DE2405334C3 - Drehanoden-Röntgenröhre - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

In Anodenteiurn für Hochleistungs-Drehanoden-Röntgcnröhrcn biiden sich häufig aufgrund der bei einer Aufnahme auftretenden mechanischen Spannungen Sprünge. Dies insbesondere dann, wenn vorher Aufnahmen mit längerer Dauer oder Serien-Aufnahmen gemacht worden sind und die Anode inzw'schen erkaltet ist. Diese Sprungneigung kann auf verschiedene Weise verhindert werden.

So ist es bekannt, daß die Sprungneigung zurückgeht, wenn die Anode vor einer Aufnahme auf eine Temperatur von etwa 400"C erwärmt wird, weil bei dieser Temperati.' das Anodenmaterial duktil ist. Zur ω Erwärmung der Anode auf diese Temperatur muß die Röntgenröhre vor einer Aufnahme mit niedriger Leistung betrieben werden. Da diese« Aufwärmen den eigentlichen Untersuchungsbetrieb S₁JrU hat es sich in der Praxis nicht durchsetzen können.

Aus der DE-OS 22 52 2m ist es bekannt, den Anodenteller mit radial verlaufenden Spalten zu versehen, die vom Rande ausgehend die Brennfleckbahn ichneiden. — Die Herstellung von solchen Spalten, die zudem zur Drehachse des Anodentellers geneigt sein müssen, damit die Elektronen nicht die Spalte passieren und auf den Glaskolben treffen können, erfordert einen gewissen Aufwand, da die für eine Drehanode fiblicherweise verwendeten Werkstoffe (Wolfram. Molybdän. Graphit) bzw. Legierungen da ve τ nur schwer zu bearbeiten sind. Ein weiterer Nachteil besteht dann, daß die Röntgenstrahlung wahrend einer Aufnahme durch die Spalte moduliert wird. Es kommt hinzu, daß bei Durchleuchtungsbetrieb, wenn die Anode nicht gedreht wird, die gleichmäßige Verteilung der Wärme in der Anode durch die Spalten erschwert wird, so daß das bei iiner Durchleuchtung im Strahlengang befindliche Segment der Anode unter Umständen überhitzt werden kann.

Aus der DE-OS 19 37 351 ist es weiterhin bekannt, die Sprungneigung einer Anode für eine Drehanoden-Röntgenröhre dadurch /u vermindern, daß die Anode !wischen dem Innenrand der Brennflcckbahn und der Drehachse zur Erzielung von Federeigenschafien mit Ausnehmungen versehen ist, die die direkte radiale ^ß0 Verbindung zwischen Achse und Brennfleckbahn, die als gesonderter ringförmiger Körper in den Grundkörper des Anoden tellers eingelegt ist, unterbrechen, Fig.8a ürid 8b dieser Veröffentlichung zeig! eine AnodenscheU be, bei der die i3rennfleckbahn in Form eines dünnen Metallringes in den öründkörper eingelegt ist. Auf der Ober- und der Ufitcrseilc des zwischen der Brennfleckbahn und aest Drehachse liegenden Teils der Anoderv scheibe sind ringförmige, gegeneinander versetzte Nuten vorgesehen. Treten Biegespannungen auf, so werden diese dadurch aufgenommen, daß sich die Nuten auf der Oberseite etwas schließen und die Nuten an der Unterseite erweitern. Solche dicht nebeneinander liegende und einander überlappende Nuten dürften in der Fertigung nur mit großem Aufwand herstellbar sein. Da Biegespannungen im allgemeinen nur bei Anodentellern, deren Grundkörper aus Graphit besteht, zu Sprüngen führen können, sind derartige Nuten bei normalen Anodentellern, deren Grundkörper aus Molybdän, Wolfram oder deren Legierung besteht, praktisch keine technische Verbesserung. Außerdem wird durch die dicht nebeneinander liegenden Nuten der Wärmeübergang von der Brennfleckbahn zur Scheibenmitte hin erschwert, so daß solche Scheiben nicht mit der gleichen Leistung beaufschlagt werden können, wie Scheiben mit der gleichen Scheibenmasse, aber ohne Nuten.

