DE2409526A1

DE2409526A1 - ROTATING ANODE FOR ROUND TUBES

Info

Publication number: DE2409526A1
Application number: DE2409526A
Authority: DE
Inventors: Fred John Rollfinke
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1974-09-12
Also published as: ATA156074A; NL176621C; US3851204A; FR2220094B1; DE2409526C2; NL7401850A; AT340008B; NL176621B; FR2220094A1

Description

Dr. Horsi SchülerDr. Horsi pupil

PatentanwaltPatent attorney

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Februar „ Niddaetr,*9 . Dr.Sb./es.-ro. 6 frankfürt / Main 1 _{2γ> February} " Niddaetr, * 9. Dr.Sb./es.-ro.

263O-15XR-1366263O-15XR-1366

GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectadv. N.Y. , U.S.A-.1 River Road
Schenectadv. NY, USA-.

Rotierbare Anode für RöntgenröhrenRotatable anode for X-ray tubes

D'ie vorliegende Erfindung betrifft Anoden für Röntgenstrahlen erzeugende Röhren und sie betrifft insbesondere eine solche Anodenart, die innerhalb der Röntgenröhre gedreht werden kann. Die Erfindung ist durch eine Anodenkonfiguration charakterisiert, die geschaffen wurde, um Verbesserungen der physikalischen und mechanischen Eigenschaften und der Arbeitsbedingungen der Anode und demgemäß auch der Röntgenröhre zu erhalten, verglichen mit den bisher verwendeten Anoden.The present invention relates to, and more particularly, relates to anodes for x-ray generating tubes Type of anode that can be rotated inside the X-ray tube. The invention is characterized by an anode configuration, which was created to make improvements to the physical and mechanical properties and the working conditions of the anode and accordingly also of the X-ray tube, compared with the anodes used so far.

Die Erfindung ist insbesondere gerichtet auf rotierende Anoden aus einem einzelnen festen Metall, ebenso wie aus Bimetall oder aus einem Verbundstoff aus Metall und Nichtmetall, wobei eine Anodenscheibe oder mindestens ein Teil davon aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt ist, um den Vorteil der verschiede-The invention is particularly directed to rotating anodes made of a single solid metal, as well as bimetal or made of a composite of metal and non-metal, one Anode disk or at least a part of it is composed of different materials in order to take advantage of the different

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nen Eigenschaften solcher Materialien zu haben. Mit der Verwendung der bekannten drehboren Anodenscheiben pus Bimetall sind Schwierigkeiten aufgetreten wegen des Verziehens, das durch den Unterschied der thermischen Ausdehnung zwischen den Metallen verursacht wurde, wodurch der Röntgenstrahl verzerrt wurde. Es ist daher Zweck der vorliegenden Erfindung, diese Schwierigkeit zu vermeiden und eine verbesserte Struktur durch Schmieden einer symmetrischen Gestalt zu erzielen.to have properties of such materials. With the use The known rotatable anode disks pus bimetal have encountered difficulties because of the warping caused by caused the difference in thermal expansion between the metals, thereby distorting the X-ray beam. It Therefore, the purpose of the present invention is to avoid this difficulty and to provide an improved structure by forging a to achieve symmetrical shape.

Es sind bisher zwei allgemeine Arten drehbarer Anoden für die Verwendung für Röntgenstrahlen erhältlich gewesen. In der üblicheren Art hat die Anode die Form einer kreisförmigen Platte oder Scheibe einer flachen, konkrv-konvexen Gestalt. Die Anodenscheibe ist auf einem rotierbrren Schaft montiert, der innerhalb des Glaskolbens der Röhre getragen ist, wobei die konvexe Oberfläche der Scheibe einer Kathode gegenüberliegt, die im Abstand dazu gehalten ist. