DE2310061A1 - Roentgenroehre - Google Patents

Description

Röntgenröhre

Die Erfindiang bezieht sich auf eine Röntgenröhre, bei welcher die Glühkathodenwendel außerhalb der senkrechten Projektion des Brennflecks am Kathodenkörper angeordnet ist.

Die Belastbarkeit einer Drehanode im Kurzzeitbereich wird durch eine maximal zulässige Brennflecktemperatur bestimmt, welche durch das Erreichen des Schmelzpunktes des Anodenmaterials begrenzt ist. Erfahrungsgemäß muß die maximale Brennflecktemperatur jedoch erheblich niedriger liegen, um stabilen Röhrenbetrieb und ausreichende Lebensdauer zu erreichen. Dies hat neben einigen durch konstruktive Maßnahmen lösbaren Problemen - wie z.B. das Bedampfen des Glaskolbens mit der Folge mangelnder Hocnspannungsfestigkeit - im wesentlichen zwei Gründe:

1. Unabhängig vom Schmelzpunkt darf der Dampfdruck zwischen Anode und Kathode nicht so hoch sein, daß Gasentladungen eintreten". Ein Maß dafür ist die freie Weglänge von Elektronen .

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ORIGINAL INSPECTED

2. Anoden können bei der Herstellung, Weiterverarbeitung und auch während des Betriebs in der Röhre "verschmutzt" werden, z.B. mit Belägen an der Oberfläche, die höheren Dampfdruck als das Anodenmaterial aufweisen.

Obwohl die freien Weglängen der Elektronen bei den üblichen Maximaltemperaturen des Brennflecks von ungefähr oder größer 2500° bei Wolfram-Anoden wesentlich größer als der Elektrodenabstand sind, kann es bereits zu Röhreninstabilitäten kommen. Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Rückwirkung auf die Kathode dafür verantwortlich ist. Im Elektronenstrom der Kathode werden Atome, z.B. Metalldampf aus dem Brennfleck bzw. solche nicht entfernbarer Gase, ionisiert. Die positiven Ionen werden dann auf die Heizwendel der Kathode zu beschleunigt, wo sie beim Abbremsen durch Aufheizen der Wendeloberflache, Sekundärelektronenbildung und Reduzierung der Raumladung vor der Wendel einen Stromanstieg verursachen. Dieser führt aber zu vermehrter Dampfbildung, Ionisierung, Stromanstieg usw..

Der dabei entstehende Schaden weist als typisches Erscheinungsbild periodische Anschmelzungen der Brennfleckbahn auf, die in genannter Weise im Zusammenwirken mit dem Generator (Innenwiderstand, Kapazitäten) entstehen. Wesentlich verschärft wird dieses Problem bei Röhren mit hoher Leistung, da der Generatorinnenwiders tand wegen der Notwendigkeit, aus technischen und Kosten-Gründen die Leerlaufspannung möglichst niedrig zu wählen, klein gehalten werden muß oder sogar in weiten Arbeitsbereichen ganz fehlt.

Bei hochbelastbaren Röntgenröhren hat man in einer bekannten Anordnung Vorkehrungen getroffen, daß die Elektronen in der Form eines Hohlstrahles abgegeben werden. Außerdem ist im Zentrum der Kathode eine gesonderte Auftreffläche für Ionen

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vorgesehen, den in den Strahl eindringenden Ionenstoß zu absorbieren, statt ihn auf den Elektronen emittierenden Teil auftreffen zu lassen. Dies verursacht aber einen Aufwand für eine umständliche Lösung, weil ein hohler Elektronenstrahl erzeugt werden muß, der überdies in der medizinischen Röntgentechnik aus Gründen der Abbildungsqualität nicht brauchbar ist. Außerdem muß auch die Kathode einen besonderen Aufbau haben mit einem von der Elektronenquelle bzw. der rohrförmigen Elektronenbahn umschlossenen Auftreffteil für die Ionen. Überdies befindet sich bei dieser Ausbildung der Kathodenkörper nur teilweise in der senkrechten Projektion des ringförmigen Brennflecks, die auch daran vorbei geht. Es werden aber auch Teile der Elektronen emittierenden Elemente der Kathode von der Projektion getroffen, so daß die obengenannten schädlichen Wirkungen wenigstens zum Teil noch auftreten können.

Andererseits ist es bei Röntgenröhren an sich bekannt, das von der Glühkathoden-Wendel ausgehende Elektronenstrahlenbündel auf gebogener Bahn auf einen bestimmten Punkt der Anode zu führen und dort gegebenenfalls auch bei z.B. einer Drehbewegung der ganzen Röhre festzuhalten. Dabei liegt die Wendel außerhalb der senkrechten Projektion des Brennflecks. Dabei sind aber keine Mittel vorgesehen, die ein Auftreffen der Ionen auf den Kathodenkörper und ihre Absorption bewirken. Die Ionen laufen vielmehr unkontrolliert und treffen z.B. auf die Kolbenwand oder Teile der Elektroden, was nachteilig ist, weil dadurch Metallbeläge entstehen können, welche die Hochspannungsfestigkeit der Röhre herabsetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, konstruktive Maßnahmen anzugeben, mit .welchen die genannte schädliche Kathodenrückwirkung zu unterbinden ist, um größere Betriebssicherheit der in der medizinischen Technik anwendbaren Röntgenröhren und eine Erhöhung ihrer Belastbarkeit zu erreichen.

