DE2358512B2

DE2358512B2 - METHOD OF MANUFACTURING X-RAY TUBE ANODES

Info

Publication number: DE2358512B2
Application number: DE19732358512
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.Rer.Nat. 8520 Erlangen Schubert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1976-10-07
Also published as: DE2358512A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Röntgenröhren-Anoden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche sind bekannt «us der Veröffentlichung »A Spatially-Coded X-Ray Source« von Harrison H. B a r r e t, Khem Garewal und David D. Wilson im Bd. 104 von »Radiology« (1972), Heft 2. Seiten 429 und 430.The invention relates to methods of manufacturing X-ray tube anodes according to the Preamble of claim 1. Such are known from the publication A Spatially-Coded X-Ray Source "by Harrison H. Bar r e t, Khem Garewal and David D. Wilson in vol. 104 of" Radiology " (1972), No. 2. Pages 429 and 430.

Zur Herstellung von Anoden für räumlich codierte Röntgenstrahlenquellen gemäß der genannten l.iteraturstelle Seite 429, linke Spalte, vorletzter Absatz, wird eine Anode aus einem Stoff hoher bzw. niedriger Ordnungszahl mit einer Schicht aus Material niedriger bzw. hoher Ordnungszahl überzogen. Bei einer Unterlage aus einem Material niedriger Ordnungszahl und deren Beschichtung mit einem Material hoher Ordnungszahl wird die dünne Schicht durch Fotoätzen oder maschinelles Abtragen teilweise entfernt, so daß an den zur Erzeugung der gewünschten Form erforderlichen Stellen das Schwermetall in der Oberfläche bleibt. So werden strukturierte Flächen erhalten, etwa solche, die streifenförmige Flächen aufweisen, die z. B. in der Form der sogenannten Fresnel-Zonenplatten angeordnet sind. Diese weisen gemäß rechte Spalte obengenannter Seite 429 Serien aneinandergrenzender konzentrischer Zonen aus Elementen hoher und niedriger Ordnungszahl auf. Zu ihrer Herstellung muß beim Fotoätzverfah- ren zuerst eine fotoempfindliche Anordnung aufgebaut und dann das Foto- und das Ätzverfahren durchgeführt werden. Beim maschinellen Abtragen ist für die Abtragung der dünnen Schicht viel Aufwand erforderlich, weil sie wegen der späteren optischen Anwendung sehr präzise erfolgen muß. Das mechanische Entfernen der Schicht kann aber auch Schwierigkeiten bieten, weil Kanten ausbrechen und ungleichmäßige Konturen entstehen, welche die erwünschte optische Genauigkeit stören.For the production of anodes for spatially coded X-ray sources according to the cited first reference On page 429, left column, penultimate paragraph, an anode made of a material is raised or lowered Atomic number covered with a layer of material of low or high atomic number. With a pad made of a material of low atomic number and their coating with a material of high atomic number the thin layer is partially removed by photo-etching or machine removal, so that the The heavy metal remains in the surface to produce the desired shape. So structured surfaces are obtained, such as those that have strip-shaped surfaces that, for. B. in the form the so-called Fresnel zone plates are arranged. These point according to the right column above Page 429 Series of adjoining concentric zones made up of elements of high and low atomic number. For their production, the photo-etching process Ren first built a photosensitive arrangement and then carried out the photo and etching processes will. With mechanical removal, a lot of effort is required to remove the thin layer, because it must be done very precisely because of the subsequent optical application. The mechanical removal However, the layer can also present difficulties because edges break out and uneven contours arise, which interfere with the desired optical accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung von Anoden für Röntgenröhren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu vereinfachen und zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.The invention is based on the object of a method for producing anodes for X-ray tubes according to To simplify the preamble of claim 1 and improve. This object is achieved according to the invention solved by the measures specified in the characterizing part of claim 1.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auf einfache und sichere Weise einwandfreie, zur Erzeugung räumlich codierter Röntgenstrahlenbündel geeignete, strukturierte Flächen erhalten. Die Nachteile der bekannten Verfahren sind vermieden, indem die Unterlage aus einem Material niedriger Ordnungszahl besteht. Diese Unterlage wird in unbeschichtetem Zustand zunächst mit der erwünschten Struktur entsprechend angeordneten Rillen versehen. Diese mechanische Bearbeitung ist wegen der in der Regel größeren Weichheit dieser Stoffe und der massiver·. Gestal'. der Unterlagen einfacher genau durchführbar als bei den dünnen spröden Schichten aus Elementen hoher Ordnungszahl. Bei Verwendung einer Platte aus Graphit, die etwa 3 bis 15 mm stark ist, sind z. B. 0,5 bis 1 mm tiefe Rillen geeignet, die an den Stellen angebracht werden, an denen die Schwermctallbclegung stehen bleiben soll. Dann werden die Rillen mit dem Bremsmaterial gefüllt, an dem die Röntgenstrahlen entstehen. Dies wird etwa durchgeführt, indem das s.chweratomige Material als Schicht auf die gerillte Fläche aufgebracht wird. Anschließend wird die gerillte und beschichtete Fläche abtragend bearbeitet, bis das Schwermetall auf den Stegen entfernt ist. Die Bearbeitung kann in bekannter Weise etwa durch Schleifen erfolgen. Bei den zweckmäßig 2 μιη bis 10 iim dicken Schichten aus Wolfram, seinen Legierungen usw. ist die flächenhaft abtragende Behandlung im Vergleich zu den bekannten selektiven Bearbeitungen einfach. So wird nach der Erfindung in einfacher Weise und ohne die Gefahr, die Schwermetallschicht an den wichtigen Rändern zu beschädigen, eine Röntgenröhren-Anode erhalten, deren die Röntgenstrahlen abgebende Bereiche eine räumlich codierte Röntgcnstrahlenquelle darstellen.According to the method according to the invention, flawless, to generate in a simple and safe manner Obtained spatially coded X-ray beam suitable structured surfaces. The disadvantages of the Known methods are avoided by making the base of a material of low atomic number consists. In the uncoated state, this underlay is initially given the desired structure appropriately arranged grooves provided. This mechanical processing is because of the rule greater softness of these fabrics and the more massive ·. Gestal '. the documents can be carried out more easily and precisely than with the thin, brittle layers of elements with a high atomic number. When using a plate from Graphite, which is about 3 to 15 mm thick, are z. B. 0.5 to 1 mm deep grooves, which are made at the points where the heavy metal covering should stop. Then the grooves are filled with the braking material, on which the X-rays develop. This is done roughly by applying the heavy atomic material as a layer on top of the grooved Surface is applied. Then the grooved and coated surface is machined until the Heavy metal on the webs is removed. The processing can be done in a known manner, for example Loops are made. With the expedient 2 μm to 10 iim thick layers of tungsten, its alloys, etc. is the surface abrasive treatment in comparison to the well-known selective machining. So according to the invention in a simple manner and without the risk of damaging the heavy metal layer at the important edges, an X-ray tube anode Obtain, the X-ray emitting areas of a spatially coded X-ray source represent.

Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Patentanspruch 3 angegeben.Another solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 3.

Bei dieser Ausbildung des Verfahrens kommt man ohne Abtragung schweratomigen Materials aus, wenn zuerst eine Schwermetallschicht und dann noch eine weitere Schicht eines Materials niedriger Ordnungszahl aufgetragen wird. Dann braucht nur die weitere Schicht teilweise abgetragen zu werden und an den vorher erhabenen Stellen erscheinen die Streifen aus Schwermetall. Wegen der gleichmäßig dicken Belegung mit Schwermetall ist nur die Anwendung als an der Oberfläche abstrahlende Anode möglich, wenn räumlich codierte Strahlung erhalten werden soll. Allerdings ist bei dieser Ausbildung neben dem an der Oberfläche abgestrahlten codierten Röntgenstrahlenbündel in Durchstrahlung ein weitestgehend gleichmäßiges uncodiertes Strahlenbündel erzielbar.In this embodiment of the process, it is possible to manage without removing heavy atomic material if first a heavy metal layer and then another layer of a material with a low atomic number is applied. Then only the further layer needs to be partially removed and to the one before The heavy metal strips appear in raised areas. Because of the evenly thick occupancy with Heavy metal can only be used as an anode radiating on the surface, if spatially coded radiation is to be obtained. However, this training is next to that on the surface emitted coded X-ray bundles in radiation a largely uniform uncoded Beam achievable.

