DE2135326A1 - Roentgenroehre - Google Patents

Roentgenroehre

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DE2135326A1
DE2135326A1 DE2135326A DE2135326A DE2135326A1 DE 2135326 A1 DE2135326 A1 DE 2135326A1 DE 2135326 A DE2135326 A DE 2135326A DE 2135326 A DE2135326 A DE 2135326A DE 2135326 A1 DE2135326 A1 DE 2135326A1
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DE
Germany
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cathode
focal point
ray tube
anode
center
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DE2135326A
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Franz Dr Buchmann
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
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Philips Patentverwaltung GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06Cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes

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  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • "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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zentralprojektion erfordert einen möglichst kleinen Fokus.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das gilt vor allem dann, wenn eine zum Rande hin abfallende Belegung des Brennfleckes nicht nur nach einer Richtung hin erforderlich wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • Ein derartiger Brennfleck würde sich durch Überlagerung dreier zueinander konzentrischer Brennflecke mit konstanter Elektronendichte und den Abmessungen der einzelnen Stufen ergeben.
  • 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).
  • 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.
  • Die resultierende MÜF ist in Fig. 1, Kurve B, dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Strahlungsintensität und Brennfleckgröße (gemessen nach der IEC-Empfehlung) ungünstiger ist als bei Röhren mit der bisher üblichen Brennfleckbelegung.
  • 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.
  • E gibt andere Verteilungen der Elektronendichte bzw. der Strahlungsintensität, die ähnlich gute Resultate liefern.
  • 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).
  • In den Fig. 3a bis 3f und in Fig. 4 sind verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung der Erfindung dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Die Röntgenstrahlung tritt in Richtung des Zentralstrahles (Z) aus, wobei die Strahlungsintensität in der Mitte des jeweiligen abbildenden Strahles am größten ist.
  • 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.
  • Patentansprüche:

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: ----------------1. Röntgenröhre, insbesonders Drehanoden-Röntgenröhre, bestehend u.a. aus einer Kathode und einer Anode, dadurch gekennzeichnet, daß in bzw. an der Kathode und/oder Anode f:littl angeordnet sind, durch die nicht nur die Intensität in der Mitte des optisch wirksamen Drennfleckes erheblich gesteigert ist, sondern auch in mindestens zwei zueinander senkrechten Richtungen zu den Rändern des optischen BrennS]eckes hin abnimmt.
  2. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode derart ausgebildet ist, daß die Elektronendichte auf der Elektronenauftreffplatte von der mitte zu den Rändern hin abnimmt.
  3. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, deren Kathode einen gewendelten Heizfaden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Heizfadens in der Mitte dichter beieinanderliegen als an den Enden.
  4. 4. Röntgenröhre nach Anspruch 2 (Fig-. 3a), deren Kathode ein dünnes emittierelldes Metallband enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband in der Mitte schmaler ist als an den Enden (Fig. 3b).
  5. 5. Röntgenröhre nach Anspruch 2 mit einer einen spiralförniig gewickelten Heizdraht enthaltenden Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Spiralwindungen von inneii nach außen zunimmt,
  6. 6. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet" daß die Elektronenauftreffplatte Bereiche mit unterschiedlicher neigung relativ zum Zentralstrahl aufweist, wobei die in der Mitte liegenden Bereiche eine geringere steigung zur Elektronen-Flugrichtung haben als die an den Rändern liegenden Bereiche aufweisen.
  7. 7. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dic Elektronenauftreffplatte aus verschiedenen Werkstoffen besteht, wobei die Ordnungszahl des Werkstoffes iin Zentrum größer ist als die Ordnungszahl der Werkstoffe in den daran anschließenden Bereichen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2727907A1 (de) * 1977-06-21 1979-01-18 Siemens Ag Roentgenroehren-gluehkathode

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