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Erfindungsgemäß wird vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auftreffstelle der senkrechten Projektion des Brennflecks auf der Kathode zur Absorption von Ionen ausgestattet ist. Dadurch wird erreicht, daß die Ionen auf eine Stelle des Kathodenkörpers auftreffen, die abseits der Glühwendel liegt und an der sie keinen Schaden anrichten können. Eine Beeinflussung der empfindlichen Wendel, d.h. eine unkontrollierte Steigerung der Elektronenemission,ist so vermieden.(Fig. 2).

Ih einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung wird an der Auftreffstelle der Ionen eine schwerschmelzbare, gut wärmeleitende Platte, etwa eine solche aus Wolfram, die 0,5 bis 5 mm dick ist, angebracht (Fig. 3, 4, 5 und 7). Die Stärke der Platte ist dabei von untergeordneter Bedeutung, weil sie lediglich für die Stabilität und die Wärmekapazität eine Rolle spielt. Sie kann etwa aus Wolfram, Molybdän oder Tantal bestehen. Eine Verbesserung kann dadurch erzielt werden, daß die Platte in den Kathodenkörper hinein verlegt wird (Fig. 4). Die Aussparung sollte wenigstens ungefähr die Form des Brennflecks haben. Dadurch wird erreicht, daß trotz des hohen Schmelzpunktes und geringen Dampfdruckes von Wolfram etc. durch die Beaufschlagung mit den Ionen etwa entstehender Wolframdampf nicht in den Bereich des Elektronenstrahls oder an Stellen, wo die Hochspannungsfestigkeit der Röhre beeinträchtigt würde, geraten kann.

Der Kathodenkopf kann auch ganz aus der Projektionslinie des Brennflecks herausgehalten werden (Fig. 6). Dann ist es allerdings erforderlich, ein komplizierteres Kathodensystem zu verwenden, z.B. eine Elektronenkanone, die einen durch magnetische und elektrische Linsen scharf gebündelten Elektronen-Flachstrahl schräg auf die Anode fallen läßt, und ein getrenntes Ionenauffangsystem vorzusehen.

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Die von einer Heizwendel oder einem anderen Elektronenemitter ' abgegebenen Elektronen werden durch ein elektrisches Feld auf gebogene halbkreisförmige Bahnen umgelenkt, so daß die Ausgangsrichtung und die Aufprallrichtung auf die Anode des Elektronenstrahls um mehr als 0° und maximal 180° sich voneinander unter- j scheiden. Dadurch wird erreicht, daß die Heizwendel noch wirksamer vor Ionenbeschuß geschützt ist. . i

Die gleiche Wirkung wird erzielt durch Umlenkung der Ionen mittels eines Permanent- oder Elektromagneten (Fig. 5). Besteht die Aufprallplatte aus Tantal, Zirkon, Titan usw., wird darüber hinaus bei Erwärmung der Platte während des IonenbeSchusses eine für das Betriebsverhalten der Röhre günstige Getterwirkung erreicht. Der Raum, in dem sich die Platte befindet, ist von metallischen Wänden umschlossen, so daß Wirkungen, z.B. Belegung der Wände mit Metall, auf diesen Raum beschränkt bleiben und daher unschädlich bleiben.

Nachfolgend wird die Erfindung zusammen mit Einzelheiten und Vorteilen anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

In der Fig. 1 ist das Schaubild einer Röntgenröhre dargestellt, .

in der Fig. 2 ein Ausschnitt aus einem senkrecht zur Papierebene liegenden Querschnitt durch die Kathode und die Anode der Röhre nach Fig.1,

in der Fig. 3 eine Abwandlung der Kathodenanordnung, bei

welcher an der Auftreffstelle der Ionen eine Platte aus Schwermetall angebracht ist,

in der Fig. 4 eine Ausbildung der Kathodenanordnung, bei welcher die Platte aus Schwermetall im Körper der Kathode versenkt angebracht ist,

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in der Fig. 5 eine Kathodenanordnung, bei welcher, der Ionenstrahl mittels eines Magnetfeldes abgelenkt wird,

in der Fig. 6 eine Ausbildung, bei welcher die Elektronen

mittels einer Elektronenkanone schräg auf die Anode aufgeschossen werden und

in der Fig. 7 eine Kathodenanordnung, bei welcher der Elektronenstrah:
lenkt wird.