Gegenüber dem bekannten Verfahren besteht nach der Erfindung noch der weitere Vorteil, daß ohne Schwierigkeit auch Graphit als Material niedrigerCompared to the known method, the invention has the further advantage that without Difficulty also lower graphite as a material

Ordnungszahl verwendbar ist In Anwendung der Ätztechnik ist die restlose Entfernung der Ätzflüssigkeit aus dem Graphitmaterial, das immer Poren aufweist, schwierig und langwierig. Außerdem besteht bei maschinellem Bearbeiten, wie FrLien von Graphit, die Gefahr, daß die stehenbleibenden Ringe verletzt werden. Da bei der Erfindung eine solche nachträgliche Bearbeitung nicht mehr zu erfolgen braucht und weil die Auftragung des schweratomigen Materials durch Aufdampfen, durch Pyrolyse, durch Plasmaspritzen usw. ohne störende Flüssigkeiten erfolgen kann, ist auch eine solche schädliche Beeinflussung vermieden. Ordinal number can be used When using etching technology, the complete removal of the etching liquid from the graphite material, which always has pores, is difficult and time-consuming. In addition, with machining, such as freezing of graphite, there is a risk that the rings that remain standing are damaged. Since with the invention such subsequent processing no longer needs to be carried out and because the application of the heavy atomic material can be carried out by vapor deposition, pyrolysis, plasma spraying, etc. without disturbing liquids, such harmful influence is also avoided.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.

In den Fig. la bis Id sind die bei einem ersten Herstellungsverfahren nacheinander auftretenden Zwischenstufen dargestellt, The intermediate stages occurring one after the other in a first manufacturing process are shown in FIGS.

in der F i g. 2 die Verwendung der Zonenplatte nach Fig. Id in einer Röntgenröhre als Durchstrahlanode.g of F i. 2 the use of the zone plate according to FIG. Id in an X-ray tube as a transmission anode.

in der F i g. 2a die Draufsicht auf die in F i g. 2 verwendete Anode von der Kathode her,in FIG. 2a shows the top view of the FIG. 2 anode used from the cathode,

in der Fig.3 die Verwendung einer nach einem ^weiten Verfahren hergestellten Zonenplatte in einer Festanoden-Röntgenröhre,in Fig.3 the use of one after one ^ zone plate produced in a wide process Fixed anode x-ray tube,

in der F i g. 3a ein Ausschnitt aus der Anode der Röntgenröhre nach F i g. 3,in FIG. 3a shows a section from the anode of the X-ray tube according to FIG. 3,

in der F i g, 4 eine Drehanoden-Röntgenröhre undFIG. 4 shows a rotating anode X-ray tube and

in der F i g. 4a ein Ausschnitt aus der Brennfleckbahn der Anode von F i g. 4.in FIG. 4a shows a section of the focal point path of the anode from FIG. 4th

