DE2408618C3 - Glühkathoden-Röntgenröhre mit einem Hochfrequenzerzeuger - Google Patents
Glühkathoden-Röntgenröhre mit einem HochfrequenzerzeugerInfo
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
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- H—ELECTRICITY
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- H05G1/02—Constructional details
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Description
Die Erfindung betrifft eine Glühkathoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Röntgenstrahlenquellen sind etwa bekannt aus der G B-PS 9 10 420.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Röntgensirahlenquelle gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 eine flinkere und in der Form weitgehend frei wählbare Glühkathode zu erhalten,
insbesondere eine solche, deren Ansprechgeschwindigkeit hoch ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.
Bei den bekannten Röntgenstrahlenquellen werden die Glühkathoden in der Regel mit dem Wechselstrom
des Netzes, also einem solchen von 50 bis 60 Hz, geheizt Die Glühkathoden erhalten dazu hauptsächlich die
Form von Glühwendeln. Dazu muß aber der ganze Querschnitt des Glühdrahtes der Glühkathode erhitzt
werden, bevor ein hinreichend gleichmäßiger Elektronenstrom
zur Erzeugung der Röntgenstrahlen erhalten wird. Dies hat aber einen Zeitbedarf von wenigstens
einer Sekunde zur Folge. Auch bei Geräten, die zur Verminderung des Gewichtes und des Volumens mit
gegenüber dem üblichen Netz erhöhter, d.h. mit Mittelfrequenz etwa von 500 bis 50 000 Hz betrieben
werden, erhält man keine wesentliche Verminderung dieser Anheizzeit weil bei diesen Frequenzen der
Skineffekt praktisch noch nicht in Erscheinung tritt und der ganze Querschnitt des Glühdrahtes erhitzt werden
muß.
Für die Herstellung von Röntgenaufnahmen im Verlauf einer Durchleuchtungsuntersuchung ist es von
wesentlicher Bedeutung, zu kurzfristig auswählbaren Zeitpunkten, z. B. bei im Durchleuchtungsbild ersichtlichen
ganz bestimmten Bewegungsphasen eic, diese in der Aufnahme festhalten zu können. Dabei ist es
notwendig, die Kathode von der bei der Durchleuchtung niedrigen Temperatur möglichst trägheitslos auf diejenige
höhere zu bringen, die zur Aufnahme von
ίο Röntgenbildern erforderlich ist Dies dauert ah?r bei
den bekannten Röntgengeräten in der Regel etwa eine Sekunde. In dieser Zeit schreitet aber die Bewegung etc.
fort d. h. es treten Veränderungen ein und das gewünschte Bild, das aufgenommen werden sollte, ist
verloren. Für eine diagnostische Auswertung der Bilder können so wichtige Fakten verschwinden.
Durch die Heizung der Glühkathode mit einem Wechselstrom, dessen Frequenz im MHz-Bereich liegt
wird ein Skineffekt wirksam, d.h. bei Wechselstrom dieser hohen Frequenz geht die Erhitzung der Kathode
von den äußeren Schichten aus. Die Oberfläche der Kathode kommt deshalb sehr schnell zum Glühen, ohne
daß zugleich auch das Innere mit aufgeheizt werden müßte. Dies bedeutet daß es nach der Erfindung
möglich ist in kürzester Zeit eine gleichmäßig an der Oberfläche glühende Kathode und damit eine gleichmäßig
strahlende Elektronenquelle zu erhalten. Das ist aber Voraussetzung für eine flink veränderbare
Röntgenstrahlenquelle, wie sie bei der Röntgendiagnostik erwünscht ist
Durch die Hochfrequenz-Heizung der Glühkathode wird eine schnell ansprechende Röntgenröhre erhalten.
