DE2348467A1 - Roentgenroehren-drehanode - Google Patents

Description

Röntgenröhren-Drehanode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-rDrehanode, die aus mehreren Schichten besteht, deren thermische Eigenschaften einander angepaßt sind.

Die Drehanoden für Röntgenröhren haben "gewöhnlich die Form eines Tellers, an dessen abgeschrägtem Rand die Elektronenaufprallflache liegt. Diese bekanntlich als Brennfleckbahn bezeichnete ringförmige Fläche wird bei der Beaufschlagung mit Elektronen sehr heiß. Man hat die Anodenteller deshalb aus schwerschmelzbaren Materialien, etwa aus Wolfram, hergestellt. Wolfram weist aber die für Röntgenröhrenanoden ungünstige Eigenschaft auf, daß es bei starker thermischer Beanspruchung Risse bekommt, in welchen ein Teil der erzeugten Röntgenstrahlen zurückgehalten wirdο Man hat deshalb die Brennfleckbahn von Drehanoden auch mit Materialien belegt, deren Duktilität bei hoher thermischer Festigkeit besser ist als diejenige des Wolframs-. Außerdem hat man den eigentlichen Anodenkörper. etwa aus Molybdän gemacht, weil dieses günstigeres Wärmeleit- und Speichervermögen auf weist. In einer weiteren bekannten Ausbildung wird vorgeschlagen, -iicb

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als Hinterbettung der Brennfleckbahn zu benu ...;■., weil es günstige thermische Eigenschaften aufweist. Es kann kalt verfornrc werden und hat sehr hohe spezifische Wärme. Daraus ergibt sich hohes Wärmespeichervermögen. Dabei hat es sich als notwendig erwiesen, zwischen dem Wolfram und dem Niob einen Bauteil aus

: Molybdän anzuordnen, der die Verbindungsschwierigkeiten zwi-■ sehen Wolfram und Niob beseitigt.

'■■ Bei den bekannten mehrschichtigen Drehanoden ist man darauf bedacht, an der Oberfläche der Brennfleckbahn gute Kaltduktilität zu haben und darunter gute Wärmeleit- und Speicherfähigkeit. Dabei bleibt unberücksichtigt, daß die Abbremsung der Elektronen die Oberfläche nicht nur stark erhitzt, sondern daß sie auch starke Ausdehnung ergibt, die von derjenigen des Materials abweicht, aus dem die Unterlage der Belegung der Brennfleckbahn besteht. Molybdän und Niob werden wegen der sonst günstigen Eigenschaften als Unterlage von BrennfleckbeSchichtungen benutzt, Sie haben aber relativ geringe Warmfestigkeit, so daß thermische Spannungen plastische Verformungen ergeben können. Daher weisen langer benutzte und stark belastete Drehanoden, deren tragende Unterlage aus Molybdän besteht, Verbiegungen auf, die auf der einseitigen Erhitzung an der Brennfleckbahn beruhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Röntgenröhren-Drehanoden anzugeben, die auch nach starker und langer Belastung noch keine schädlichen Verbiegungen aufweisen.

Erfindungsgemäß ist die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Belegung der Brennfleckbahn und eine an der Anode dieser gegenüberliegende Schicht größenordnungsmäßig 0,3 bis einige mm stark sind und wenigstens angenähert gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie angenähert gleiche Festigkeit aufweisen.

