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"Röntgenröhre" Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre,
insbesondere eine Drehanodenröntgenröhre, bestehend u.a. aus einer Kathode und einer
Anode. Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Röntgenröhre, die, im Vergleich
zu bekannten,bei gleicher Kurzzeitbelastung (kW) eine erhöhte Detailwiedergabe im
Bild bzw. bei gleicher Detailwiedergabe eine erhöhte Belastung ermöglicht.
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Bei einer modernen Hochleistungsröntgenröhre werden durch die Bauelemente
der Kathode die thermisch an einem metallischen geheizten Draht freigesetzten Elektronen,
bedingt durch die Anordnung der den Heizfaden umgebenden Kathodenteile, im elektrischen
Feld zwischen Anode und Kathode gebündelt und auf einen kleinen Bereich der Anode,
den elektronischen Brennfleck, geführt. Der elektronische Brennfleck erhitzt sich
dabei sehr stark, da die Elektronen den größten Teil ihrer im elektrischen Feld
zwischen Anode und Kathode aufgenommenen Energie als Wärme am Ort des Brennfleckes
an die Anode abgeben. Lediglich ein kleiner Prozentsatz der Elektronenenergie führt
zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, die dann am Ort des Brennfleckes wiederulrl
von der Anode aus emittiert wird.
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Die Röntg£nabbildung erfolgt in bekannter Weise in Form einer Zentlalprojek-tion.
Als Projektionszentrum für diese wird nun der elektronische Brennfleck in seinen
AbmessunOen
und in der Belegung der Emission, wie er vom Objekt
aus gesehen wird (optisch wirksamer Brennfleck, auch Fokus genannt), verzfendet.
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Die Zentralprojektion erfordert einen möglichst kleinen Fokus.
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Wegen des sehr schlechten Wirkungsgrades für die Erzeugung der Röntgenstrahlung
muß man jedoch mit relativ großen elektronischen Brennflecken auskommen, um den
Anodenwerkstoff nicht zum Schmelzen zu bringen, da für die Durchdringung der interessierenden
Objekte eine relativ hohe Anzahl von Röngenquanten notwendig ist.
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Es ist bekannt, bei gegebenem Fokus den elektronischen Brennfleck
und somit die Belastbarkeit der Röntgenröhre zu erhöhen, indem die Anode nur wenige
Winkelgrade gegen die Austrittsrichtung der Röntgenstrahlung (diese ist etwa senkrecht
zur Flugrichtung der Elektronen) geneigt und so ein relativ langer strichförmiger
elektronischer Brennfleck zur Verwirklichung eines viel kleineren rechteckigen odr
quadratischen Fokus ausgenutzt wird (Götæe-Fokus); Weiterhin kann durch schnelle
Bewegung der Auftreffstelle der Elektronen auf der Anode, indem nämlich eine scheibenförmige
Anode rotiert (Drehanoden-Röntgenröhre), die Belastbarkeit der Anode und damit der
Röhre bei festgehaltener Fokusgröße erhöht werden.
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Bei diesen Methoden wird jedoch immer davon ausgegangen, daß die gesamte
Fläche des elektronischen Brennfleckes bzw, die thermisch belastete Fläche der Anode
möglichst gleichförmig und gleichmäßig erhitzt wird und daß Spitzen in der lokalen
thermischen Belastung soweit wie möglich vermieden werden. Aus diesem Grunde wurde
eine gleichmäßige Verteilung der Elektronendichte auf dem gesamten elektronischen
Brennfleck oder sogar eine Erhöhung der Elektronendichte am Rande des Brennfleckes
angestrebt. Das hat entsprechend eine recbteckförmige oder randbetonte Belegung
des optisch
wirksamen Brennfleclies zur Folge. Derartige Fokusblegungen
werden bei bekannten Bauarten mit Kathoden erreicht, die einen einfachen oder doppelten
Heizfaden in einem Gesenk (einer Vertiefung in einer metallischen Grundplatte) und
einen darüber liegenden, meist auf Kathodenpotential sich be findenden Topf mit
spaltförmiger ,Öffnung (Wehnelt-Zylinder) besitzen. lurch die Anordnung der genannten
Teile zueinander, durch die Aufladung des Wehnelt-Zylinders und durch den Abstand
zur Anode entsteht ein elektronenoptisches System, das eine entsprechende Fokusbelegung
zur Folge hat.
