DE2363999A1 - Roentgenroehrenanordnung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-PHIL. G. NICK' L ■ DH-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 1O4'

TEL. (08 11) SS 57 19

München, den 18. Dezember 1973 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 68

Inc .
The Machlett Laboratories/ Stamford, Connecticut, Vereinigte

Staaten von Amerika

Röntgenröhrenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhrenanordnung mit einem Röhrenkolben und einem in diesem drehbar angebrachten Anodenaufbau.

Auf dem Röntgengebiet sind neue Techniken üblich geworden, aufgrund derer ein Röntgenstrahlgenerator bzw. eine Röntgenröhre bei höheren Leistungspegeln betrieben werden muß. Früher war lediglich ein Drehen eines Röntgenstrahlen erzeugenden Brennfleckträgers notwendig, um fortwährend kühlere Bereiche einem auftreffenden Elektronenstrahl auszusetzen. Es wurde.jedoch festgestellt, daß nunmehr besondere bzw. verfeinerte Maßnahmen zur Wärmeabfuhr vom Brennfleckträger vorgesehen werden müssen.

Der Wärmeabbau wurde in einigen Fällen durch Vergrößerung der Anodendrehzahl und durch geschickte Auswahl des Materials des Brennfleckträgers verbessert. Beispielsweise wurde oft Molybdän als Ersatz für das üblicherweise verwendete Wolfram benutzt, da es eine bessere Wärmespeicherkapazität sowie ein geringeres Ge-

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wicht aufweist, das höhere Drehzahlen zuläßt. Um Jedoch die gewünschte Wirksamkeit der Röntgenstrahlerzeugung zu erzielen, wurde es notwendig, die Brennfleckbahn (focal track) mit einer dünnen Schicht aus Wolfram oder Wolfram—Rhenium-Legierung zu beschichten. Hierdurch ergaben sich Probleme aufgrund der Verformung oder Abtrennung der Beschichtung vom Brennfleckträger.

Eine spätere Verbesserung der Brenntleckträgerkonstruktionen sieht vor, daß ein mehrteiliger Brennfleckträgeraufbau einen ringförmigen Brennfleckbahn-Ring aus hitzebeständigem Material wie Wolfram aufweist, der sandwichartig zwischen Scheiben oder Gliedern aus leichterem Material mit höherer WärmeSpeicherkapazität als der Ring eingebettet ist. Bei diesem Aufbau wird die in dem Ring entstehende Wärme schnell auf die Scheiben übertragen, welche die Kapazität zum Speichern der Wärme über längere Zeit während einer Reihe von Bestrahlungszyklen aufweisen, ohne Schaden zu nehmen. Während und nach den Bestrahlungszyklen wird die Wärme durch Strahlung abgebaut. Dadurch konnten die den genannten Brennfleckträgeraufbau enthaltenden Röntgenstrahlröhren über längere Zeiten und mit größeren Leistungspegeln als zuvor betrieben werden.

Bei einem solchen Brennfleckträgeraufbau soll der Wärmeübergang vom Ring zu den Scheiben über das Wärmeleitvermögen erfolgen. Bei hohen Leistungspegeln mit der Erzeugung extrem hoher Temperaturen begründen ein unsymmetrischer Wärmeeingang und Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten teilweise eine Deformation der Abmessungen der Teile. Beispielsweise verwindet sich manchmal der Ring ein wenig, wodurch sich kleine Spalte zwischen den Teilen und daher eine Verschlechterung der Wärmeleitung zwischen den Teilen ergeben. Während dann der Wärmeübergang durch diese Spalte durch Strahlung erfolgt, wird der gesamte Wärmeübergang reduziert. In einigen Fällen eines Auftretens von Abständen zwischen den Teilen wirkt das Scheibenmaterial tatsächlich eher wie ein Wärmeschild und nicht so sehr als Wärmesenke. Daher ist es notwendig, daß der Ring und die Scheiben in guter Wärmeleitverbindung gehalten werden.

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Die beste Möglichkeit zur Herstellung eines Kontaktes zwischen den zwei Materialien stellt eine Lötung dar. Wegen der Hochtemperatur-Beanspruchungen bricht die gelötete Verbindung jedoch leicht auseinander. Wenn eine mechanische Befestigung benutzt wird, besteht oft keine Berührung zwischen den Kontaktflächen, und zwar aus den oben erörterten Gründen.

Einige dieser Schwierigkeiten wurden durch einen Aufbau ausgeräumt, der an anderer Stelle vorgeschlagen wurde. Hierbei weist die Anode einen Brennfleckträgerring aus hitzebeständige· Material auf, wobei am Innenumfang des Brenntleckträgerrings ein Wärmesenkenmaterial angeordnet und in einer solchen Weise gehalten wird, daß es während des Betriebes der Röhre dazu neigt, den Brennfleckring entweder aufgrund des Einflusses einer Zentrifugalkraft oder durch Wärmeausdehnung enger zu berühren. Hierdurch kann die in dem Brennfleckträgerring erzeugte Wärme wirkungsvoller durch Wärmeleitung in die Wärmesenke übertragen werden, von der die Wärme gelegentlich durch Abstrahlung entfernt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Röntgenröhrenanordnung der genannten Art, bei der unter Vermeidung der Nachteile bekannter Vorrichtungen ein wirkungsvoller Röhrenbetrieb mit hoher Leistung erzielbar ist.

Die Erfindung geht von einer Röntgenröhrenanordnung mit einem Röhrenkolben und einem in diesem drehbaren Anodenaufbau aus und die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anodenaufbau eine sich axial erstreckende Welle und einen darauf befestigten Brennfleckträgeraufbau.aufweist, der mit der Welle drehbar ist und der eine zylindrische oder kappenartige Brennfleckträgeranordnung enthält, daß sich eine Vorrichtung zur Elektronenstrahlbildung in einer Position befindet, in der sie einen Elektronenstrahl auf eine im wesentlichen radial nach einwärts weisende Oberfläche der Brennfleckträgeranordnung richtet, und daß eine Einrichtung zum Zuführen elektrischer Potentiale zum Anodenaufbau und zur genannten Vorrichtung vorgesehen ist,

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wodurch die Elektronen von der Forriehtung auf die innere Oberfläche der Brennfleckträgeranordnung auftreffen und zur Röntgenemission aus dieser Oberfläche führen.

Nach der Erfindung «reist die Anode also einen zylindrischen oder kappenartigen Brennfleckträger aus als Wärmesenke wirkendem Material auf, welcher auf seinem Innenumfang eine hitzebeständige, Röntgenstrahlen erzeugende Brennfleckbahn enthält. Dieses Teil wird in einer solchen Weise gehalten, daß es während des Betriebes der Röhre zu einer engeren Berührung mit dem als Wärmesenke wirksamen Bauteil neigt, und zwar entweder durch den Einfluß der Zentrifugalkraft oder der Wärmeausdehnung. Hierdurch kann die in der Brennfleckbahn erzeugte Wärme wirkungsvoll in die Wärmesenke geleitet werden, die eine Speicherung von großen Wärmemengen vornehmen kann, und zwar ohne Zerstörungsgefahr bei relativ langer Bestrahlungsdauer. Während und nach den Arbeitsspielen wird die Wärme von der Wärmesenke durch Abstrahlung entfernt.

Der Brennfleekträger bzw. die Brennfleckbahnt ist ein Ring aus Wolfram, Rhenium-Wolfram, Molybdän oder ifiob oder dergleichen mit einer Röntgenstrahlen erzeugenden Oberfläche, welche zur Bildung des Brennflecks unter dem Fußpunkt des Elektronenstrahls umläuft. Das Wärmesenkenbauteil kann von geeigneten Gliedern gestützt werden, beispielsweise von einer Scheibe oder einem am Anodenarm oder an der Welle befestigten Konus. Die auf dem Wärmesenkenbauteil liegende Brennfleckbabn kann eine ringförmige Anordnung aus Gliedern aus Wolfram oder ähnlichem sein, die am Innenumfang des Warmesenkenbauteils eng aneinander angrenzend auf oder tatsächlich im Wärmesenkenbauteil angeordnet sind.

Das Warmesenkenbauteil, das eine größere Wärmekapazität als das Brennfleckbahnmaterial aufweist, kann weitgehend kappenartig ausgebildet sein, wobei die Brennfleckbahn an den geneigten Seitenwandungen der Kappe angeordnet ist. Das Wärmesenkenbauteil kann jedoch auch weitgehend zylindrisch sein. In jedem Fall gelangt die entstehende Röntgenstrahlung durch ein Ende des Röhrenkolbens

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nach außen, statt wie bei herkömmlichen Röhren durch die Seite auszutreten.

Die auf die hitzebeständige Brennfleckbahn wirkende Zentrifugalkraft drängt diese nach außen, wodurch eine enge körperliche Berührung der Brennfleckbahn mit dem Wärmesenkenbauteil sichergestellt wird. Dadurch kann die Wärme wirkungsvoll durch Leitung von der Brennfleckbahn zum Wärmesenkenbauteil übertragen werden.