Bei der bekannten Heizung der Kathode mit Netz-Wechselstrom von 50 Hz ist demgegenüber die
Regelzeit d. h. die zum Aufheizen erforderliche Zeit, auch wegen der Periodendauer von 20 ms höher. Für
Regelungen muß nämlich der Wechselstrom wenigstens einige Perioden fließen, d. h. um für schnelle Hochheizung
der Kathode mit Überspannung arbeiten und nach Maßgabe der Erwärmung regeln zu können, ist
möglichst hohe Frequenz erwünscht bei dieser ist die Dauer einer Periode wesentlich kürzer als bei den bisher
verwendeten Frequenzen. Besonders zu bevorzugen ist nach der Erfindung Wechselstrom von etwa 1 bis
100 MHz, weil dabei der Skineffekt schon wirksam und die Erzeugung dieserFrequenzen einfach ist
Nach der Erfindung können die bekannten Kathodenausführungen auch vereinfacht werden. So ist z. B. ein
Stab aus Wolfram verwendbar, dessen Durchmesser
so gleich oder kleiner 03 mm ist. Beim Durchmesser
herkömmlicher Wendeln ist man an die im Hinblick auf die vorgesehene Belastung zu wählende Dicke des
verwendeten Glühdrahtes gebunden. Bei Verwendung üblichen Wolframdrahtes von 0,22 mm Durchmesser
sind z. B. nur Wendeln erreichbar, deren Durchmesser oberhalb von etwa 0,6 mm liegt. Wegen des bei der
erfindungsgemäß verwendeten Hochfrequenz wirksam werdenden Skineffekts können die abstrahlenden
Kathodenflächen auch beliebige Form erhalten. So ist es
z. B. möglich, die Emitterflächen einer Fokussierung so anzupassen, daß auf der Anode in einem Brennfleck
beliebiger Form eine bestimmte erwünschte Verteilung der Elektronendichte erhalten wird. Dies beruht darauf,
daß der Strom beim Skineffekt nur in der Oberfläche heizt und unabhängig vom Querschnitt ist, d.h. bei
Änderungen des Querschnitts bleibt der Strom konstant, solange der Umfang des Kathodenkörpers
konstant bleibt.
Durch die Anwendung von Hochfrequenz im MHz-Bereich wird eine ganz dünne Schicht an der
Oberfläche der Kathode sofort aufgeheizt Man kann diesen Effekt noch dadurch steigern und verlängern, daß
die Kathode z. B. aus einer Schicht aus Wolfram hergestellt wird, die auf ein Kernmaterial aufgetragen
ist und dazwischen eine Schicht, welche die Übertragung von Wärme hemmt. Dies führt zu einem
Wärmestau in den äußeren Schichten und damit wiederum zu einer schnelleren Aufheizung der Oberfläche
der Kathode. Brauchbare Materialien für die Zwischenschicht sind solche, die bei den Bedingungen
an der Kathode einer Röntgenröhre, insbesondere der hohen Temperatur, unter Aufrechterhaltung der Wärmeisolierung
insbesondere niedrigen Dampfdruck haben, damit das Hochvakuum ungestört bleibt Solche
Stoffe sind z. B. Carbide, wie Hafnium-Carbid.
Die Anwendung der Hochfrequenz kann z. B. durch induktive oder direkte Ankopplung über einen Übertrager
erfolgen. Der Übertrager kann dabei im Röhrenschutzgehäuse untergebracht sein, ebenso wie der
Hochfrequenzsender. Der Übertrager kann sehr klein sein. Die Hochfrequenz kann aber auch mittels einer
Spule induktiv auf einen als Kathode wirkenden Körper fibertragen werden. Durch die induktive Heizung ist der
zusätzliche Vorteil erzielbar, daß die Heizleistung auch ohne Zuleitungen auf die Kathode gebracht wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren
dargestellten beispielsweisen Ausführungen der Erfindung weiter erläutert. In der
F i g. 1 ist schematisch eine Röntgenuntersuchungseinrichtung
im Übersichtsschaubild dargestellt, in der
F i g. 3 bis 5a unterschiedlich ausgestaltete Übertragungsmöglichkeiten
der Hochfrequenz, in der
F i g. 7 ist eine Möglichkeit der induktiven Heizung der Kathode angedeutet.
In der Fig. 1 ist mit 1 die Stützwand eines
Röntgengerätes bezeichnet, an welcher sich entlang einer Schiene 2 verschiebbare Haltungsmittei 3
befinden, von welchen über einen Arm 4 eine Röntgenröhre S getragen wird. Diese besteht im
wesentlichen aus einem Strahlenschutzgehäuse 6, einem Strahlenaustrittstubus 7 und einem Ka'ten 8, in welchem
sich Blenden zur Einstellung des Bildformats befinden. Zur Strahlenquelle 5 gehört außerdem noch ein
Röntgenapparat 9, in welchem sich die elektrischen, vom Netz gespeisten Venorgungseinheiten, wie Transformator
Gleichrichter und Regelelement etc, befinden. An mit 10 angedeuteten Verstellelementen der Regelelemente
werden die zur Aufnahme bzw. Durchleuchtung erforderlichen Größen eingestellt Die Quelle 5 ist
über Kabel 11 und 12 am Apparat angeschlossen.
