DE2154888A1 - Roentgenroehre - Google Patents

Description

Röntgenröhre

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, bei welcher die mittels einer elektrischen Spannung beschleunigten Elektronen auf eine Anode auftreffen, die wenigstens an der Elektronenauftreffläche eine dünne Schicht aus einem Material hoher Dichte trägt, die auf einem Körper geringerer Dichte liegt.

Bekannte Röntgenröhrenanoden der vorgenannten Art weisen z.B. einen Trägerkörper aus Metall, wie Molybdän und seinen Legierungen, oder aus Graphit auf. Als Material hoher Dichte Bremsmaterial - werden in der Regel Schwermetalle, wie Wolfram und seinen legierungen, verwendet, insbesondere denjenigen aus Wolfram und Rhenium bzw. Wolfram und Osmium oder Wolfram und Iridium oder Tantal. Die Beschichtungen weisen dabei eine Dicke auf, die wenigstens in der Größenordnung von Millimetern liegen, jedoch eine Stärke von 10/u nicht unterschreiten, damit alle im Brennfleck auftreffenden Elektronen abgebremst werden, die von der Kathode kommen. Sie sollen doch alle soweib als möglich zur Erzeugung von Bremsstrahlen, d.h. der Röntgen-

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strahlen, ausgewertet werden. Bei diesem Umsatz wird bekanntlich in der Schwermetallschicht ca. 99 % der absorbierten Energie in Wärme umgesetzt, die dann auf den Träger durch Wärmeleitung übertragen werden muß. Diese Übertragung ist notwendig, um eine Überhitzung im Brennfleck und eine Zerstörung der Strahlungsumsetzungsflache zu vermeiden. Durch die Absorption aller Elektronen in der Aufprallschicht erfolgt dort der maximal mögliche Umsatz dieser Elektronen und damit auch die maximal hinzunehmende Erhitzung.

Erfindungsgemäß wird die auf den Tragkörper zu übertragende Wärmemenge verringert, indem die Schicht dünner ist als bei den zur Strahlenerzeugung angewandten Beschleunigungsspannungen im Material der Schicht auftretenden Eindringtiefen der Elektronen. Diese Schichtdicke, die in der Größenordnung einiger /u liegt, etwa 0,5 bis 5/u bei Verwendung von Wolfram, absorbiert nur einen Teil der Energie der auftreffenden Elektronen, so daß der andere Teil der Elektronenenergie unmittelbar in den Trägerkörper gelangt und erst dort absorbiert wird. Ein wesentlicher Teil der erzeugten Wärme wird so erst im Tragkörper freigemacht und braucht nicht von der Schwermetallschicht durch Wärmeleitung auf diesen Körper übertragen zu werden. Andererseits haben Versuche und Überlegungen, die zur Erfindung geführt haben, gezeigt, daß die Elektronen, die tiefer in eine Schwermetallschicht eindringen, bei der Abbremsung nur solche Strahlen ergeben, die eine ca. 1,5 mal längere Wellenlänge als die Grenzwellenlänge besitzen und die größtenteils aus der Oberfläche der Anode nicht austreten können.

Dieser langwellige Anteil des Strahlenspektrums wird im Objekt absorbiert, wo er zu einer unnötigen Strahlenbelastung führt. Man muß ihn daher bei bekannten Röhren unter unvermeidbarer Schwächung auch der nutzbaren Strahlung durch Vorfilter beseitigen. Gleichzeitig wird der Vorteil erhalten, daß die im

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Träger erzeugte Wärme nicht mehr von der Bremsschicht auf diesen übertragen zu werden braucht. Bei Auslegung der Dicke der Schwermetallschicht für eine Absorption von nur 25 % der auftreffenden Elektronenenergie ergibt sich nur eine Abnahme der Nutzstrahlung hinter dem Objekt von ca. 5 %. Dies zeigt aber deutlich, daß, obwohl die Absorption der Elektronenenergie in der Bremsschicht um einen relativ hohen Prozentsatz (75 %) geringer ist als bei bekannten Anoden, die Menge der austretenden Strahlen nur geringfügig kleiner ist. Der günstigere Energietransport in die Tiefe der Anode - durch Elektronenleitung
und Wärmeleitung - ergibt eine kältere Anodenoberfläche und
erlaubt höhere Belastungen, welche zu einer intensiveren Strahlung führen.

Der Aufbau der Anode nach der Erfindung kann mit den bekannten Materialien unter Anwendung d"er ebenfalls bekannten Methoden erfolgen. Es ist dabei vorteilhaft, die Dicke der Schicht aus dem Material hoher Dichte der Energie, d.h. der Durchdringungsfähigkeit der Elektronen bei den in Röntgenröhren angewandten Beschleunigungsspannungen, anzupassen. Für Wolfram ergibt sich im Bereich von 50 bis 80 kV eine Schichtdicke von 2/u und bei 80 bis 150 kV eine solche von 5/u. Die erzielte Anpassung ergibt so eine Dicke, die 25 % der Reichweite der Elektronen im Wolfram bei der jeweils höchsten Beschleunigung der Elektronen entspricht. Der als Material hoher Dichte verwendete Stoff
kann aber auch eine Wolframlegierung mit Rhenium, Osmium,
Iridium etc. bzw. ein anderes Metall oder eine Verbindung,
wie z.B. ein Karbid des Wolframs, Tantals oder Hafniums sein. Dabei ergeben sich aber in Abhängigkeit von der Dichte dieser Stoffe veränderte Schichtdicken, wenn ein entsprechender Teil der Eindringtiefe als Maß genommen werden soll. Die Dicke muß dabei für kleinere Dichte erhöht und für größere Dichte verringert werden.