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Mit Hilfe der genannten Methoden und durch Verbesserungen in der Belastbarkeit
der Anodenwerkstoffe wurden die modernen Hochleistungsröntgenröhren geschaffen,
die einen relativ kleinen Fokus bei guter Kurzzeitbelastung besitzen.
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Für die verschiedenen Abbildungsfälle werden dann Röhren mit größeren
Brennflecken bei höherer Kurzzeitbelastbarkeit und Röhren mit kleineren Brennflecken
von entsprechend geringerer Kitrzzeitbelastbarkeit oder auch "DoppelfokuBröhren"
mit zwei wahlweise einsetzbaren Brennflecken hergestellt.
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Der in den bekannten Konstruktionen und durch die dargestellten Maßnahmen
gegebene Kompromiß beachtet jedoch die aus der optischen Ubertragungstheorie erwachsende
Erkenntnis nicht, daß nämlich die Art der Belegung des Brennfleckes einen sehr starken
Einfluß auf die Auflösung bei der Zentralprojektion hat. Er ist vielmehr ausschließlich
durch die thermische Belastung des Anodenmaterials und durch die Charakterisierung
des Auflösungsvermögens der Zentralprojektion durch die Längenabmessungen des Fokus
bestimmt. Es muß daher angenommen werden, daß eine Verbesserung der Auflösung der
Zentralprojektion mit Hilfe derRöntgenröhrebei gleicher Belastbarkeit wie bisher
oder entsprechend eine Erhöhung der Belastbarkeit bei konstanter Auflösung möglich
ist.
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Hinweise für diese Annahme können bereits daraus entnommen werden,
daß im allgemeinen eine gewisse Diskrepanz im Meßergebnis
besteht,
je nachdem ob die Länge des optischen Brennfleckes" entsprechend der Empfehlung
der DIN-Norm oder mit Hilfe der mit einem Bleiraster von variabler Strichdichte
ermittelten Auflösungsgrenze bestimmt wurden. Diese Unterschiede im Meßergebnis,
die mit den zweiten Verfahren zu kleineren oder größeren Angaben für die Brennflecklänge
führen als die I.ochkamera-Aufnahme, wird erklärbar aus der Abweichung der realen
Fokusbelegung von der rechteckförmigen Verteilung,bzw. gleichförmigen Belegung.
Es wäre somit ohne Weiteres denkbar, daß ohne besondere Maßnahmen eine Ver besserung
einer Röntgenröhre infolge einer von der rechteckförmigen abweichenden Fokusblegung
zustande gekommen ist. Es zeigt sich indes, daß es dazu besonderer Maßnahmen bedarf.
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Das gilt vor allem dann, wenn eine zum Rande hin abfallende Belegung
des Brennfleckes nicht nur nach einer Richtung hin erforderlich wird.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, in reproduzierbarer
Weise eine Röntgenröhre zu konstruieren, die über das bekannte Maß hinaus eine Verbesserung
der letailwiedrgabe für die Zentralprojektion bei konstant gehaltener Kurzzeitleistung
bzw. eine Erhöhung der Kurzzeitleistung bei konstanter Auflösung ermöglicht. Dieses
Ziel wird erreicht, indem Mittel zur Gestaltung der Brennfleckbelegung kathodenseitig
und/oder anodenseitig angeoranet werden, durch die nicht nur die Intensität in der
Mitte des optisch wirksamen Brennfleckes erheblich gesteigert ist, sondern auch
in mindestens zwei zueinander senkrechten Richtungen zu den Rändern des optisch
wirksamen Brennfleckes hin abnimmt.
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Es wird auf diese Weise aoreicht, daß über die bekannten Anordnungen
hinaus eine weitere Verbesserung der Abbildung und/oder eine Erhöhung der Belastbarkeit
der Röntgenröhre zustande kommt. Da die erfindungsgemäße Ausführung der Röhre eine
starke Aufheizung des Randes des elektronischen Brennfleckes vermeidet, ist auch
eine erhöhte Materialschonung,der Anode und somit eine erhöhte Lebensdauer die Polge.