Beispiele für zu diesem Zweck geeignete, als Wärmesenke verwendbare Materialien sind Beryllium, Molybdän, Graphit, Borkarbid und pyrolytisches Graphit, wobei diese Stoffe mit einem Brennfleckbahnmaterial aus Wolfram oder Molybdän zusammenarbeiten können. Bei der Herstellung einer Drehanodenanordnung dieser Art ist es wichtig, daß das Wärmesenkenbauteil und die Brennfleckbahn anfänglich bereits in ziemlich gutem Kontakt miteinander stehen, so daß eine ausreichende Wärme in das Wärmesenkenmaterial eintritt, um dessen Ausdehnung bis zu einem wirkungsvollen Wärmeleitungskontakt mit dem Brennfleck zu begründen. Das Wärmeleitvermögen von der Brennfleckbahn zum Wärmesenkenbauteil soll Wärmestauungen in der Brennfleckbahn wirkungsvoll verhindern, da hierdurch eine Verformung des Brenntleckbahnmaterials begründet würde. Dementsprechend ist zumindest ein Teil der Brennfleckbahn vorzugsweise in der Oberfläche des Wärmesenkenbauteils eingebettet.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung einiger AusfUhrungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Figur 1 eine schematische Frontansicht einer Röntgenröhrenanordnung ,

Figur 2 eine Seitenansicht ähnlich derjenigen von Figur 1,

Figur 3 einen vergrößerten Axialschnitt etwa durch das Zentrum der Anordnung aus Figur 2,

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Figur *t eine graphische Darstellung der Zugfestigkeit bestimmter Hochtemperaturmaterialien, die als Brenn!leckbahnmaterial und als Wärmesenke verwendbar sind,

Figur 5 eine graphische Darstellung der relativen Festigkeiten der Materialien gemäß Figur k in rotierenden Systemen,

Figur 6 einen vergrößerten Teilquerschnitt eines abgewandelten Brennfleckbahn-Wärmesenken-Aufbaues,

Figur 7 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer weiteren, abgewandelten Konstruktion mit Brennfleckbahn und Wärmesenke ,

Figur 8 eine andere Ausführungsform in schematischer Frontansicht,

Figur 9 eine Seitenansicht ähnlich derjenigen von Figur 7 und

Figur 10 einen vergrößerten Axialschnitt, der etwa durch das Zentrum der Anordnung von Figur 8 verläuft.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Röntgenröhrenanordnung dargestellt, wobei eine Röntgenröhre und eine Anode in gestrichelten Linien dargestellt sind. Der Innenaufbau ist genauer in Figur 3 gezeigt. Die Röntgenröhrenanordnung enthält einen im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 mit elektrischen Kabelanschlüssen 12 und Ik an einem Ende und einem Strahlungsfenster 16 am entgegengesetzten Ende.

Im Gehäuse 10 befindet sich eine Röntgenröhre vom Drehanodentyp, wobei in einer dielektrischen Umhüllung 18 bzw. in einem Röhrenkolben eine Anode 20 und eine Kathode 22 gehaltert sind. Die Kathode 22 weist einen Stutzzylinder auf, dessen eines Ende an einem einspringenden Endteil 26 der Umhüllung bzw. des Kolbens abgedichtet ist. Am inneren Ende des Zylinders 24 ist ein Ende eines sich seitlich erstreckenden, abgewinkelten Stützarms 28 fest-

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gelegt, an dessen freiem Ende ein Kathodenkopf 30 angeordnet ist. Dieser enthält einen elektronenemittierenden Glühfaden, an den ein geeignetes elektrisches Potential über Leitungen 32 angelegt wird, die durch den Zylinder 24 außerhalb der Röhre zu ei nem Kabelende 33 i" Anschluß 14 laufen.

Das entgegengesetzte Ende des Kolbens 18 trägt die Anode 20, die eine Brennfleckträgeranordnung 34 enthält; welche auf eine« Ende einer Welle 36 befestigt ist. Diese ragt von einem Rotor 38 weg, der in einen Hals 40 des Kolbens drehbar angeordnet ist. Der Rotor trägt einen damit verschraubten Mantel 42, und die Anordnung kann sich schnell drehen, wenn die Röhre in einer den Hals .40 umgebenden geeigneten Induktionseinrichtung 44 befestigt und diese erregt wird.

Die Röhre ist in geeigneter Weise im Gehäuse 10 befestigt, bei- . spielsweise durch Anschrauben an eine Anzahl von Stützangüssen, Ansätzen oder ähnlichen festen Vorsprüngen 46, die sich von den inneren Seitenwanden des. Gehäuses 10 nach innen erstrecken. Die Induktionseinrichtung 44 wird von einem Haltering 48 gehalten, der seinerseits mittels Schrauben 50 an den Ansätzen 46 festgelegt ist. Ein mechanische Stöße absorbierender Ring 47 kann benutzt werden, um die Röhre an einer unerwünschten Seitenverschiebung innerhalb des Gehäuses zu hindern.