Beim Betrieb tritt durch die Blende de* Kastens 8 ein
Röntgenstrahlenbündel aus. welches die Stützwand I und einen Patienten 13 durchdringt. Dann beaufschlagt
es die Anordnung, die zur Sichtbarmachung der Röntgenstrahlen am Gerät angebracht ist, d. h. in
vorliegendem Fall den Eingangsschirm eines Bildverstärkers 14. Das so entstehende Bild gelangt über den
Ausgang 15 des Bildverstärkers 14 in eine Fernsehaufnahmekamera 16 und kann an einem Monitor 17 auf
einem Leuchtschirm 18 beobachtet werden. Der Monitor 17 enthält neben anderen aus dem Fernsehen
bekannten Einstellelementen eine Taste 19, die mit den Regelelementen eines Apparates 9 in Verbindung steht
und bei deren Betätigung in an sich bekannter Weise ein Ablauf in Gang gesetzt wird, in dessen Verlauf die
Heizung der Röhre 31 (F i g. 2) erhöht, in den zwischen dem Bildverstärker 14 und dem Patienten 13 liegenden
Teil 20 des Gerätes eine Kassette 21 eingeschoben und die Aufnahme ausgelöst wird.
Bei der Betätigung der Taste 19 wird über die Leitung 22 eines Kabels 11 ein Sender 23 für die Hochfrequenz
ίο von 20MHz auf Aufnahmeheizung geschaltet Der
zweite Pol zum Betrieb des Senders 23 liegt in bekannter Weise an Masse. Die über einen Übertrager
24 der Glühkathode 25 zugeführte Heizspannung wird dabei so verändert, daß die für den geforderten
Röhrenstrom nötige Emission erreicht wird. Dadurch wird im Sinne der Veränderung der Intensität des
Strahlenbündels, welches den Patienten 13 durchdringt, die Belichtungszeit kurz gehalten. Die Umschaltung auf
die Kathode 26 kann dadurch erfolgen, daß die Ansteuerung des Senders geändert wird. Dazu ist der
zweite Sender 23' und der zweite Übertrager 32 vorgesehen. Diese Anordnung ist üb., eine gestrichel·
gezeichnete Leitung 22' in Betrieo setzbar Die
eigentliche Spannungsversorgung der Röhre mit Hochspannung erfolgt in bekannter Weise unabhängig von
der Leitung 22 bzw. 22' über Leitungen 27 und 28 der Kabel Ii und 12 mit im Apparat 19 aus dem Netzstrom
erzeugter und gleichgerichteter Hochspannung von etwa 50 bis 150 kV. Die Anschlüsse liegen zwischen der
Kathodenanordnung 29 und der Anodenanordnung 30 an der Röhre 31.
Die Zuführung der Heizspannung zur Kathode 25 kann so erfolgen, daß gemäß F i g. 3 ein einfacher
Übertrager 24 benutzt wird. In vorliegendem Fall bei einer Heizung mit 100 MHz ist nur ein Transformator,
der einige Windungen hat erforderlich. Entsprechend ist für die Kathode 26 ein getrennt schaltbarer Sender
23' mit Übertrager 32 vorgesehen. Die Zuleitung 33 dient der Zuführung des zur Erzeugung der Röntgenstrahlen
nötigen Potentials und des Röhrensirome*. Zur Verminderung einer Wärmeableitung können an den
Punkten 35, 36 und 36' in die Verbindungen der Glüukathodenteile 25 und 26 mit den Übertragern 24
und 32 Kondensatoren der mit dem Symbol 37 herausgezeichneten An eingesetzt werden. Ihre Kapazität
beträgt in vorliegendem Fall etwa 20 pF und ist demnach so dimensioniert daß die Hochfrequenz
keinen nennenswerten Widerstand erfährt. Die Zuführung der Hochspannung, die sonst über die Leitung 33
so erfolgt, müßte dann aber zwischen der Kathode 26 und dem Kondensator 36 über die gestrichelt angedeutete
Leitung 34 erfolgen, im für sie keine Unterbrechung zu
haben. Entsprechend 27 F i g. 2 sind 33 und 34 auch an der mit 35 versehenen n.ittleren Leitung anschließbar.
Bri de. Ausführung, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist, wird
die Hochfrequenz über die Leitungen 39 und 40 in den Kolben 38 einer Rohre eingeführt Dort ertoigt mittels
einer einige Windungen aufweisenden Spule 41 die Übertragung auf einen die Sekundärwicklung des
Übertragers darstellenden Draht der Heizwendel 42. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, daß bei nur
geringer Wärmeableitung kurze Hochheizzeit möglich ist. Die Umschaltung von Durchleuchtung auf Aufnahme
kann so sehr schnell erfolgen.