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Die so herstellbare Röntgenröhre mit hoher Auflösung L'iir die Zentralprojektion
und trotzdem relativ großem Brennfleck ermöglicht es, daß entsprechel-ldc Ausführungsformen
hergestellt werden können, die sowohl für hohe Belastungen als auch für Vergrößerungstechnik
geeignet sind. Die aufwendige Konstruktion von Doppelfokusröhre mit deLl Nachteil,
daß die beiden Brennflecke an etwas unterschiedlichen Orten liegen, verliert somit
an Bedeutung.
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Es seien einige besondere Ausführungsformen der Erfindung angeftihrt:
Die Kathode kann derart ausgebildet sein, daß die Elektronendichte auf der Anode,
also im elektronischen Brennfleck, von der Mitte zu den Rändern hin abnimmt. Es
können die Windungen des Heizfadens der Kathode in der Mitte dichter beieinander
liegen als an den Enden. Verwendet man als geheizte Kathode ein Metallband statt
eines gewendelten Wolframfadens, so kann dieses in der Mitte schmaler ausgeführt
sein als an den Enden. Weiterhin kann der Abstand der Spiralwindungen einer spiralförmig
gewendelten Kathode von innen nach außen zunehmen. Auch kann die Anode am Ort des
elektronischen Brennfleckes Bereiche unteschiedlicher Neigung zum Zentralstrahl
der Röntgenstrahlung auSweisen, wobei die in der Mitte liegenden Bereiche eine stärkere
Neigung haben als die an den Rändern liegenden Bereiche.
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Auch kann die Anode so ausgebildet sein, daß im elektronenoptischen
Brennfleck in dèr Mitte ein Werkstoff höherer Ordnungszahl verwendet wird als am
Rande des Brennfleckes.
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Die Erfindung, ihre Grundlagen und ihre Auswirkungen werden anhand
von in der Zeichung dargestellten Beispielen naher erläutert. Dabei wird von dem
in der Optik und seit jüngerer Zeit auch in der Röntgentechnik gebräuchlichen Begriff
der Modulationsübertragungsfunktion Gebrauch gemacht.
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Es zeigen Fig. 1 die Modulationsübertragungsfunktion und die zugehörige
PHD 1700 Fokusbelegung in einer Richtung für drei gleichgroße Tö Brennflecke, bei
denen aber die Fokusbelegung unterschiedlich ist (Annahme: Zweifache Vergrößerung
der
Röntgenzentralprojektion), Fig. 2 die grundsätzliche Intensitätsverteilung
im Fokus eifl'½r erfindungsgemäßen Röntgenröhre, Fig 3a bis 3f erfindungsgemäße
Ausbildungen der Kathode und Fig. 4 die Form einer Anode gemaß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt die Modulationsübertragungsfunktion (mit Großbuehstahen
bezeichnet) und die jeweils zugeordnete Intens, tcitsverteilung im Fokus (mit gleichen
kleinen Buchstaben bezeichnet), bei denen also die Elektronendichte im elektronischen
Brennfleck bzw. die Strahlungsintensität im Fokus nach untcrschiedlichen Gesetzmäßigkeiten
gegeben ist. Dabei haben alle drei Beispiele die gleiche Länge des Brennflecks zur
Folge.
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Die Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) glbt die Abhängigkeit der
Kontrastminderung für sinusförmig in der Helligkeit schwankende Gitter einer entsprechenden
Ortsfrequenz v in Abhängigkeit von dieser Ortsfrequenz an. (Näheres über die MUF:
Angerstein und Stargardt "Über die Bildgüte in der Radiologie", Röntgenpraxis, XXI
(1968) Heft 1 ff).