Das untere Ende des Rotors 38 bzw. seiner Lagerung ist mit dem angrenzenden Ende des Kolbenhalses 40 verschraubt oder in anderer Weise verbunden, wobei ein geeignetes Glied 52 vorgesehen ist, um den Rotor 38 und dementsprechend die Anode über dem Hals 40 mit einem zweiten Käbelabschluß 54, der in einem zweiten Anschlußteil 12 befestigt ist, über einen Leiter 56 zu verbinden.

Bedeutsam ist, daß die Anoden-Brennfleckträgeranordnung 34 ein kappenartiges Wärmesenkenbauteil oder Kühlglied 58 mit einem transversal verlaufenden Grundteil und einer im wesentlichen zy-

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lindriechen, aufrechtstehenden Umfangswandung 60, deren geneigte Innenfläche 62 nach einwärts und aufwärts weist. An oder in der Fläche 62 ist eine ringförmige, streifenartige Brennfleckbahn 64 befestigt, die sich um den Umfang der Fläche 62 erstreckt. Die freiliegende Oberfläche der Brennfleckbahn 6k weist zum Kathodenkopf 30, so daß ein von der Kathode ausgehender Elektronenstrahl so gerichtet werden kann, daß er auf die Brennfleckbahn auftrifft. Wie für Röntgenröhren bekannt, rotiert die Anode, so daß die Brennfleckbahn unter dem Fußρunkt des Elektronenstrahls hindurehgeführt wird. Demzufolge werden in dem Brennfleck Röntgenstrahlen erzeugt, die durch die dielektrische Kolbenwandung austreten.

Das Gehäuse 10 ist mit einem Strahlungsfenster 16 versehen, das einen Rahmen 65 mit einer für Röntgenstrahlen durchlässigen Scheibe 66 aufweist, durch welche die Röntgenstrahlen als begrenztes Röntgenstrahlbundel aus dem Gehäuse gelangen. Die ringförmig ausgebildete Brennfleckbahn 6k besteht aus einem geeigneten Material hoher Atomzahl, wobei beispielsweise hitzebeständige Materialien wie Wolfram, Wolfram-Rhenium oder Molybdän besonders geeignet sind.

Der Brennfleckträger herkömmlicher Röntgenröhren umfaßt gewöhnlich die gesamte Anodenscheibe oder stellt eine metallurgisch abgelagerte Beschichtung auf einer geeigneten Unterlage aus Material großer thermischer Kapazität dar. Beispielsweise kann der gesamte Brennfleckträger herkömmlicher Röntgenröhren aus Wolfram hergestellt sein, oder ein Brennfleckträgerkörper aus Wolfram, Graphit, Molybdän oder ähnlichem kann an der Oberfläche eine Brennfleckbahn aus einem abgelagerten oder metallurgisch befestigten Material wie Wolfram oder Wolfram-Rhenium-Legierung tragen.

Es wurde festgestellt,, daß feste Brenntleckträgerglieder aus Wolfram oder Molybdän kein© zufriedenstellenden thermischen Eigenschaften aufweisen und beim Auftreffen von Elektronen in großer Dichte durch die dabei auftretende starke mechanische Be-

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ansρruehung zerstört werden. Es wurde ferner festgestellt,, daß eine Beschichtung aus Röntgenstrahlen erzeugendem Material auf der Oberfläche einer derart festen Unterlage sich nicht als zufriedenstellend erweist, wenn eine Röhre mit hoher Leistung betrieben wird, da die metallurgische Bindung zwischen der Beschichtung und der Unterlage nicht den Beanspruchungen aufgrund des thermischen Schocks infolge des auftreffenden Elektronenstrahls standhält. Darüberhinaus ist es schwierig, eine Angleichung der thermischen Ausdehnungen der Beschichtung und geeigneter Unterlagematerialien über den vollen Betriebstemperaturbereich zu erzielen, der von Raumtemperatur bis ungefähr 3000° C reichen kann.

Gemäß der hier vorgeschlagenen Konstruktion ist die Brennfleokbahn 6k als vom Wärmesenkenbauteil bzw. Kühlglied 58 getrenntes Glied ausgebildet und vorzugsweise aus einer Anzahl einzelner Elemente hergestellt. Infolge der erzielten verbesserten Wärmeübergangseigenschaften kann die Brennfleckbahn 64 als Ring ausgebildet sein, der die angrenzende Innenfläche 62 des Vandungsteils 60 bekleidet. Ein solcher Ring kann fest auf der Fläche 62 befestigt oder vorzugsweise in einer den Ring eng umschließenden Nut oder einem Kanal der Oberfläche 62 angeordnet sein.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß · der Aufbau natürliche, bei Rotationssystemen erreichbare Zentrifugalkräfte ausnutzt, um den Wärmeleitungskontakt zwischen dem die Röntgenstrahlen erzeugenden Metall und der Wärmesenke zu verbessern. Wenn daher die Brennfleckbahn mit Elektronen von der Kathode beaufschlagt wird, kann die in der Brennfleckbahn erzeugte Wärme leicht in das Material des Wärmesenkenbauteils größerer Wärmekapazität abgeleitet werden.