Durch diese Lösung wird es möglich, der Forderung nach-

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zukommen, an der Brennfleckbahn ein gut duktiles Material anzubringen und dieses Material auf einer Unterlage anzubringen, die bei ausreichender Wärmeleitfähigkeit gutes Wärmespeicherund Abstrahlvermögen hat. Die letzte Schicht kann aus dem gleichen Material wie die Belegung, der Brennfleckbahn, dii. die erste Schicht, bestehen. Sie sollte in ihrer Dimensionierung so ausgelegt werden, daß ein Ausgleich der in der Brennfleckbahn auftetenden thermischen Beanspruchung erhalten wird, d.h. die Dicke der Belegung, ist der Beschichtung der Brennfleckbahn in ihrer Festigkeit anzugleichen. So kann sie hinreichende Gegenkraft entwickeln. Dies betrifft insbesondere die Wärmefestigkeit, weil die erfindungsgemäß auszugleichende Beanspruchung bei der Erhitzung der Anode eintritt. Bei Verwendung einer einige Prozent Rhenium im Wolfram enthaltenden, ca. 0,5 bis 2 mm starken und 30 mm breiten ringförmigen Belegung der Brennfleckbahn auf einer Unterlage aus Molybdän oder Molybdänlegierung, die 3 bis 8 mm stark ist, kann z.B. mittels einer 0,5 bis 2 mm starken Belegung des Trägers mit einer Wolframlegierung bzw. mit Wolfram die Festigkeit so gesteigert werden, daß die Anode auch bei langem und intensivem Gebrauch der Röntgenröhre ihre ursprüngliche Gestalt beibehält. Die geringfügigen thermischen Unterschiede, die bei Verwendung einer etwa einige Prozent Rhenium enthaltenden Wolframlegierung in der Brennfleckbahn und einer reinen Beschichtung mit Wolfram in der gegenüberliegenden Außenschicht auftreten, fallen dabei nicht wesentlich ins Gewicht. Das Wichtige bei der Erfindung ist somit eine Sandwich-Bauwej.se, bei der die Wirkungen der Aus dehnungseigenschaften der beiden Außenschichten auf dem zwischen ihnen liegenden Teil der Anode einander neutralisieren. In Gegensatz zu dieser Kompensation waren die bekannten Schichtungen nur so ausgelegt, daß zwischen den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der aufeinanderfolgenden Materialien durch eine Zwischenschicht ein Übergang geschaffen wird.

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Nachfolgend werden weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand der in den.Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

In der Fig. 1 ist in perspektivischer Zeichnung das Schaubild einer Drehanoden-Röntgenröhre dargestellt, deren Drehanode zur Vereinfachung der Darstellung aufgebrochen gezeichnet ist und

in der Fig. 2 der Querschnitt durch eine anders ausgestaltete, von der Röhre getrennte Drehanode.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Drehanoden-Röntgenröhre 1 befinden sich im Vakuumkolben 2 an einander gegenüberliegenden Enden die Kathodenkombination -3 und die Anodenkombination 4. Die Kathodenkombination 3 ist dabei mittels des Stutzens 5 an einem entsprechenden Ansatz des Kolbens 2 befestigt und haltert den Ansatz 6, in welchem die Elektronenquelle untergebracht ist. Die Anodenkombination umfaßt im wesentlichen den durch einen nicht dargestellten außen an den Kolben 2 anzubringenden Stator antreibbaren Rotor 7, an welchem über die Achse 8 die Anode 9 angebracht ist. Sie wird an der Achse 8 mittels der Schraubenmutter 10 dadurch festgehalten, daß sie gegen den Ansatz 11 gedrückt wird. Zur Erzeugung der Röntgenstrahlen werden dann auf eine der Brennfleckbahnen 12 oder 13 bzw. auf beide gleichzeitig Elektronen von der Glühkathode 14 dadurch beschleunigt, daß zwischen einer der Leitungen 15, 16 oder 17 und dem Anschlußstutzen 18 eine Hochspannung angelegt wird. Dabei wird, je nachdem, ob die Elektronen die Brennfleckbahn 12 oder 13 beaufschlagen sollen, in bekannter Weise zwischen der Leitung 16 und 15 bzw. 17 noch eine Heizspannung für die Glühkathode 6 angelegt,. I κ Sinne der Erfindung ist die Anode 9 doboi aus einer Schicht υ'^:

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aufgebaut, die an der Brennfleckbahn eine 1 mm starke und 30 mm breite ringförmige Schichtung aus 5 % Rhenium enthaltendem Wolfram aufweist. Diese ruht auf einer unter der Belegung 19 noch 4 mm starken Platte 20 aus Molybdän und diese ist an der den Brennfleckbahnen 12, 13 gegenüberliegenden Seite mit der Schicht 21 belegt, die aus Wolfram besteht und 1 bis 2 mm stark ist. Dadurch, daß der tellerförmige Körper der Anode 9 an seinen beiden freien Oberflächen Jeweils eine Schicht trägt, die im wesentlichen aus Wolfram besteht, ergibt sich bei der Erhitzung der Schicht 19 eine Spannung.an der der Kathodenkombination 3 zugewandten Seite der Anode 9. Sie ist aber nur von sehr kurzer Dauer, denn sehr schnell erhitzt sich der Körper der Anode 9 durch, so daß neben dem Körper 20 auch die Schicht 21 heiß wird. Dabei bewirken die Schichten 19 und 21 eine Beanspruchung des Körpers 20 im gleichen Sinne, so daß sich die Wirkungen im Körper 20 aufheben. Die Anode 9 kann sich daher nicht verziehen.

Bei der Ausbildung einer Drehanode nach Fig. 2 besteht der Anodenkörper 22, der im Querschnitt dargestellt ist, aus den Schichten 23, 24 und 25. Dabei erstrecken sich alle diese Schichten über die ganze Ausdehnung der Anode. Die Schicht ist 1 mm stark und besteht aus Wolfram, dem 5 % Rhenium zulegiert sind. Sie ruht auf der Platte 24, die den eigentlichen Träger darstellt und die 5 mm stark ist. Sie besteht aus einer Legierung von Molybdän mit 5 % Rhenium. Die dritte Schicht besteht aus, wie die Schicht 23, einer 5 % Rhenium enthaltenden Wolframlegierung und ist 0,5 mm stark. Die Wirkung dieser Schichtung entspricht derjenigen der Anode in Fig. 1, auch wenn der geringe, nur 5 % ausmachende Rheniumzusatz zum Wolfram fehlt. Der wesentliche Unterschied besteht nur darin, daß die Oberflächenschicht an der Seite, .an welcher die Brennfleckbahn liegt, die Anodenplatte ganz abdeckt. Dies kann für die Herstellung des Tellers von Vorteil sein.

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Mit an sich bekannten, alle Flächen von Drehanoden bedeckenden dünnen Schichten, die bis zu ca. 10/um dick sind, kann die erfindungsgemäße Aufgabe nicht gelöst werden. Die sehr dünnen Schichten haben zu geringe Festigkeit. Erst bei Schichten, die etwa 0,3 bis einige· mm stark sind, v/erden an dem zwischen ihnen liegenden, zur Erzielung ausreichender Stabilität des Aufbaus von ca. einige mm bis 15 oder 20 mm starken Teil der Anode die einander aufhebenden Bimetalleffekte wirksam. Die obengenannten dünnen, etwa schwarzen etc. Beschichtungen können aber auch bei dem erfindungsgemäßen Aufbau noch zusätzlich angebracht werden, um z.B. die Abstrahlung der Wärme zu verbessern.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   1 .) Röntgenröhren-Drehanode, die aus mehreren schwerschinelzbaren Schichten besteht, von denen eine mindestens die Brennfleckbahn belegt und deren thermische Eigenschaften einander angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Belegung der Brennfleckbahn und eine an der Anode dieser gegenüberliegende Schicht größenordnungsmäßig 0,3 "bis einige mm stark sind und wenigstens angenähert gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie angenähert gleiche Festigkeit aufweisen.
2. 2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belegung der Brennfleckbahn und die ihr gegenüberliegende Schicht aus Wolfram bzw. seinen für Röntgenröhren-Drehanoden geeigneten Legierungen bestehen.
3. 3. Drehanode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die der Belegung der Brennfleckbahn gegenüberliegende Schicht aus einer warmfesten Wolframlegierung besteht.
4. 4. Drehanode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus drei Schichten besteht und mindestens die mittlere Schicht wenigstens zum überwiegenden Teil aus Molybdän besteht.
5. 5. Drehanode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicken der einander gegenüberliegenden Schichten zu derjenigen des zwischen ihnen liegenden Teils der Anode größenordnungsmäßig wie 0,5 bis 2 : 3 bis 8 verhalten .

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