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Die kurve A der Fig. 1 zeigt die Modulationsübertragungsfunktion,
die sich bei Verwendung einer Röntgenröhre mit einem gleichmäßig belegten Brermfleck,
auf dem die Dichte der Elek.-tronen bzw. der Energie der emittierten Röntgenstrahlung
räumlich konstant ist. Bei einem bestimmten Wert v max - 1/d erreicht die MÜF den
Wert 0. Dabei ist v die Zahl der pro Längeneinheit abzubildenden Linien und d die
Abmessung des optisch wirksamen Brennflecks in der Richtung senkrecht zu diesen
Linien. Bei einem Linienraster mit der maximalen Liniendichte v max = l/d ergibt
sich also keine Modulation der Dosis hinter dem Objekt, also kein Kontrast, wenn
eine zweifache Vergrößerung bei der Zentralprojektion vorausgesetzt wird. Bei Objekten
mit einer Liniendichte von zum Beispiel 1,5 v max hat die tlÜS sogar einen negativen
Wert. Raster entsprechender Feinheit sind zwar im Bild wieder als solche erkennbar,
haben aber an Stelle derhellen dunkle und an Stelle der dunklen helle Linien. Diese
Erscheinung nennt sich
"Scheinauflösung". Sie wirkt, sich b?ji der
Abbildung realer Objekte hauptsächlich dadurch aus, daß feine Strukturen begleitende
helle und dunkle Linien ähnlich der Beugung in der Optik besitzen. Deshalb Bild
derartige Röntgenröhren nur zu Abbildungen geeignet, bei denen entsprechend der
Vergrößerung für die Auflösung v kleiner v max sein darf., Wie oben gezeigt, ist
bei einem Brennfleck mit örtlich konstanter Elektronendichte bzw. örtlich konstanter
Strahlungsintensität die Auflösungsgrenze dem kehrwert der Brennfleckabmessungen
umgekehrt proportional. Deshalb wird die Brennfleckgröße als Angabe für das Auflösungsvermögen
einer Röntgenröhre verwendet und als Kennzeichen angegeben.
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Die Brennfleckgröße wird nach Empfehlungen der IEC durch eine Brennfleckaufnahme
mit einer im Zentralstrahl angebrachten Locllkamera ermittelt. Dabei wird als (wirksame)
Brennfleckgröße die gerade noch erkennbar geschwärzte Fläche angegeben.
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Auch aus Gründen der Meßbarkeit wurde also bisher eine gleichmäßige
wirkliche Intensitätsverteilung über den Brennfleck angestrebt. In der Praxis wird
die Röntgenröhre sogar derart gebaut, daß die Elektronendichte an den Rändern des
(tatsächlichen)Brennfleckes, aus denen die Wärme schneller abtransportiert wird
als aus dem Zentrum des Brennflecks, noch höher als in der Mitte ist, so daß sich
eine konstante Temperaturverteilung auf dem Brennfleck ergibt. Dabei wird die Brennfleckgröße
bei vorgegebener Röhrenleistung minimal gewhlt (vergl. Zeitschrift für technische
Physik, 8, NrO 7 (1927), S. 227).
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In der Fig. 1, Eurve b, ist die Intensitäts- bzw. Elektronenverteilung
auf dem Brennfleck einer Röntgenröhre nach der Erfindung dargestellt. Dabei ist
die Intensitäts- bzw. Elektronendichte n(x) längs einer Mittellinie (x-Richtung)
durch den Brennfleck gezeichnet. Die Intensitäts- bzw, Strahlendichte in der hierzu
senkrechten (y-Richtung) hat einen entsprechenden Verlauf, wobei die Abmessungen
des tatsächlichen
Brennfleckes jedoch um einen Faktor k kürzer oder
länger sein können, weil der Brennfleck in der einen Richtung in bekannter Weise
zum Zentralstrahl geneigt ist (Cötzefokus).
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Die Elektronendichte nimmt dabei stufenweise ven der Mitte des tatsächlichen
Brennfleckes zu den Rändern hin ab. In der Mitte befindet sich ein Bereich mit der
hohen Elektronendichte n = 6,4 n0, wobei n0 einen willkürlichen Bezugswert darstellt.
Dieser Bereich hat in x-Richtung zum Mittelpunkt symmetrisch die Abmessung d/4 tmd
in der zur Zeichenebene der Fig 1 senkrechten y-Riehtung die Länge kd/4, wobei k
ein Faktor i-st, der die Neigung der Anode relativ zum Zentralstrahl berücksichtigt.