Die Wandung 60 des kappenartigen Wärmesenkenbauteils 58 ist relativ dick, um eine geeignete Masse für eine wirkungsvolle Wärmeaufnahme zu schaffen. Der Brenntleokbahnring 64 muß jedoch nur eine Breite aufweisen, die der Länge des Brennflecks, der im Auftreff bereich des Elektronenstrahls gebildet wird, entspricht

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oder ein wenig größer ist. Das scheibenartige Grundteil der Wärmesenke 58 ist relativ dünn, um ein Abfließen wesentlicher Wärmemengen von der Wandung 60 zur Welle 36 und zu den zugehörigen, nicht dargestellten Lageranordnungen zu verhindern, .

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Brennfleckbahn-Ring 6k aus mehreren getrennten Elementen, die unmittelbar aneinandergrenzend nebeneinander angeordnet sind. Wei beispielsweise in Figur 6 dargestellt ist, können die Elemente von einer Anzahl länglicher stift- oder stangenartiger Elemente 68 gebildet sein, die in einem über den gesamten Innenumfang der Wandung 60 geführten Sohlitz angeordnet sind. Die Elemente 68 erstrecken sich parallel in Richtung der Breite des Schlitzes und werden an ihrer Stelle durch lippenartige Ansätze 70, 71 gehalten, die über die Enden der Elemente 68 greifen. Die aktive Oberfläche des Brennfleckbahn-Rings liegt daher um einen Abstand hinter der Fläche 62, welcher der Dicke der Ansätze 70, 71 entspricht. Die Elemente 68 sind selbstverständlich vorzugsweise an ihren oberen Enden etwas breiter, um die Neigungsgeometrie auszugleichen.

Es ergibt sich, daß die Zentrifugalkräfte eine enge körperliche Berührung bzw. einen Eingriff der Brennfleckbahnelemente 68 mit der Wandung 60 des WärmesenkenbauteiIs 58 sicherstellen. Mit zunehmenden Drehzahlen nehmen auch die die Elemente gegen das Bauteil 58 drückenden Zentrifugalkräfte entsprechend zu. Auch wenn die Elemente 68 heißer und daher biegsamer bzw. geschmeidiger werden, entsteht entsprechend ein engerer Wärmeleitungskontakt mit der Wärmesenke.

Es ist wesentlich, daß die Wärmesenke aus einem Material besteht, das nicht nur eine größere thermische Speicherfähigkeit pro Gewichtseinheit als das Material der Brennfleckbahn aufweist, sondern das mit einer ausreichenden Festigkeit versehen ist, um einer Deformation bei den hohen vorkommenden Temperaturen zu widerstehen. In Figur k sind die Zugfestigkeiten mehrerer Materialien dargestellt. Daraus ergibt sich, daß Borkarbid eine größere

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Festigkeit als die. anderen dargestellten Materialien aufweist, nämlich bei etwas mehr als 1000 C eine Zugfestigkeit von etwa 58 kpsi und bei 2000 C etwa von 32 kpsi. Auch pyrolytisches Graphit ergibt wie auch Graphit hervorragende Festigkeitseigenschaften.

Neben der Zugfestigkeit müssen jedoch auch die Wärmeübertragungseigenschaften des ausgewählten Materials betrachtet werden. Die ausschlaggebende Materialkonstante ist k - K/k, wobei K das Warmediffusionsvermögen bzw. die Wärmeleitzahl und k die Wärmeleitfähigkeit darstellen. Der Temperaturanstieg des Materials an der Oberfläche abhängig von einer Energiezufuhr an dieser Oberfläche ist direkt proportional zu k . Diese Konstante beträgt für pyrolytisches Graphit 0.75, für Wolfram 1,0 und für Borkarbid 2,1.

So wird bei einer typischen Röntgenkinematographie-Serienbestrahlung die mittlere Brenntleckbahntemperatur nach 5,1 Sekunden bei etwa 100 u dickem Wolfram oder pyrolytischem Graphit auf etwa 650° C erhöht; bei reinem Wolfram auf etwa 900° C, bei 1 mm dickem Wolfram auf Borkarbid auf 1400° C und bei 100 u dickem Wolfram auf Borkarbid auf etwa 1800° C.

