordnungszahl bestehenden Hülle (1) eingeschlossen ist

2. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (1) ganz oder teilweise aus Wolfram besteht · s

3. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als in der Hülle (1) befindlicher Stoff (3) Natrium gewählt ist

4. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Natrium ein gewisserFrozentsatz Kalium beigefügt ist

5. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ein- oder mehrteilige Hülle (1) vorzugsweise an ihrer der Elektronenauftrefffläehe (2) abgekehrten Seite konzentrisch verlaufende, wellenförmige Einbuchtungen aufweist

6. Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhren-Drehanode nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige, w stabile Hülle (I) aus vorgeformten Blechteilen gebildet wird, die nach ihrer Füllung mit dem gut wärmekonvektioniei enden üoff (3) unter Elektronenbeschuß zusnmmei.geschweißt wird.

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