In der Fig. la ist mit 1 die 10 mm starke Platte aus Graphit bezeichnet. Sie ist kreisrund und hat einen Durchmesser von 50 mm. Zuerst wird sie, wie aus F>g. Ib ersichtlich, mit Rillen 2 versehen, die in der aus F i g. 2a ersichtlichen Weise auf der Platte 1 verteilt und 0.7 mm lief sind. Im nächsten Schritt wird die Platte 1 gemäß F i g. Ic an der mit den Rillen 2 versehenen Seite mit der Schicht 3 belegt, die aus Wolfram besteht und 5 μΐη stark ist. Diese Schicht wird durch Bedampfen im Hochvakuum aufgetragen. Zur Fertigstellung der Platte wird dann die Oberfläche so lange geschliffen, bis die Schicht 3 an den erhabenen Stellen entfernt »st. Dann erhält man nebeneinanderliegende Streifen 4 aus dem aufgedampften Material und Streifen 5 eius dem Material der Platte 1. Diese Platte t kann dann in eine Röhre pemäß F i g. 2 eingesetzt werden, indem sie einen Zwischenboden des zylindrischen Vakuumkolbens 6 dar.iellt. an dessen dem Boden gegenüberliegender Seite durch ein Isolierstück 7 die Zuleitungen 8 und 9 zur Glühkathode 10 eingeführt sind. Diese wird dann mittels der Heizspannungsquelle 11 betrieben und gegenüber der Platte 1 mittels der Hochspannungsquelle 12 über die Erdungen 13 und 14 auf die zur Röntgenstrahlenerzeugung erforderliche Hochspannung gebracht. Sodann treten, wie durch die Pfeile 15 angedeutet, aus der Glühkathode 10 Elektroden aus und beaufschlagen die mit den Schwermetallstreifen 4 versehene Oberfläche der Platte 1. An den Streifen 4 werden Röntgenstrahlen erzeugt, welche die Röhre durch die Platte 1 hindurch entsprechend den Pfeiien 16 verlassen. Die an den Streifen 5 entstehenden Röntgen- υο strahlen werden schon im Material der Platte 1 absorbiert bzw. können mittels einer Filterschicht aus dem Nutzstrahlenbündel entfernt werden. Wegen der Anordnung der Schwermetallslreifen 4 in der Form, die einer exzentrischen Zonenplatte entspricht, haben die Strahlen 15 räumlich codierte Verteilung.In Fig. La is with 1, the 10 mm thick plate Called graphite. It is circular and has a diameter of 50 mm. At first she'll like out F> g. Ib can be seen, provided with grooves 2 in the from F i g. 2a as can be seen distributed on the plate 1 and ran 0.7 mm. In the next step, plate 1 according to FIG. Ic on the side provided with the grooves 2 covered with layer 3, which consists of tungsten and is 5 μm thick. This layer is produced by vapor deposition Applied high vacuum. To complete the plate, the surface is then sanded until the Layer 3 removed from the raised areas. Then you get adjacent strips 4 from the vapor-deposited material and strips 5 eius the material of the plate 1. This plate t can then in a Tube according to FIG. 2 can be used by placing an intermediate base of the cylindrical vacuum flask 6 represents. the supply lines 8 and 9 through an insulating piece 7 on the side opposite the bottom to the hot cathode 10 are introduced. This is then operated by means of the heating voltage source 11 and opposite the plate 1 by means of the high voltage source 12 via the grounds 13 and 14 to the for X-ray generation brought the required high voltage. Then step as indicated by arrows 15 indicated, from the hot cathode 10 electrodes and act on the with the heavy metal strips 4 provided surface of the plate 1. X-rays are generated at the strips 4, which the tube leave through the plate 1 according to the arrows 16. The X-ray resulting from the strips 5 υο rays are already absorbed in the material of the plate 1 or can emit by means of a filter layer removed from the useful beam. Because of the arrangement of the heavy metal tires 4 in the form that corresponds to an eccentric zone plate, the rays 15 have a spatially coded distribution.