Bei einer anderen Ausführungsform ist gemäß Figur 7 ein dreifach zusammengesetzter Brenntlecktrageraufbau dargestellt, bei dem die Anode von einem Grundteil oder einer Scheibe 7k auf der Welle gehalten wird und an ihrem Umfang ein Wandungsteil 60a trägt, das von einem Ring aus Borkarbid oder dergleichen gebildet ist. Die innere ringförmige Oberfläche des Rings 6Oa ist über ihren Innenumfang hin geschlitzt bzw. genutet, um einen Ring 76 aus pyrolytischem Graphit darin aufzunehmen. Die freie Oberfläche des Rings 76 wird von einem BrenntIeckbahnring 78 aus einem Röntgenstrahlen erzeugenden, hitzebeständigem Material wie Wolfram, Rhenium-Wolfram, Molybdän oder dergleichen abgedeckt. Dieser Aufbau führt zu einer Kombination der vorteilhaften Eigenschaften der einzelnen Materialien. Der Graphitring kann in eine Anzahl von Stücken unterteilt sein, um eine Fehlpassung bei Aus-

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dehnung zu vermeiden und um einen besseren Wärmekontakt sicherzustellen, wenn sich die Zentrifugalkräfte beim Umlauf auswirken. Der Brenntleckbahnring 78 kann an einem Ende beispielsweise αμΓοϊι einen nach außen gerichteten Flansch 80 gehalten werden, der zwischen die Ringe 76 und 60a hineinreicht.

Die Wärmespeicherfähigkeit des Borkarbids und des Graphits ist im Vergleich zu derjenigen der hitzebeständigen Metalle sehr gut. Für eine Wärmespeicherfähigkeit von etwa 500 000 Wärmeeinheiten werden etwa jeweils 300 Gramm von diesen zwei Materialien benötigt, während ungefähr 300 Gramm Molybdän eine Wärmespeicherfähigkeit von weniger als 100 000 Wärmeeinheiten aufweisen.

Es wurde festgestellt, daß mit einem Aufbau und mit den Materialien der beschriebenen Art die mittlere Temperatur der Brennfleckbahn auf etwa 1700° C angehoben und die Kühlrate wesentlich vergrößert werden können. Bei 1700 C ist die abgestrahlte Leistung dreimal so groß wie bei 1200 C. Ein Brennfleck gemäß der Darstellung in Figur 3 würde bei 1700° C eine abgestrahlte Leistung von 12 KW aufweisen, was beträchtlich mehr ist als bei herkömmlichen rotierenden Anoden. Aufgrund der besonders großen Festigkeit von Borkarbid oder pyrolytischem Graphit können größere Drehzahlen gegenüber herkömmlichen rotierenden Anoden angewendet werden. Ein Anstieg um einen Faktor von 2 bis auf 20 000 Umdrehungen pro Minute führt zu einem gleichzeitigen Anstieg der verfügbaren Augenblicksleistung von etwa 40%, wobei immer noch ein großer Sicherheitsfaktor in bezug auf die Festigkeit vorliegt. Das geringe Gewicht dieser Brennfleckbahnmaterialien erleichtert das Heraufsetzen der Drehzahl ohne Vergrößerung einer Lagerabnutzung.

Ein Vorteil von zylindrischen Anodenkonstruktionen der hier beschriebenen Art besteht darin, daß die Zentrifugalkräfte nicht gegen den Patienten und nicht in Richtung des Röntgenstrahl verlaufen, wie es bei herkömmlichen Röntgenröhren der Fall ist. Ein Sicherheitsring kann leicht uei die gesamte Brennfleckbahn gelegt

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werden, ohne daß eine Öffnung für das Austreten der Röntgenstrahlen erforderlich ist, wie es bei üblichen Brennfleckbahnen notwendig wäre.

Aufgrund des Innenaufbaue der vorliegenden Anordnung können Sekundärelektronen nicht so leicht auf die Glaswandung des Kolbens auftreffen wie bei bekannten Röhren. Dies hilft bei der Lösung von Hochspannungs-Durchschlagprohlemen.

Ferner wird ungewünschte Strahlung beträchtlich reduziert, da sich in der Brennfleckbahn nur Röntgenstrahlen erzeugendes Material befindet, während das übrige Material eine niedrige Atomordnungszahl aufweist. Sogar Röntgenstrahlen aufgrund von Sekundärelektronen, die an anderen Stellen als der Primärstahl auf die Brennfleckbahn auitreffen, werden reduziert, da der größte Teil der Brennfleckbahn verdeckt ist und nicht zum Strahlungsfenster weist. Anders»ist es bei herkömmlichen Brennfleckbahnen, bei denen vom Ausgang her große Brennfleckbahnteile sichtbar sind.