Nach beiden Seiten schließt sich daran ein Bereich etwas niedrigerer Elektronendichte
(n= 2,6 o an. Dieser Bereich liegt ebenfalls symmetrisch zum Mittelpunkt (x = O,
y = 0) und hat in x-Richtung die Länge d/2 und in Richtung die Länge kd/2. Dann
folgt ein ebenfalls zum Mittelpunkt symmetrischer Bereich mit noch niedrigerer Elektronendichte
(n = n n0), der in x-Richtung die Länge d und in y-Richtung die Länge k . d hat.
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Ein derartiger Brennfleck würde sich durch Überlagerung dreier zueinander
konzentrischer Brennflecke mit konstanter Elektronendichte und den Abmessungen der
einzelnen Stufen ergeben.
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Infolgedessen ergibt sich die MUF des resultierenden stufenförmig
belegten Brennfleckes durch Addition der MÜF dieser Teilbrennflecke, wobei das Gewicht,
mit dem die Teil-MÜF in die Gesamt-Mür eingehen, von der elektrischen Leistung abhängt,
mit der der zugeordnete Teilbrennfleck beaufschlagt wird. Die Leistung P1 für den
in der Mitte angeordneten Brennfleck mit der höchsten Elektronendichte ergibt sieh
zu P1 = a (6,4 - 2,6) n0d2/16 = 0,24an0d2, wobei a eine Konstante ist. Die Leistungen
im mittleren (P2) und im äußeren (P3) Brennfleck ergeben sich entsprechend zu P2
= 0,4an0d2 und P3 = an0d2 (die Summe der Leistungen ist also Pg = 1,64 an0d2).
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Die MUF des innersten Teilbrennfleckes wird also mit dem Faktor P1/Pges
multipliziert, die des mittleren Teilbrennfleckes mit dem Faktor P0/Pges usw. Auf
diese Weise ergeben sich auch die Gewichte für die Überlagerung der einzelnen Teil-Übertragungsfunktionen.
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Die resultierende MÜF ist in Fig. 1, Kurve B, dargestellt.
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Aus diescr ist zu entnehmen, daß mit einem dcrart belegten Brennfleck
eine höhere Auflösung im Bild möglich ist als mit einem Brennfleck mit konstanter
Elektronendichte und der gleichen Länge d (Kurve A), weil die MUF nach Kurve 13
stets größer ist als die MÜF nach Kurve A, und erst bei einem Wert vmaxd = 2,86
den Wert 0 erreicht. Das bedeutet, daß die Auflösungsgrenze eines Brennfleckes gemäß
Fig. 1, dessen (wirksame) Größe gemäß IEC-Empfehlungen mit d2 angegeben werden mußte,
2,86 mal so groß ist wie die eines Brennfleckes von gleicher Größe mit örtlich konstanter
Eiektronendichte: Dagegen ist die Belastbarkeit nur wenig geringer.
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Zum Vergleich kann die Abmessung d' desJenigen Vergleichsbrennfleckes
mit konstanter Elektronendichte herangezogen werden, der die gleiche Auflösungsgrenze
hat wie der Brennfleck nach Fig. 1, Kurve b. Wegen der bei einem solchen Brennfleck
gültigen, oben abgeleiteten Beziehung ergibt sich vmax = 1/d' = 2,86/d oder d'max
= d/2,86.
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Die Fläche des Vergleichsbrennfleckes müßte also um einen Faktor 2,862
kleiner sein als die dc stufenförmig belegten Brennfleckes. Wenn von diesem Brennfleck
die gleiche Strahlungsintensität erzeugt werden sollte wie von dem Brennfleck nach
Fig. 1, Kurve b, (Pges = 1,64an0d2), müßte die Elektronendichte 1,64 . 2,862n0 -
13,4n0 betragen, also mehr als doppelt so groß sein wie die höchste Elektronendichte
des stufenförmig belegten Brennfleckes. Wenn die Elektronendichte bei
einem
Brennfleck nach Fig. 1, Kurve b, in diesem Bereich jedoch so groß ist, daß die gerade
noch zulässige Temperatu., von der Anodenoberfläche erreicht wird, kann die Elektronendichte
auf der Fläche des Vergleichsbrennflecks nicht doppelt so groß werden. Das bedeutet:
Ein Brennfleck nach Fig. 1, Kurve b, kann bei gleichem Auflösungsvermögen stärker
belastet werden als ein Brennfleck mit konstanter Elektronendichte bzw. der erfindungsgemäße
Brennfleck ergibt bei gleicher Belastbarkeit eine bessere Auflösung. Dies, obwohl
bei einem derartigen Brennfleck das Verhältnis zwischen Leistung bzw.