tronenstrahl auf gebogener Bahn um 90° umge-

In der Fig. 1 wird mit 1 der Vakuumkolben der Röhre bezeichnet, in welcher sich die Kathodenanordnung 2 und die Anodenanordnung 3 befinden. Die am einen Ende des Kolbens angebrachte Kathodenanordnung 2 umfaßt einerseits das äußere Gehäuse 4, die Halterung, d.h. den eigentlichen Kathodenkörper 5, der Glühwendeln 6 und 7, die über die Leitungen 8, 9 und 10 in Betrieb gesetzt werden. Die von den Wendeln 6 und 7 ausgehenden Elektronen treffen auf die Drehanode 11 auf, die über die Achse 12 mit dem Rotor 13 verbunden ist. Erfindungsgemäß ist dabei ein seitlicher Versatz der Wendel und eine derartige Gestaltung der Fokussierungsfräsung vorgesehen, daß die in Fig.2 dargestellte Ablenkung des Elektronenstrahles 14 auf den Brennfleck 15 der Anode 11 stattfindet. Die gestrichelt eingezeichnete Bahn 16 der Ionen trifft an der Stelle 17 außerhalb der Wendel 6 auf den Kathodenkörper 5 auf. An der genannten Stelle

des Kathodenkörpers kann gemäß Fig. 3 die aus Wolfram bestehende Platte 18 angebracht sein, der den auftreffenden Ionen gute Widerstandskraft entgegensetzt. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung ist die aus Molybdän bestehende Platte 19 in einer Vertiefung 20 angeordnet, so daß eine weitgehende räumliche Trennung von der Heizwendel und dem Gebiet des Elektronenstrahls stattfindet.

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Die Anordnung nach Fig. 5 entspricht weitestgehend denjenigen nach Fig. 4. Bei ihr befindet sich aber am hinteren Ende der Öffnung 20 ein Magnetfeld 21, durch welches der Ionenstrahl 22 auf die Platte 23 aus Tantal gelenkt wird, die an der Auftreffstelle angebracht ist. Dabei befindet sich, wie bei Fig. 4, die Platte 23 in einem, hier in der Form der gestrichelt angedeuteten Kappe 23^f, von metallischen Wänden umschlossenen Hohlraum, in welchem etwa von der Platte 23 abgegebenes Material abgelagert wird.

Zum Unterschied von den vorhergehenden Ausbildungen ist bei der Ausgestaltung nach Fig. 6 keine besondere Ablenkungseinrichtung, für den Elektronenstrahl 24 erforderlich, weil dieser mit grosser Beschleunigung aus der Elektronenkanone 25 kommt und schräg auf die Anode 26 auftrifft, so daß von dieser ausgehende Teilchen bzw. im Raum ausgelöste Ionen das Kathodensystem überhaupt nicht treffen. Die Auftreffstelle der Ionen ist, wie mit 25' angedeutet, entsprechend den in den anderen Figuren dargestellten Ausführungsformen ausgebildet und an der Kanone 25 bzw. in nicht dargestellter Weise gesondert davon gehaltert.

Bei der Ausbildung nach Fig. 7 wird wegen der Gestaltung des Kathodenkörpers 27 der Elektronenstrahl 28 durch das entstehende elektrische Feld von der Glühwendel 29 aus um etwa 90 auf die Anode 30 umgelenkt..Die vom Brennfleck der Anode 29 ausgehenden Ionen treten durch das Loch 31 und treffen auf die Platte 32 aus Wolfram, die sich wie bei Fig. 4 und 5 in einem abgesonderten Hohlraum 33 befindet. Die rohrförmige Halterung der Platte 32 bildet die seitlichen Wände des Raumes 33.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   ( 1J Röntgenröhre, bei welcher die Glühkathoden-Wendel außerhalb der Richtung der senkrechten Projektion des Brennflecks am Kathodenkörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Auftreffstelle (17) der senkrechten Projektion des Brennflecks (15) auf dem Kathodenkörper (5, 27) zur Absorption von Ionen ausgestattet ist.
2. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstattung der Auftreffstelle (17) aus einer wärmeleitenden schwerschmelzbaren Platte (18, 19, 23 und 32) etwa aus Wolfram, Molybdän, Tantal etc. versehen ist.
3. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffstelle in den Kathodenkörper hinein verlegt ist, in den an dieser Stelle ein Loch (20, 31) angebracht ist.
4. 4. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umlenkung des Ionenstrahls ein permanentes oder elektrisches Magnetfeld (21) vorgesehen ist.
5. 5. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auftreffstelle in einem von metallischen Wänden umgebenen Hohlraum (33) befindet (Fig. 4, 5 und 7).
6. S. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur schrägen Führung des Elektronenstrahls ein? Elektronenkanone (25) vorgesehen ist.
7. 7. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl von der Glühwendel (29) auf einer halbkreisähnlichen Spur auf die Anode (30) geführt wird, so daJ? die Ausgangsrichtung und die A.ufprallrichtung auf die Anode sich um bis zu 180° voneinander unterscheiden.

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