In den Figuren 8, 9 und 10 ist eine Abwandlung der Erfindung dargestellt, wobei ein Anoden-Brennfleckträgeraufbau.8O großen Durchmessers auf einer Welle 82 befestigt ist, und zwar in derselben Weise, wie es oben im Zusammenhang mit der Anordnung aus Figur beschrieben wurde. Der Aufbau 80 weist einen umgekehrt kappenartigen Brennfleckträger auf, dessen Grundteil 84 aus einem festen Stützmaterial besteht. Von der Aussenkante des Teils 84 erstreckt sich ein Ring 86 aus geeignetem Material, wie Molybdän, Graphit, Borkarbid oder Wolfram, nach unten. Die Innenoberfläche 88 des Rings 86 ist gemäß Darstellung geneigt und kann in Umfangsrichtung genutet bzw. vertieft sein, um einen Brennfleckbahnring 90 aus hitzebeständigem und Röntgenstrahlen erzeugendem Material, wie Wolfram, Rhenium-Wolfram oder dergleichen, aufzunehmen. Der Ring 90 kann in dem Schlitz oder der Nut oder gegebenenfalls in geeigneter Weise auf der Oberfläche 88 angeordnet sein.

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Der Kathodenaufbau 92 enthält einen Kopf SHt, der sich in dem vom Brennfleckbahnring 90 begrenzten Ringraum befindet, um einen Elektronenstrahl auf den Ring 90 zu richten. Die Oberfläche des Rings 90 ist wie die Oberfläche 88 geneigt, so daß die Röntgenstrahlen durch das Grundteil 8k nach oben und durch die Kolbenwandung aus der Röhre gelangen. Das Grundteil oder die Stützscheibe 84 besteht also aus einem für Röntgenstrahlen höchst durchlässigen Material. Dieses Material kann auch so gewählt sein, daß es bestimmte Bereiche der vom Ring 90 emittierten Röntgenstrahlen ausfiltert.

Die Kathode 92 ist in geeigneter Weise an einem Arm 96 gehalten, der mit dem Anschlußaufbau 98 verbunden ist. Die Röhre ist in einem Gehäuse 100 einer neuen und relativ flachen Konfiguration gemäß Figuren 8 und 9 befestigt, wobei im Abstand befindliche Anschlüsse 102 und 104 zum Aufnehmen von nicht dargestellten Kabelabschlüssen vorgesehen sind. Die Kathoden- und Anodenanordnungen der Röhre sind mit den Kabelabschlüssen in herkömmlicher Weise verbunden.

Der Brennfleckträgeraufbau weist einen großen Durchmesser auf und erzielt eine extrem hohe Wärmeabstrahlung, beispielsweise 25 KW bei 1500° C oder 70 KW bei 2000° C. Dies vermindert die Bedeutung der Wärmespeicherfähigkeit, und die Röhre kann kontinuierlich betrieben werden. Wenn nicht Steigerungen bezüglich der Augenblicksleistung erforderlich sind, genügt eine Drehzahl von 3500 Umdrehungen pro Minute zur Erzielung einer Leistung, die vergleichbar mit derjenigen von auf 10 000 Umdrehungen pro Minute bemessenen herkömmlichen Röhren ist. Dies wiederum begründet eine geringere Lagerabnutzung, eine Geräuschverminderung und eine Vereinfachung der Motorsteuerungen.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die angegebenen Vorteile durch den dargestellten und beschriebenen Aufbau erzielt werden, wobei ein wirkungsvoller Wärmeübergang erzielt wird, und zwar durch Wärmeleitung von einer Brennfleckbahn in ein zugeordnetes Wärmesenkenbauteil.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   IJ Röntgenröhrenanordnung mit einem Röhrenkolben und einem in diesem drehbaren Anodenaufbau, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenaufbau.(20, 80) eine sich axial erstreckende Welle (36, 82) und einen darauf befestigten Brennfleckträgeraufbau (34, 84t) aufweist, der mit der Welle drehbar ist und der eine zylindrische oder kappenartige Brennfleckträgeranordnung (64, 68, 78, 90; 60, 60a, 86) enthält, daß sich eine Vorrichtung (30, 94) zur Elektronenstrahlbildung in einer Position befindet, in der sie einen Elektronenstrahl auf eine im wesentlichen radial nach einwärts weisende Oberfläche der Brennfleckträgeranordnung richtet, und daß eine Einrichtung (12, 56 - 14, 32; 102 - 104) zum Zuführen elektrischer Potentiale zum Anodenaufbau (20, 80) und zur genannten Vorrichtung (30, 94) vorgesehen ist, wodurch die Elektronen von der Vorrichtung auf die innere Oberfläche der Brennfleckträgeranordnung auftreffen und zur Röntgenemission aus dieser Oberfläche führen.

   2. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der inneren Oberfläche der Brennfleckträgeranordnung ein Brennfleckbahn-Ring (64, 90) aus Röntgenstrahlen erzeugendem Material befindet, dessen Oberfläche dem Elektronenstrahl ausgesetzt ist.

   3. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (64, 90) aus einem Material bestimmter Wärmespeicherkapazität pro Gewichtseinheit besteht und daß die Brennfleckt rägeranordnung aus einem Material besteht, dessen bekannte Wärmespeicherkapazität pro Gewichtseinheit größer als diejenige des Brennfleckbahnmaterials ist.

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   k, Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rings (6k, 90) in bezug auf die Achse der,Welle (36, 82) geneigt ist, derart, daß die Röntgenstrahlen in Axialrichtung aus dem Kolben (18) emittiert werden.

   5. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch ein den Kolben (ΐδ) umgebendes Gehäuse (lO) und durch ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster (l6) in einer Wandung des Gehäuses, die einem Ende des Kolbens für den Austritt von Röntgenstrahlen in Axialrichtung der Anordnung gegenüberliegt.

   6. Röntgenröhrenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenaufbau (20) drehbar an einem Ende des Kolbens (18) und ein Kathodenaufbau (30) am entgegengesetzten Ende des Kolbens (18) gehaltert bzw. gelagert sind, wobei der Anodenaufbau die sich axial erstreckende Welle (36) und den kappenförmigen, von der Welle getragenen Brennfleckträgeraufbau (74, 60a; 6θ) enthält, der ein an der Welle befestigtes, scheibenartiges Grundteil (74), ein sich axial vom Rand des Scheibenteils erstreckendes im wesentlichen zylindrisches Wandungsteil (60a, 60) und einen Brennfleckbahn-Ring (78, 68) aufweist, der an der inneren Oberfläche des genannten Wandungsteils angeordnet ist, daß ferner der Kathodenaufbau eine Elektronen emittierende Vorrichtung (30) zum Aussenden eines Elektronenstrahls gegen den Brennfleckbahn-Ring aufweist und daß der Wandungsteil (60a, 60) aus einem Material besteht, das eine größere Wärmespeicherkapazität pro Gewichtseinheit als diejenige des Materials des Brennfleckbahn-Rings aufweist.

   7. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (62) der dem Elektronenstrahl ausgesetzten Brennfleckbahn (68; 78) in bezug auf die Achse der Welle geneigt ist, um eine resultierend© Röntgenstrahlung in Axialrichtung zu erzielen.

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   8. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenring (76) zwischen dem Wandungsteil (60a) und dem Brennfleckbahn-Ring (73) angeordnet ist.

   9. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (76) aus pyrolytischem Graphit besteht.

   10. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (76) aus mehreren separaten Elementen besteht, die in eine Ringnut aneinandergrenzend eingesetzt sind.

   11. Röntgenröhrenänordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandungsteil (60a, 60) aus pyrolytischem Graphit besteht.

   12. Röntgenröhrenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandungsteil (60a, 6o) aus Borkarbid besteht.

   13. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Wandungsteils (6o) mit einer zur Röhrenachse koaxialen Ringnut versehen ist und daß der Brennfleckbahn-Ring (68) eine Vielzahl von sich im wesentlichen axial erstreckenden stangenähnlichen Gliedern aufweist, die Seite an Seite in der Nut über deren Länge hin angeordnet sind.

   14. Röntgenröhrenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der kappenartige Brenntleckträgeraufbau (80) ein mit der Welle verbundenes Scheibenteil (84) und ein sich vom Rand des Scheibenteils axial in Richtung zum einen Ende des Kolbens erstreckendes Wandungsteil enthält, das an seiner inneren Oberfläche die Brennfleckbahn (90) trägt und daß der Kathodenaüfbau eine Elektronen emittierende Vorrichtung (94) in solcher Weise aufweist, daß ihr Elektronenstrahl gegen die angrenzende Oberfläche der Brennfleckbahn gerichtet ist, wobei

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   diese Oberfläche vom Scheibenteil zur Achse des Kolbens nach innen in einer Richtung geneigt ist, daß die Röntgenstrahlen aus der Röhre durch das strahlendurchlässige Scheibenteil und durch das Ende des Kolbens nach außen treten.

   15. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfleckbahn einen Ring (90) aus Elektronenstrahlen erzeugendem Material auf der inneren Oberfläche des genannten Wandungsteils (86) enthält.

   16. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleckbahn-Ring (90) aus einem Material bestimmter Wärmespeicherkapazität pro Gewichtseinheit besteht und daß die Wärmespeicherkapäzität des Materials des Wandungsteils (86) größer als diejenige des Rings (90) ist.

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