Eine äquivalente Ausbildung ist bei einer Festanoden-Röntuenröhre erhaltbar, wie sie in der F i g. 3 dargestellt ist Diese Röhre besteht aus dem Vakuumkolben 17, der an einer Seite mit dem isolierenden Keramikteil 18 und dem Verschluß 19 versehen ist, der an seiner dem Inneren der Röhre zugewandten Seite die Anode 20 trägt Diese ist an ihrer Oberfläche mit Leichtmetallstreifen 21 und den Schwermetallstreifen 22 versehen. die wie diejenigen angeordnet sind, die in der F i g. 1 mit 4 bezeichnet sind. Der Unteischied besteht aber gegenüber F i g. 1 neben der Ausbildung als an der Oberfläche abstrahlende Festanode darin, daß die Rillen bei dieser Platte in der Form der Zwischenräume zwischen den Zonenringen 4 abgelegt sind. Die Streifen 22 sind dabei die an der Oberfläche liegenden Teile der aus Molybdän bestehenden und 15 μπι dicken Schicht 22a. Die 50 μίτι dicken Streifen 21 aus Aluminiumoxid sind dadurch erhalten, daß die Schwermetallschicht 22u 50 μπι dick mit Aluminiumoxid belegt und dann die Schicht an den erhabenen Stellen wieder abgetragen ist. An der dem Keramikteil 18 gegenüberliegenden Seite ist das den Vakuumkolben 17 darstellende Metallrohr durch den Decksl 23 verschlossen, der aus Metall besteht und an seinem Rand mit dem Kolben 17 vakuumdicht verschweißt ist. Gegenüber der Anode 20 ist die Kathodenanordnung 24 an dem Deckel 23 befestigt. Sie umfaßt die Fokussicrungshülsc 25 sowie die eigentliche Glühkathode 26. die mittels der durch die isolierenden Durchführungen 27 und 28 in den Vakuumkolben 17 geführten Leitungen mit der Heizspannung der Quelle 29 versorgt w ird und über die Erdungen 30 und 31 von der Hoehspannungsquelle 32 aus mit der zur Erzeugung der Röntgenstrahlen erforderlichen Hochspannung. Die an der Oberfläche der Anode 20 entsprechend dem gestrichelt angedeuteten Bündel 33 austretenden Strahlen weisen die entsprechend der Zonenplatte gestaltete räumliche Codierung auf. Wie bei der Röhre nach F i g. 2 kann das Bündel 33 zur Herstellung von räumlich trennbaren Bilddaten benutzt werden, aus denen später mit den aus der Holographie bekannten Methoden Röntgenbilder hoher Zeichenschärfe erhalten werden können.An equivalent design can be obtained with a fixed-anode x-ray tube, as shown in FIG. 3 is shown This tube consists of the vacuum piston 17, which is provided on one side with the insulating ceramic part 18 and the closure 19, which carries the anode 20 on its side facing the interior of the tube Heavy metal strips 22 are provided. which are arranged like those shown in FIG. 1 are denoted by 4. The difference, however, is compared to FIG. 1 in addition to the design as a fixed anode radiating from the surface in that the grooves in this plate are stored in the form of the spaces between the zone rings 4. The strips 22 are the parts lying on the surface of the 15 μm thick layer 22a made of molybdenum. The 50 μm thick strips 21 made of aluminum oxide are obtained in that the heavy metal layer 22u is 50 μm thick with aluminum oxide and then the layer is removed again at the raised points. On the side opposite the ceramic part 18, the metal tube representing the vacuum piston 17 is closed by the cover 23, which consists of metal and is welded to the piston 17 at its edge in a vacuum-tight manner. The cathode arrangement 24 is fastened to the cover 23 opposite the anode 20. It comprises the focussing sleeve 25 and the actual hot cathode 26. which is supplied with the heating voltage of the source 29 by means of the lines passed through the insulating bushings 27 and 28 in the vacuum bulb 17 and via the earths 30 and 31 from the high voltage source 32 with the high voltage required to generate the X-rays. The rays emerging on the surface of the anode 20 in accordance with the bundle 33 indicated by dashed lines have the spatial coding configured in accordance with the zone plate. As with the tube according to FIG. 2, the bundle 33 can be used to produce spatially separable image data from which x-ray images of high definition can be obtained later using methods known from holography.