In der Fig.5 wird in den Vakuumkolben 43 einer
Röntgenröhre mitte's Leitungen 44 und 45 Hochfrequenz eingeführt. Dort wird sie über Umbiegungen 46
und 47 in den Hohlraum eines in Anpassung an die
gewünschte Länge der Kathode, in vorliegendem Fall 0,5 bis 20 mm langen Röhrchen 48 von 0,5 mm lichter
Weite und 0,1 mm Wandstärke gebracht, das aus Wolfram besteht. An den Stellen 49 und 50 können die
1,5 mm starken, aus Molybdän bestehenden Zuleitungen 44 und 45. entsprechend der Andeutung in F i g. 5a, eine
Verringerung ihres Querschnitts auf 0.5 mm aufweisen. So wird die Wärmeableitung vermindert. Wegen des
verringerten Querschnitts im Teil 52 ist Durchfluß von Wärme verringert.
In der Fig.6 ist eine Mehrschichtenkathode 53
skizziert, deren 0,5 ir.m starker äußerer Mantel 54 ebenso wie der einen Durchmesser von 0,4 mm
aufweisenden Kern 55 aus reinem Wolfram bestehen. Die Zwischenschicht 56 ist 0,1 mm stark und besteht aus
wärmehemmender Substanz, wie Hafnium-Carbid. Bei dieser Anordnung wird, wie in der Beschreibung bereits
angedeutet, bei einer Erhitzung des Mantels 54 der In der F i g. 7 ist eine Röntgenröhre 57 dargestellt, di<
in ihrem Vakuumkolben 58 neben einer in bekanntei Weise ausgebildeten Anodenanordnung 59 eine erfin
dungsgemäß als Wolfram-Stäbchen ausgebildete Ka thode 60 hat. Die Heizung erfolgt mittels einei
Induktionsspule 61, die über Leitungen 62 und 63 at
einem Hochfrequenzerzeuger liegt. Bei einer Leistung von einigen 100 Watt wird im Innenraum der Spule 61
ein Wechselfeld erzeugt, welches die Kathode 60 zun
ίο Glühen bringt. Die dann davon ausgehenden Elektronet
werden durch die Elektronenlinse 64, die über eim
Leitung 65 auf negativer Spannung von 0,2 bis 2,5 k\
liegt, auf den Teller 66 der Anodenanordnung 5' gelenkt. Dort entstehen durch Abbrerrsmg de
Elektronen in bekannter Weise Röntgenslrahlen. Di( Beschleunigung der Elektronen wird durch Anlegen vor
Hochspannung /wischen der Leitung 67 und den Stutzen 68 der Anodenanordnr'ne 59 bewirkt. D<
schicht 56 gehemmt. Die vom Einschalten der Kathode bis zur Aufnahmebereitschaft vergehende Zeit wird so
verkürzt, weil die zu erhitzende Masse klein ist.
Stromquelle, und der Stutzen 68 ist mit dem positiver Anschluß dieser Quelle verbunden.
Hier/u I Blatt ZeichiimcL-n
Claims (8)
1. Glühkathoden-Röntgenröhre mit einem Hochfrequenzerzeuger, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glühkathode an den Hochfrequenzerzeuger angeschlossen ist, dessen Frequenz im
MHz-Bereich liegt
2. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz 1 bis 100 MHz beträgt
3. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode ein
Röhrchen ist in welches die Zuleitungen an beiden Enden hineinragen.
4. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem
Mehrschichtenmaterial besteht
5. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Zuleitungen der
Glühkathode Elemente enthalten, welche die Ableitung von Wärsie hemmen.
6. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Glühkathode einen
Kern aus Wolfram hat auf den eine Schicht aufgetragen ist die den Obergang von Wärme
hemmt und daß diese außen mit Wolfram beschichtet ist
7. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Wolfram 0,02 bis
0,08 mm stark aufgetragen ist
8. Glühkathoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Glühkathode
induktiv an den Hochfrequenz!. zeuger angeschlossen is'.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2408618A DE2408618C3 (de) | 1974-02-22 | 1974-02-22 | Glühkathoden-Röntgenröhre mit einem Hochfrequenzerzeuger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2408618A DE2408618C3 (de) | 1974-02-22 | 1974-02-22 | Glühkathoden-Röntgenröhre mit einem Hochfrequenzerzeuger |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2408618A1 DE2408618A1 (de) | 1975-08-28 |
DE2408618B2 DE2408618B2 (de) | 1978-07-27 |
DE2408618C3 true DE2408618C3 (de) | 1979-04-05 |
Family
ID=5908213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2408618A Expired DE2408618C3 (de) | 1974-02-22 | 1974-02-22 | Glühkathoden-Röntgenröhre mit einem Hochfrequenzerzeuger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2408618C3 (de) |
-
1974
- 1974-02-22 DE DE2408618A patent/DE2408618C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2408618A1 (de) | 1975-08-28 |
DE2408618B2 (de) | 1978-07-27 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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