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Strahlungsintensität und Brennfleckgröße (gemessen nach der IEC-Empfehlung)
ungünstiger ist als bei Röhren mit der bisher üblichen Brennfleckbelegung.
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Ein weiterer Vorteil einer Röhre mit einem gemäß der Erfindung belegten
Brennfleck besteht darin, daß die Temperatur nicht über den ganzen Brennfleck konstant
ist, um dann abrupt auf einen niedrigen Wert zu fallen, sondern von der Mitte zu
den Rändern hin abnimmt, und zwar noch starker als die Elektronendichte. Dadurch
werden die durch den Temperaturgradienten her' vorgerufenen mechanischen Spannungen
verringert.
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E gibt andere Verteilungen der Elektronendichte bzw. der Strahlungsintensität,
die ähnlich gute Resultate liefern.
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Allen diesen Verteilungsfunktionen ist jedoch gemeinsam, daß die Elektronendichte
bzw. die Strahlungsintensität in zwei zueinander senkrechten Richtungen von der
Mitte zum Rande hin -stufenweise oder kontinuierlich - abnimmt. Je mehr Elektronen
im Zentrum des Brennfleekes auftreffen, umso besser wird zwar die Auflösung, um
so geringer wird jedoch auch die Belastbarkeit. Je mehr Elektronen am Rande auftreffen,
desto größer wird zwar die Belastbarkeit, desto geringer wird jedoch dan Auflösungsvermögen.
Ein zweckmäßiger Kompromiß ergibt sich, wenn die Elektronendichte bzw. die Strahlungsintensität
gemäß der nachstehenden Schachtelung über den Brennfleck verteilt ist: Faßt man
die Brennfleckbewegung in einer bestimmten Richtung
als statistische
Verteilungsfunktion auf, so soll, von der Mitte zum Rand hin, die Intensität im
Abstand der halben Streuung mindestens um 10 1M3, im Abstand der ganzen Streuung
um 20 % abgefallen sein. Dabei ist angenommen, daß das Integral über den gesamten
Querscimitt bzw die entsprechend diesem wirksamen Teilt des Brennfleckes 1 ist.
Solche Brennfleeke stellen bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber dem gleichförmig
belegten Fokus darO Diese Bedingungen werden beispielsweise bei einem Brennfleck
erfüllt, bei dem die Elektronendichte exponentiell mit dem Abstand bzw. mit dem
Quadrat des Abstandes (Gaußtsche Normalverteilung) von der Brennfleckmitte abninmt.
Die bei einer solchen Belegung sich ergebende MÜF erreicht den Wert 0 theoretisch
erst im Unendlichen. Eine andere Balegung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronendichte
linear mit dem Abstand von der Brennfleckmitte abnimmt., Die zugeordnete MÜF ist
zwar ebenfalls scheinauflösungsfrei (hat, keine negativen Werte), erreicht jedoch
ihre erste Nullstelle bei einem Wert, der dem doppelten Kehrwert der Länge des Brennfleckes
entspricht (bei der Vergrößerung 2 für die Zentralfunktion).
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In den Fig. 3a bis 3f und in Fig. 4 sind verschiedene Möglichkeiten
zur Realisierung der Erfindung dargestellt.
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Fig. 3a zeigt einen gewendelten Kathodenheizfaden, der z.B. aus Wolfram
besteht, dessen Windungen in der Mitte dichter stehen als an den Enden. Deshalh
ist auch die Elektronendichte in der Mitte des Brennfleckes größer - wenigstens
in der Richtung parallel zur Projektion des Heizfadens auf die Anode. Ä'hnliches
gilt ftir den in Fig. Db dargestellt,en Heizdraht, der aus einem dünnen Metallband
besteht, das in der Mitte schmaler ist als an den Enden. Hierbei ist der elektrische
Widerstand iii der Mitte am größten. Diese Stelle wird daher am meisten erhitzt,
so daß hier auch die meisten Elektronen emittiert werden.