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Weitere.Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Fig. 1 ist ein Übersichtsschaubild über eine Drehanodenröntgenröhre dargestellt,

in der Fig. 2 ein Ausschnitt aus der Drehanode und

in der Fig. 3 ein Ausschnitt aus einer Drehanode mit

zwei Brennfleckbahnen, die verschieden dick belegt sind.

In der Fig. 1 ist mit 1 der vakuumdichte Kolben der Röhre dargestellt. Dabei befindet sich am einen Ende des zylindrischen Kolbens 1 die Kathodenanordnung 2 und am gegenüberliegenden Ende die Anodenanordnung 5, welche bekanntlich den Rotor 4 ■umfaßt, der an dem Anschlußstutzen 5 drehbar gelagert ist. An seinem gegenüberliegenden Ende weist der Rotor 4 die Achse 5 auf, welche die Drehanode 6 trägt. Die Kathode 2 besteht aus dem Gehäuse 7, das einen Ansatz 8 aufweist, in welchem sich eine Glühkathode befindet, die über die Anschlüsse 9> 10 und 11 in Betrieb gesetzt werden kann. An den Anschlüssen 9 bis 11 befindet sich auch die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrom, der aus der Kathode austritt. Der Gegenpol dieser Beschleunigungsspannung liegt am Stutzen 5. Im vorliegenden Fall ist zwischen den Leitungen 9 und 10 eine Heizspannung für die linke Hälfte der Kathode angelegt, aus der dann der gestrichelt symbolisierte Elektronenstrom 12 austritt, der auf die äußere Brennfleckbahn 13 der Drehanode 6 auftrifft. Die Brennfleckbahn 14 ist im vorliegenden Fall unbeaufschlagt. Sie würde von Elektronen getroffen werden, wenn auch eine Heizspannung zwischen den Leitungen 10 und 11 ange¹ schloss en wäre.

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In der Fig. 2 zeigt der Ausschnitt aus der Anode 6 die Schicht 15, auf welcher die Brennfleckbahnen 13 und 14 liegen.Die Schicht 15, die 3/u stark ist und aus Wolfram besteht, ist auf dem Graphitkörper 6' angebracht, der 10 mm dick ist und einen Durchmesser von 125 mm hat. Die auftreffenden Elektronen des Strahlenbündels 12 sind als Pfeile 16 und 17 dargestellt, wobei die Pfeile 16 diejenigen Elektronen symbolisieren, die in der Schicht in Strahlen umgesetzt werden und die längeren Pfeile 17 diejenigen, die durch die Schicht hindurchtreten. Die durch die längeren Pfeile symbolisierten Elektronen geben erst in dem Material des Körpers 6¹ Energie ab, so daß ihre erhitzende Wirkung von dem Material der Schicht 15 ferngehalten ist.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform liegen die beiden Brennfleckbahnen 18, 19 auf den Schichten 21 und 22, die von dem Graphitkörper 20 getragen werden, der 6 mm dick ist und einen Durchmesser von 100 mm hat. Die Schicht 21 ist 2/U und die Schicht 22 ist 5/u stark. Beide bestehen aus Wolfram. Daher ist die Schicht 21 für Elektronen von 50 bis 80 kV und die Schicht 22 für Elektronen von 80 bis 150 kV. Hierbei wird die Dicke der Schichten den Durchseheinungsfähigkeiten der Elektronen angepaßt.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   1 .J Röntgenröhre, bei welcher die mittels einer elektrischen Spannung beschleunigten Elektronen auf eine Anode auftreffen, die wenigstens an der Elektronenauftreffläche eine dünne Schicht aus einem Material hoher Dichte trägt, die auf einem Körper geringerer Dichte liegt, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht (15) dünner ist als fe die bei den zur Strahlenerzeugung angewandten Beschleunigungsspannungen im Material der Schicht auftretenden Eindringtiefen der Elektronen (16, 17).
2. 2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (15) höchstens 25 % der Reichweite der Elektronen (16, 17) bei der höchsten Beschleunigungsspannung beträgt.
3. 3. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anoden mit mehreren Brennflecken (18, 19) diese mit Schichten (21, 22) unterschiedlicher Dicke belegt sind.
4. 4. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brennfleck für 50 bis 80 kV die Schicht 2/u und bei einem Brennfleck für 80 bis 150. kV die Schicht 5/u dick ist, wenn das Material hoher Dichte Wolfram ist.

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