DE2350807B2

DE2350807B2 - Röntgenröhre mit einer flüssigkeitsgekühlten Anode

Info

Publication number: DE2350807B2
Application number: DE2350807A
Authority: DE
Inventors: Willem Hildebrand Diemer; Jan Mulder; Gerrit Zwep
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-10-28
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2204883A1; FR2204883B1; DE2350807C3; CA993492A; BE806601A; US3914633A; JPS4980985A; IT996888B; JPS5446277U; NL7214642A; GB1429066A; DE2350807A1; JPS5913742Y2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Solche Röntgenröhren sind u.a. aus der DE-PS 7 18 031 und der US-PS 86 723 bekannt.

Bei der Röntgenröhre nach der US-PS 28 86 723 beispielsweise wird die Kühlfläche durch Wölbungen auf den einen Kühlstromkanal begrenzenden Wänden vergrößert. Dadurch ergibt sich eine größere Turbulenz des Kühlmittels, wodurch das Entstehen von Gasblasen verhindert werden soll.

Zumal bei Röntgenröhren mit einem verhältnismäßig kleinen Brennfleck, dies ist der Querschnitt des Elektronenbündels an der Stelle der Auftrefffläche, tritt verhältnismäßig schnell eine Beschädigung der Anodenauftreffplatte auf. Es hat sich gezeigt, daß diese Beschädigung vorwiegend in einer örtlichen Aufrauhung im Brennfleck und in seiner Nähe besteht. Neben einer Lebensdauerverkürzung der Röhre hat dies weiter zur Folge, daß die Strahlungsausbeute der Röhre ständig abnimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß an der Auftreffplatte auch bei hoher örtlicher Belastung in viel geringerem Ausmaß Beschädigungen auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Röntgenröhre nach dem Oberbegriff durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch das Anbringen der flächenvergrößernden Struktur in der Anodenauftreffplatte ergibt sich eine Röntgenröhre mit einer größeren Strahlungsausbeute und einer längeren Lebensdauer. Hierzu trägt sowohl der bessere Wärmekontakt zwischen der Anodenauftreffpiatte und dem Kühlmittel als auch die größere Kühlfläche, die größere Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels an der Stelle der Kühlfläche als auch der kürzere Wärmeleckweg bei. Durch den verbesserten Wärmeaustausch bei der Kühlfläche kann die Anodenauftreffplatte dünner ausgeführt werden, wodurch sie sich noch weniger erwärmt. Da sich die Anodenauftreffplatte im Brennfleck weniger erwärmt, verursachen die dort auftretenden Tempersturgradienten eine geringere Aufrauhung der Oberfläche.

Da sich die Anodenauf ti effplatte in einer Röntgenröhre nach Anspruch 1 auch an der Kühlflächenseite weniger erwärmt, tritt dort weniger Korrosion auf. Eine möglicherweise doch auftretende Korrosion ist hier um so schädlicher, da sie die Kühlstruktur angreift. Wenn dies auftritt, geht die bessere Kühlung nach einiger Zeit verloren, und die dünne Anodenauftreffplatte wird bald völlig unbrauchbar. Um dies zu verhindern, ist die Kühlseite der Anodenauftreffplatte mit einem korrosionsfesten Material versehen. Auch kann dazu in einem geschlossenen Kühlsystem eine Flüssigkeit mit einer verhältnismäßig geringen Korrosionswirkung auf das Material der Kühlfläche gebraucht werden.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend einige Vorzugsausführungen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Röntgenröhre,

Fig. 2 die Anodenauftreffplatte der Röntgenröhre nach Fig. 1,

F i g. 3 den Anodenaufbau.

Die in Fig. 1 skizzierte Röntgenröhre enthält eine Hülle, die aus einem Glasteil 1 und einem Metallteil 2 besteht, die durch einen Verbindungsring 3 vakuumdicht miteinander verbunden sind. Im Metallteil 2 befinden sich Fenster wie 4 und 5, die in die Tragringe 6 und 7 vakuumdicht eingelassen sind. Das Teil 2 enthält weiter eine Kappe 8, von der eine Anode mit einer Anodenauftreffplatte 10 ein Teil bildet. In der Anode 9 ist eine Kühlbuchse 11 mit einer Zuleitung 12 und einer Ableitung 13 montiert. In der Kühlbuchse 11 befindet sich eine Öffnung 14, um eine Kühlflüssigkeit senkrecht auf die Anodenauftreffplatte zu richten. Eine Verschlußplatte 38 ist mit einer in den Kühlraum hineinragenden Führungsbuchse 39 versehen. Die Kühlbuchse 11 ist vorzugsweise unter Zwischenlegung eines oder mehrere kreisförmiger Ringe 15 um die Führungsbuchse 39 montiert.

Gegenüber der Anodenauftreffplatte 10 befindet sich ein Kathodenkörper 16, in dem eine Elektronenquelle, hier durch eine Heizspirale 17 gebildet, montiert ist. Die Glashülle 1 enthält ein Durchführungsstück 18 mit Durchführungen 19 für die Anschlüsse 20 von nicht gezeichneten Strom- oder Spannungsquellen.

Auf der Rückseite der Anodenauftreffplatte 10 ist eine Kühlstruktur 21 angeordnet, die in Fig.2 vergrößert dargestellt ist. Neben der Anode 9, der Kühlbuchse 11 und der Heizwendel 17 ist in Fig. 2 ein Elektronenbündel 22 und ein Röntgenbündel 23 angegeben. Die Kühlstruktur 21 besteht in dieser

Vorzugsausführung aus gleichseitigen Pyramiden 24, die in die Anodenauftreffplatte eingedrückt sind. Die Erhöhungen 25 bilden dabei auch gleichseitige Pyramiden. Die Auftreffplatte einschließlich der Pyramiden ist z. B. 2 mm dick, und die Pyramiden sind 1 mm tief. Eine Stirnfläche 26 der Kühlbuchse 11 liegt an don Spitzen der Erhöhungen an. Der Druck der Kühlflüssigkeit sorgt in dieser Vorzugsausführung dafür, daß dies während des Betriebs auch immer so bleibt. Anstelle dieser selbstregulierenden Konstruktion kann die Kühlbuchse z. B. auch unter Federwirkung an der Anodenauftreftplatte montiert sein oder damit ein Ganzes bilden. Im letzteren Fall besteht die Kühlstruktur aus einem Kanalsystem, das zwischen einem Kühlteil und einem Auftreffplattenteil liegt. Das Kanalsystem muß seitwärts gerichteten Durchfluß ermöglichen und mit einer Zufuhröffnung für das Kühlmittel in offener Verbindung stehen. Eine Kühlflüssigkeit, die durch die Ausströmöffnung 14 hineingepreßt wird, wird auf diese Weise gezwungen, zwischen den Erhöhungen hindurchzufließen. Hierdurch ist ein guter Wärmekontakf zwischen der Kühlflüssigkeit und der Auftreffplatte gewährleistet. Beim Gebrauch gleichseitiger Pyramiden in der Kühlstruktur wird die kühiende Oberfläche der Kühlfläche bei gleicher Querabmessung der Auftreffplatte gerade um einen Faktor 2 vergrößert. Dies ergibt in erster Annäherung eine zweimal so große Wärmeabgabe an die Kühlflüssigkeit. Da die Kühlflüssigkeit durch die mehr oder weniger im Zickzack laufenden Kanäle zwischen den Pyramiden gepreßt wird, werden dort so etwaige Gasblasen rasch mitgeführt. Durch die größere Durchflußgeschwindigkeit zufolge der engen Durchflußöffnung wird die Kühlflüssigkeit weniger erwärmt und der Wärmeaustausch vergrößert. Die Erhöhungen und somit auch die Aussparungen der Kühlstruktur können auch eine andere Form haben, z. B. die Form von Halbkugeln, Würfeln, Zylindern, Kegeln usw. Die Struktur muß jedoch immer seitwärts gerichteten Durchfluß ermöglichen, da sonst die Kühlbuchse sich nicht an die Struktur montieren läßt und die Strömung der Kühlflüssigkeit sich im wesentlichen auf den dadurch freizulassenden Raum beschränkten wird. In einer weiteren Vorzugsausführung besteht die Kühlstruktur aus einem System von vorzugsweise im Zickzack laufenden Kanälen, die z. B. durch Ätzung in der Anodenauftreffplatte angebracht sind.

Wie bereits bemerkt, hat auch eine geringe Korrosion an der Kühlfläche bald ernsthafte Folgen. Einerseits muß das Kühlmittel durch enge und sich somit leicht verstopfende Kanäle fließen, andererseits können die Spitzen der Erhöhungen nach einiger Zeit durch Korrosion verschwinden, wodurch die Flüssigkeitsströmung sich auf eine dadurch entstandene freie Durchflußöffnung konzentrieren kann. In beiden Fällen ist die gute gleichmäßige Kühlung zunichte gemacht. Um dies zu vermeiden, kann die Röntgenröhre mit einem an sich bekannten geschlossenen Kühlsystem ausgerüstet werden. In diesem System wird die aus der Anode aufgenommene Wärme in einem Wärmeaustauscher abgegeben. In einem derartigen System kann das Kühlmittel frei gewählt werden. Es kann dann z. B. auch mit einem Binärgemisch, wie Wasser mit Alkohol, gearbeitet werden, von denen eine Komponente beim Kühlprozeß einen wechselnden Phasenübergang erfährt.

Die Korrosion der Kühlstruktur wird durch eine geeignete Materialwahl der Anodenauftreffplatte an der Stelle der Kühlfläche reduziert. Ein geeignetes Material dafür neben Kupfer ist Silber, wegen der guten Wärmeleitung und durch der großen Korrosionsbeständigkeit. Die Kühlstruktur kann z. B. durch Aufdampfen oder auf galvanischem Wege mit einer Silberschicht überzogen werden.

Die Anodenauftreffplatte, wie in F i g. 2 angegeben, besitzt vorzugsweise eine verhältnismäßig dünne Auftreffscheibe 30 und eine auch als Träger für die Auftreffscheibe wirksame Kühlscheibe 33. Die Kühlscheibe besteht darin z. B. aus Silber oder Kupfer, während die Auftreffscheibe durch eines der dafür bekannten Metalle, wie Kupfer, Molybdän, Wolfram, Kobalt und ähnliche gebildet wird.

Für eine weitere Vorzugsausführung sind in F i g. 3 eine Kühlscheibe 33, eine Kühlbuchsenöffnung 34 und ein linienförmiger Brennfleck 35 in ihrer gegenseitigen Orientierung angegeben. Derartige Linienfokusröhren werden häufig für Diffraktionsuntersuchungen angewandt. Der linienförmige Brennfleck oder der Linienfokus ist dabei z. B. 0,4 mm breit und 8 mm lang. Die Kühlscheibe ist jetzt so montiert, daß der Linienfokus einen Winkel von ungefähr 45° mit Geraden 36 bildet, auf denen die Pyramiden angeordnet sind. Die Kühlbuchsenöffnung 34 befindet sich dem Linienfokus direkt gegenüber, wodurch das Kühlmittel an der Kühlungsseite an den Linienfokus gespritzt wird. In einer Vorzugsausführung ist die Kühlscheibe mit Gebieten 37 versehen, in denen sich keine Kühlstruktur befindet. Diese geschlossenen Gebiete liegen in der Längsrichtung des Linienfokus, aber befinden sich dort um mindestens einige Male der Breite außerhalb des Linienfokus. Durch die geschlossenen Gebiete 37 wird die Flußrichtung des Kühlmittels mehr quer zur Längsrichtung des Linienfokus gezwungen.

Eine erfindungsgemäße Röntgenröhre kann weiter in einem Röntgenfluoreszenzapparat angewandt werden, der mit einer sogenannten Endfensterröhre ausgerüstet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenröhre, deren Anode (9) auf der vom Elektronenstrahl (22) abgewandten Seite eine mit einer die Oberfläche vergrößernden Struktur versehene, durch ein strömendes Kühlmittel kühlbare Kühlfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr des Kühlmittels in einer Stirnfläche (26) einer Kühlbuchse (11) eine Öffnung (14) vorgesehen ist, und daß die Kühlbuchse (11) in Richtung auf die Kühlfläche (21) verschiebbar angeordnet ist, derart, daß sich der Durchflußweg des Kühlmittels zwischen der Stirnfläche (26) und der Kühlfläche (21) zumindest überwiegend auf die durch die Struktur bedingten Aussparungen (24) beschränkt

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenvergrößernde Struktur durch ein regelmäßiges Muster von sich aneinander anschließenden Pyramiden (24, 25) gebildet wird.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einer Auftreffscheibe (30) eine Dicke von ungefähr 100 μπι aufweist und von einer mit der flächenvergrößernden Struktur versehene aus Silber hergestellte Kühlscheibe (33) getragen wird.

4. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (22) einen linienförmigen Brennfleck (35) bildet, daß eine langgestreckte Ausströmöffnung (34) für das Kühlmittel so angeordnet ist, daß das Kühlmittel auf den vom Linienfokus erhitzten Bereich der Anode auftrifft, und daß die Erhöhungen (25) der Kühlstruktur längs zwei die Längsrichtung des Linienfokus unter einem Winkel von 45° schneidenden Geraden angeordnet sind (F i g. 3).

5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstruktur so ausgebildet ist, daß der Durchflußweg des Kühlmitteis in der Längsrichtung des Linienfokus (36) unterbrochen ist.