Der Erfändung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Autwand eine Anode für eine Drehanoden-Röntgenröhre herzustellen, die nicht zu Scheibensprüngen neigt, ohne daß der Wärmeübergang oder die Festigkeit wesentlich beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anode der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Aus der D E-PS 12 00 962 ist an sich eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Anodenteller bekannt, der mit zur Brennfleckbahn konzentrischen Vertiefungen versehen ist. Damit soll erreicht werden, daß der für die Bildgebung wirksame Teil des Brennflecks scharf begrenzt ist und gleichmäßig strahlt. Zu diesem Zweck erstrecken sich die Vertiefungen bis in den Teil der Elektronenauftreffseite hinein, der direkt von den von der Kathode emittierten Elektronen getroffen wird, so daß die von den beiden Enden des Kathodenheizfadens emittierten Elektronen in den Vertiefungen auftreffen und die aus dem mittleren Bereich des Heizfadens emittierten Elektronen auf den zwischen den Vertiefungen liegenden Teil. Dieser letztgenannte Teil emittiert daher eine gleichmäßige Röntgenstrahlung. Ein schwerwiegender Nachteil besteht darin, daß die für die Bildgebung ausnul/'we Dosisleistung wesentlich dadurch verringert ist. daß die in de:i Vertiefungen erzeugte Röntgenstrahlung absorbiert wird. — Demgegenüber werden die Nuten bei der Erfindung praktisch nicht direkt von den aus der Kathode emittierten Elektronen getroffen (bzw. von weniger als 1%). sondern allenfalls von Streuelektronen. Die Nuten erwärmen sich daher im Vergleich zur Brennflcckbahn nur relativ schwach, so daß — anders als bei der DE-PS 12 00 962 — die Nuten von thermisch weniger stark belastbarem Material begrenzt werden können, wie z. B. Molybdän. Die für die Bildgebung ausnutzbare Dosisleistung wird durch die Nuten praktisch nicht reduziert.

Die Erfindung und weitere durch sie erreichbare Vorteile werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

• Der Teil der Eleklroncnauftreffseite des Anodentellcrs, der direkt von päklisch allen aus der Kathode emittierten Elektronen getroffen wird, wird nachfolgend als Breririfieckbahn bezeichnet Es zeigt

Fig, I eine Drehanoden»Rönlgcnföhre mit einem 6f firidüngsgemäßen AriödefiteHef Und

Pig,2 einen Querschnitt aus dem Bereich der Brcilfifleckbahfi bei einem Ahodeitiellcr gemäß der

Erfindung in starker Vergrößerung.

F i g. 1 zeigt eine Drehanoden-Röntgenröhre 1, deren Vakuum-Glaskolben 2 eine Kathodenkombination 3 und einen Anodenteller 4 enthält, der auf einem Rotor 5 befestigt ist Der eigentliche Kathoden-Heizfaden befindet sich in einem an der Kathodenkombinaiion 3 befestigten Gesenk 6. Darunter befindet sich auf dem Anodenteller al". Brennfleckbahn 7. Derartige Dtehanoden-Röntgenröhren sind allgemein bekannt, so daß auf eine weitere Erläuterung verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Brennfleckbahn 7 durch konzentrisch zu ihr verlaufende Nuten 8 bzw. 9 an ihrem inneren bzw. äußeren Rand begrenzt. Die Nuten sind senkrecht zur Brennfleckbahn angeordnet

Bei einer Aufnahme erwärmt sich die Brennfleckbahn stark. Da an ihren beiden Rändern Nuten vorgesehen sind, kann sie sich praktisch ungehindert in radialer Richtung ausdehnen, d. h. sie kann sich verbreitern. Sie kann sich aufgrund der Erwärmung auch in tangentialer Richtung ausdehnen, d. h. ihren mittleren Durchmesser vergrößern. Dabei ergibt sich die in Fig.2 g.strichelt angedeutete Veränderung, bei der die Innenwand der äußeren Nut stärker nach außen verschoben wird als die Außenwand der inneren Nut 8. Da sich somit die Brennfleckbahn aufgrund der Erwärmung weitgehend ungehindert verbreitert und ihren Durchmesser vergrößern kann, treten in der Brennfleckbahn nur geringe Spannungen in tangentialer und radialer Richtung auf. Die Nuten beiderseits der Brennfleckbahn bewirken weiterhin, daß während! der Aufnahme die der Brennfleckbahn benachbarten Teile an der Anodenoberfläche sich weniger stark erwärmen können, so daß auch hier geringere thermische Spannungen auftreten. Es macht sich weiterhin günstig bemerkbar, daß die Temperatur von der Oberfläche der Brennfleckbahn senkrecht in den Anodenteller hinein stark abfällt, so daß keine Abschereffekte auftreten können.

Die thermischen Spannungen in radialer und tangentialer Richtu g werden um so wirksamer verringert, je tiefer die Nuten beiderseits der Brennfleckbahn sind. Die Nuten können jedoch nicht beliebig tief gemacht werden, weil sonst die Festigkeit und der Temperaturausgleich innerhalb der Anode nach der Aufnahme beeinträchtigt werden. Die Nutentiefe sollte daher keinesfalls 00°/o der Dicke des Anodentellers überschreiten. Bei einer Röntgenröhre für lOökW ergaben Versuche mit je einer Nut von 1,5 mm Tiefe und etwa der gleichen Breite beiderseits der Brennfleckbahn ausgezeichnete Ergebnisse (Anodenmaterial: Molybdän mit Wolfram-Rhenium-Auflage, Dicke des Anodentellers:? mm, Breite der Brennfleckbahn: 12 mm.

Die Breite einer Nut kann 0,2 mm und mehr betragen. Eine übermäßig breite Nut, insbesondere wenn sie die Brennfleckbahn umschließt, beeinträchtigt aber die Festigkeit des Anodentellers. — Die Nuten sollten an ihren unteren Enden — wie dargestellt — abgerundet sein, um Kerbwirkungen zu vermeiden. Zweckmäßig ist es auch, wenn die Nuten zur Elektronenauftreffseite hin keilförmig verbreitert sind, weil dort die höchsten Temperaturen herrschen und somit die stärksten Ausdehnungen und Verschiebungen auftreten.

Die durch die Nuten bedingte geringfügige Verringerung der Wärmeableitung in radialer Richtung macht sich nicht störend bemerkbar, weil bf >tark belasteten Brennfiecken (mit einer Brennf'.cckbar.fibreite > 5 mm) die Wärme zunächst überwiegend in axialer Richtung abfließt. Bei Brennfiecken für kleinere Leistungen mit einer geringeren Brennfleckbahnbreite, bei denen auch die Wärmeleitung in radialer Richtung eine wesentliche Rolle spielt, treten ohnehin keine Anodentellersprünge auf. Risse, die in der Brennfleckbahn trotz der verringerten thermischen Spannungen auftreten und die bei Anodentellern ohne Nuten sich im Laufe der Zeit zum Rand des Anodentellers hin fortsetzen und dann ein Springen der Scheibe bewirken, können sich wegen der äußeren Nut nicht zum Rand hin fortsetzen, so daß auch dieser Effekt die Sprungneigung ties Anodentellers vermindert. Die besten Ergebnisse ergeben sich mit Nuten beiderseits der Brenntleckbahn.

Die Erfindung kann bei allen bekannten Anodenmaterialien angewendet werden, z. B. bei Kompakttellern, bei denen der ganze Anodenteller aus Wo'fram. einer Wolframlegierung oder Molybdän besteht, bei Verbundtellern, bei denen, wie in der Zeichnung durch unti rschiedliche Schraffierung angedeutet, der Grundkörper aus einer Molybdänlegierung oder Graphit besteht und mit einer Auflage aus Röntgenstrahlen emittierenden Material, in der Regel Wolfram oder eine Wolframlegierung und gegebenenfalls auch Molybdän, besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Anodenteller, der auf seiner ElektronenauftrefFseite wenigstens eine konzentrisch zur Brennfleckbahn angebrachte Nut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (9) außen an den Teil der Elektronenauftreffseite des Anodentellers angrenzt, der direkt von praktisch allen aus der Kathode emittierten Elektronen getroffen wird.
2. 2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Nut (8) innen angrenzt.