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In den Fig. 3c bis 5e sind Kathoden dargestellt, bei denen die Elektronendichte
in der zur Projektion das langgestreckten fleizfadens senkrechten Richtung von der
Mitte zu den Seiten hin abnimmt. Fig. 3c und )d zeigen die Lage des Kathodenheizfadens
in einem Kathodengesenk, das allgemein bei Drehanoden-Röntgenröhren verwendet wird.
Der Heizfaden ist dabei, wie in Fig. 3e gezeigt, in einem schmalen Spalt angeordnet,
dessen obere Kante e nur wenig überragt An die Oberkante des Spaltes schließt sich
in Richtung zur Anode hin ein Topf an,5dessen Abmessungen größer sind als die des
Spaltes, Wenn die Anordnung gemäß Fig. 3c derart bemessen ist, daß, wie bekannt,
die Elektronendichte zum Rande des Brennfleckes hin etwas ansteigt, kann in einfacher
Weise eine'zu den Rändern abfallende Elektronendichte dadurch erzielt werden, daß
der Heizfaden etwas tiefer im Spalt 2 angeordnet wird und/oder dadurch, daß ein
Topf mit etwas höheren Wänden verwendet wird. Es ist auch möglich, den Heizfaden
konvex oder konkav durchhängend anzuordnen, wie in Fig. 3d gezeigt.
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Eine andere Möglichkeit in der Brennfleckmitte eine höhere Elektronendichte
zu erzielen, die insbesondere bei größeren Brennflecken geeignet ist, besteht darin,
wie bei Rundstrahl-Röntgenröhren an sich bekannt (vergl. PHILIPS TECHNISCHE RUNDSCHAU,
20. Jahrgang, S. 133), den Heizfaden als lereisförmige oder gar ellipsenförmige,
gegebenenfalls zur Anode hin konvexe Spirale auszubilden, bei der der Abstand der
einzelnen Windungen von der Mitte nach den Rändern abnimmt (Fig. 3f und 3g), so
daß auch die Dichte der emittierten Elektronen von der Mitte zu den Rändern abnimmt.
Es ist jedoch auch hicr möglich, die Elektronendichte durch geeignete Ausbildung
des Kathodengesenkes bzw. durch die Änderung der Lage des Heizfadens relativ zumKathodengesenk
in der gewüschten Weise zu beeinflussen. In vielen Fällen ist es darüberhinaus zweckmäßig,
eine Ebene oder gar zur Anode hin konkave Spirale zu verwenden (Fig. also
Eine
weiters Möglichkeit bestcht schließlich darin, dei Anode im elektronischen Brennfleck
nicht ehen, sondern in besonderer Wcise auszubilden. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt
einer derartigen Anode im elektronischan Brennfleck(stark vergrößert).
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Der mittlere Teil (AA) hat eine geringe Neigung. u beiden Seiten hin
schließen sich Tcile (AB) an, die sttirker geneigt sind, woran sich wieder Teile
(BC) mit noch stärkerer Neigung anschließen. Die Elektronen treffen, wie durch die
Pfeile 4 angedeutet, gleichmäßig verteilt auf die Anode (CC) auf.
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Die Röntgenstrahlung tritt in Richtung des Zentralstrahles (Z) aus,
wobei die Strahlungsintensität in der Mitte des jeweiligen abbildenden Strahles
am größten ist.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Anode aus verschiedenen
Werkstoffen aufzubauen, wobei ein erster zentraler Bereich aus einem Werkstoff mit
hoher effektiver Ordnungszahl besteht, an den sich weitere Bereiche mit abnehmender
Ordnungszahl anschließen. Da die Intensität der emittierten Röntgenstrahlung mit
der Ordnungszahl steigt, ergibt sich ein ähnlicher Intensitätsverlauf wie bei der
Anordnung nach Fig. 4.
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Patentansprüche: