DE2339225A1 - Feldemissions-roentgenstrahlroehre - Google Patents

Description

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48 075, USA

Feldern!ssions-Räntgenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft Feldemissions-Röntgenstrahlröhren.

FeIdemissions- oder Kaltkathoden-Röntgenstrahlröhren mit einer Vielzahl von Kathoden, die in einem evakuierten Kolben angeordnet sind und zwar im Abstand und isoliert zu einer Anode, sind gut bekannt und im Handel erhältlich. Die Kathoden bestehen allgemein aus Blättern oder aus Bündeln von Nadeln. Die Elektronen emittierenden Blattkanten und Nadelspitzen weisen einen Krümmungsradius im Bereich von 10~' cm bis 10*"^ cm auf. Sie weisen ferner einen Abstand zur Anode von ca. 0,25 cm auf. Röhren mit Nadelbündelkathoden werden im allgemeinen für besser gehalten als diejenigen mit Blattkathoden. Eine Nadelbiindelkathode umfasst im allgemeinen ca. 25 Nadeln mit Stieldurchmessern von ca. 0,0025 cm. Die Nadeln einer Kathode weisen einheitlichen Abstand auf, wobei der Abstand sich zwischen ca. 0,013 cm und 0,025 cm bevregt. Im Betrieb wird ein Hochspannungsimpuls in der Größenordnung von 100 000 Volt der Feldemissions-Röntgenstrahlrohre zugeführt, um zu bewirken, daß die von den Kathoden emittierten Elektronen auf die Anode treffen und Röntgenstrahl-en erzeugen.

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Aus dem Stand der Technik läßt sich nicht ableiten, daß irgendein bestimmter betrieblicher Vorteil oder Nachteil existiert, wie beispielsweise eine Änderung der Lebensdauer der Röhre oder die Dosierung der Ausgangsgröße für eine Röhre, die eine bestimmte Anzahl von Kathoden aufweist« Die Anzahl der Kathoden ist daher bei einer Feldemissions-Röntgenstrahlröhre nach dem Stand der Technik durch die physikalischen Eigenschaften der Röhre bestimmt, wie beispielsweise der für die Kathode zur Verfügung stehende Raum. Der Entwicklung der vorliegenden Erfindung vorausgegangene Versuche der Firma Bendix Corporation ließen jedoch erkennen, daß sich die Betriebseigenschaften einer Feldemissions-Röntgenstrahlröhre nicht wesentlich ändern lassen, wenn überhaupt ändern lassen, wenn man die Anzahl der Elektronen emittierenden Kathodenelemente ändert. Diese Versuche habe gezeigt, daß Feldemissions-Röntgenstrahlöhren mit 50% längeren Kathoden und 50% mehr Elektronen emittierenden Nadeln als die zuvor beschriebenen Kathoden, im wesentlichen die gleichen Betriebsparameter einschließlich der Lebensdauer der Röhre aufvieisen, als Röhren mit den kürzeren Kathoden. Bei einer bekannten Ausführungsform ist angegeben, daß Feldemissions-Röntgenstrahlröhren mit irgendeiner Anzahl von Kathoden zwischen 2 und 16 hergestellt werden können. Es sind jedoch auch Feldemissions-Röntgenstrahlröhren mit nur einer Kathode bekannt. Es geht aus dem Stand der Technik nidit hervor, daß eine Röhre mit einer bestimmten Anzahl von Kathoden innerhalb des bestimmten Bereiches besser arbeitet als eine Röhre mit irgendeiner anderen Anzahl von Kathoden innerhalb des Bereiches. Die Einschränkung auf 16 Kathoden ist nicht begründet und wird auch durch Versuchsergeb-nisse und Daten nicht bestätigt, diese Grenze kann jedoch aus dem C-rund angegeben worden sein, da man glaubte, daß die Dosierung der Ausgangsgröße unter einen nützlichen Wert abfallen würde, wenn mehr als diese Anzahl von Kathoden zum Einsatz gebracht würden. Bei den anfänglichen Versuchen bei der Entwicklung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung durch die Firma Bendix konnte man eine leichte Abnahme in der Dosierung der Ausgangsgröße pro Impuls einer Röntgenstrahlröhre

feststellen, wenn man die Anzahl der Kathoden erhöht. Es ließen sLch z.B. Ausgangsimpulse von unterschiedlichen Röntgenstrahlröhren erzeugen, die zwischen ca. 0,9mr (Milliröntgen)/Impuls bis ca. 1,4 mr/Impuls lagen, wobei diese Röntgenstrahlröhren Kathoden mit einem 8 Nadelbündel erzielten, während man Ausgangsimpulse von ca. 0,^5 mr/Impuls bis ca. 1,3 mr/Impuls von Röhren erhielt, welche Kathoden mit einem 12 Nadelbündel aufwiesen. Weitere Versuche haben jedoch gezeigt, daß diese Abnahme in der Dosierung der Ausgangsgröße pro Impuls durch sorgfältigere Fabrikation der Röntgenstrahlröhre beseitigt werden kann, man also mehr Sorge darauf verwendet 12 Kathoden innerhalb dem begrenzten Raum einer Feldemissions-Röntgenstrahlröhre in Lage zu bringen als dies bei der Anordnung von 8 Kathoden in der Röhre erforderlich ist. Selbst wenn diese zusätzliche Sorgfalt nicht angewendet wird, läßt sich eine kleine Abnahme in der Dosierung der Ausgangsgröße bei jedem ImpCLs einfach dadurch beseitigen, indem man einfach die Anzahl der Impuls erhöht, die zum Erzeugen eines Röntgenstrahlbildes während des Betriebes der Röhre verwendet werden.

Da es gemäß dem Stand der Technik nicht offenkundig ist, daß sich irgendein Vorteil hinsichtlich des Betriebes durch die Verwendung von mehr Kathoden erzielen läßt, weisen die .im Handel erhältlichen Feldemissions-Röntgenstrahlröhren gewöhnlich 8 Kathoden auf, wobei diese 8 grob in der Hitte des Bereiches von 2 bis 16 Kathoden gelegen sind, welcher Bereich zuvor erwähnt vmrde, und diese Anzahl der Kathoden ist auch für die symmetrische räumliche Anordnung innerhalb der Rohre angebracht.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine FeIdemissions-Röntgenstrahlröhre mit einer erhöhten Anzahl von Kathoden, die eine überraschend größere Betriebslebendauer aufweist, als bekannte Feldemi ss ion s-Röntgenstrahlr ehren. Feldern!ssions-Pöntgenstrahlröhren mit 12 Kathoden würden beispielsweise mit denjenigen von S Kathoden verglichen. Wenn man Spannunfsimpulse von ca. 100 000 Volt verwendet, um unterschiedliche 8 Kathodenröhren zu betreiben, so

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konnte man feststellen, daß die Röhren eine Lebensdauer von 10 000 bis 20 000 Impulsen aufwiesen. Dagegen hat man festgestellt, daß Röhren mit 12 Kathoden, die die gleichen Spannungsimpulse empfingen, eine Lebensfeuer in der Größenordnung von ca. 50 000 bis über 80 000 Impulse aufweisen. Vergleicht man die Mittelpunkte der Impulslebensdauer für die zwei Röhren, so zeigt sich, daß eine Zunahme in der Lebensdauer der Röhre um 500$ zu verzeichnen ist, wenn man die Anzahl der Kathoden um lediglich 50$ erhöht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine seitliche Schnittdarstellung

einer Feldemissions-Röntgenstrahlröhre mit einer stabförmigen Anode und mit 12 Nadelbündel-Kathoden; und

Fig. 2 eine Endansicht bzw. Schnittdarstellung der

Röntgenstrahlröhre von Figur 1 nach der Linie 2-2, um die 12 Kathoden besser zu veranschaulichen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Ansichten einer Feldemissions-■ >Ri5ntgenstrahlröhre 10, die ähnlich den bekannten Feldemissions-Röntgenstrahlröhren aufgebaut ist, jedoch mit der Ausnahme, daß die Röhre 10 eine größere Anzahl von Kathoden 11 als die bekannten Röhren aufweist. Die Röntgenstrahlröhre 10 besteht aus einem Glaskolben lH und einer vorderen Endkappe 16, die aus einem geeigneten Metall, wie beispielsweise Nickel, mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und mit einem hohen Röntgenstrahl-Absorptionskoeffizienten Bbesteht. Die Endkappe 16 enthält ein Fenster 18, welches aus einem Material besteht, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie beispielsweise Beryllium, so daß die Röntgenstrah-

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len aus der Röhre herausgelangen können und Bilder machen können. Der Glaskolben 14 und die Endkappe 16 definieren ein evakuiertes Gehäuse für eine angespitzte Stabanode 20 und für die 12 Kathoden 11. Die Anode und die Kathoden sind aus einem Material hergestellt, wie beispielsweise Wolfram, xvelches den hohen Spannungen widerstehen kann, die der Röhre 10 während des Betriebes zugeführt werden, und auch der Hitze widerstehen kann, die bei diesen Spannungen erzeugt wird. Jede Kathode 11 besteht aus einer Basis geeigneter Größe, um ein Einsetzen in die Endkappe 16 zu vereinfachen und einem Bündel von ca. 25 in dichtem Abstand angeordneten Nadeln 22. Wie bei üen bekannten Röntgenstrahlröhren mit Nadelbündelkathoden, weisen die Nadeln jeder Kathode einen Schaft oder Spieldurchmesser von ca. 0,0025 cm auf, und v/eisen einen Abstand von ca. 0,025 cm auf. Die Kathoden 11 sind punktgeschweißt oder sind auf irgendeine andere VJeise an die Endkappe l6 gegenüber dem Spitzenende 24 der Anode 20 an die Endkappe 16 gebunden. Die Enden der Nadeln 22 weisen einen Abstand von ca. 0,21 bis 0,29 cm von der Fläche der Anode 20 auf, wobei die gegenüber der Spitze der Anode gelegenen Nadeln einen geringfügig größeren Abstand von dieser aufweisen und zwar aufgrund des konischen Verlaufes der Anode, als die Nadeln, die weiter zurückliegen.

Im Betrieb wird über der Endkappe 16 und der Anode 20 der Röhre 10 ein geeigneter Impulshochspannungsgenerator, wie beispielsweise ein "Spiralgenerator" angeschlossen. Wenn der Generator getriggert wird, so wird von dem Generator eine hohe Spannung in der Größenordnung von 100 Vdt an die Anode 20 abgegeben, um eine entsprechende Potentialdifferenz zwischen der Anode 20 und den Kathoden 11 zu erzeugen. Diese Potentialdifferena bewirkt, daß die von den Kathoden emittierten Elektronen auf die Anode 20 schlagen und Röntgenstrahlen erzeugt werden. Wenn die Elektronen von der Kathode emittiert werden, so verdampft ein kleiner Teil oder Abschnitt dieser Kathoden. Nach einer ausreichend langen Verwendung werden die Kathoden so erodiert, daß die /Röhre nicht mehr

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verwendbare Röntgenstrahlen erzeugt. Wie jedoch bereits festgestellt wurde, ist die betriebliche Lebensdauer dieser F-eldemissions-Röntgenstrahlenröhre mit einer erhöhten Anzahl von Kathoden vermerkenswert größer als ähnliche Felcfenissions- und Rontgenstrahlröhren nach dem Stand der Technik, die weniger Kathoden aufweisen.

Obwohl hier nur ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beschrieben wurde, sind für den Fachmann eine Reihe von Abwandlungen erkennbar und möglich. Es würde beispielsweise eine Röhre mit 12 Nadelbündelkathoden beschrieben, da sich die Experimente und Versuche stark auf diese Ausführungsform konzentriert hatten.
Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen nach der Erfindung mit anderen Anzahl-en von Kathoden, beispielsweise 14, 15, 16
und 20 oder mehr möglich. Darüberhinaus kann man auch Kathoden verwenden, die keine Hadelbündelkathoden sind, um das gleiche
Ziel zu erreichen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten sind für dieEr-findung von Bedeutung.

Claims (3)

1. 7339225

   - 7 Patentansprüche

   ίΐ, Feldemissions-Röntgenstrahlröhre mit Mitteln, die einen evakuierten Kolben formen, einer in den Kolben angeordneten Anode und einer Kathodenanordnung, die gegenüber der Anode entsprechend einem Spalt getrennt ist bzw. einen Abstand aufweist, so daß sie gegenüber der Anode elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung mehr als 8 Kathoden enthält.
2. 2. Röntgenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kathoden aus einem Bündel von ca. 25 Nadeln mit Elektronen emittierenden Spitzen besteht, die nahezu 0,21 bis 0,29cm von der Anode Abstand haben und wobei die Nadeln von jeder einzelnen Kathode einen Abstand von ca. 0,025 cm aufweisen.
3. 3. Röntgenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung wenigstens 12 Kathoden umfasst.

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