In der F i g. 4 ist schematisch eine Drehanoden-Röntgenröhre 34 gezeichnet, in deren Vakuumkolben 35 einander gegenüberliegend die Anodenanordnung 36 und die Kathodenanordnung 37 angebracht sind. Die Anode 38, die in bekannter Weise als Drehanode ausgebildet ist, die über den Rotor 39 und den Stator 40 angetrieben wird, stellt eine Zonenplatte dar. Eine Strahlung entsprechend der Röhre nach F i g. 2 und 3 wird von dem Brennfleck 41 erhalten, wenn die Glühkathode 37 mit der Gleiohspannungsquelle 42 geheizt und von der Hoehspannungsquelle 43 aus mit Hochspannung versorgt wird, die über die Anschlüsse 44 und 45 dem Netz entnommen wird. Der eigentliche Anschluß der Hochspannung erfolgt über die Leitung 46 sowie die beiden Erdungen 47 und 43. Mit der Leitung 49 wird die entsprechende Drehspannung dem Stator 40 zugeführt, so daß der Rotor 39 und damit die Anode 38 in Drehung versetzt werden. In der Fig.4a ist die Anordnung der Streifen 50, die aus Wolframlegierung mit (5%) Rhenium bestehen und 0,5 mm breit in einem Abstand von 0,5 mm voneinander in einer Stärke von 10 μηι auf der Anode 38 angebracht sind, deren Durchmesser 100 mm beträgt, dargestellt. Die Platte, aus welcher die Anode 38 besteht, ist 10 mm stark und weist äußerlich die in der F i g. 4 mit der Ziffer 38 bezeichnete Form eines Hohlkegelstumpfes auf. Der Winkel zwischen der Senkrechten auf der Drehachse und dem Kegelmantel beträgt 17,5°. Auch bei dieserIn FIG. 4, a rotating anode x-ray tube 34 is shown schematically, in its vacuum flask 35 the anode arrangement 36 and the cathode arrangement 37 are mounted opposite one another. the Anode 38, which is designed in a known manner as a rotating anode, which extends over the rotor 39 and the stator 40 is driven, represents a zone plate. A radiation corresponding to the tube according to FIG. 2 and 3 is obtained from the focal point 41 when the hot cathode 37 is connected to the DC voltage source 42 heated and supplied with high voltage from the high voltage source 43, which is supplied via the connections 44 and 45 is taken from the network. The actual connection of the high voltage takes place via line 46 as well as the two groundings 47 and 43. With the line 49, the corresponding three-phase voltage is applied to the stator 40 supplied so that the rotor 39 and thus the anode 38 are set in rotation. In Fig.4a is the Arrangement of the strips 50, which consist of tungsten alloy with (5%) rhenium and 0.5 mm wide in one Distance of 0.5 mm from each other in a thickness of 10 μηι are attached to the anode 38, the Diameter is 100 mm, shown. The plate from which the anode 38 is made is 10 mm thick and externally shows the in FIG. 4 denoted by the number 38 shape of a hollow truncated cone. Of the The angle between the vertical on the axis of rotation and the surface of the cone is 17.5 °. Even with this one

^node 38 wird, wie bei den Anoden in den F i g. 2 und 3, :ine räumlich codierte Röntgenstrahlung erhalten. Der Brennfleck 41 ist dabei in den F i g. 2a. 4 und 4a durch die gestrichelte Linie 51 angedeutet und hat eine Kantenlänge 20 mm · 20 mm.^ node 38 is, as in the case of the anodes in FIGS. 2 and 3, : Obtain a spatially encoded X-ray. The focal point 41 is shown in FIGS. 2a. 4 and 4a through the indicated by dashed line 51 and has an edge length of 20 mm x 20 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of X-ray tube anodes with adjacent strips Radiating surfaces made up of a metal layer applied to a body with a low atomic number high atomic number exist, with an erosion of the lying between the strips Materials is made, thereby ge ίο indicates that the uncoated body is first provided with grooves that then the Metal layer of high atomic number is applied and that finally from the surface the Coating outside the grooves is removed again.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the body is made of graphite.

3. Process for the production of X-ray tube anodes with adjacent strips Radiating surfaces made up of a metal layer applied to a body with a low atomic number high atomic number exist, with an erosion of the lying between the strips Materials is made, characterized in that the uncoated body first with Grooves is provided that the metal layer of high atomic number is applied thereon that the Metal layer of high atomic number with another layer of material of low atomic number is occupied and that finally from the surface the further coating outside the grooves is removed again.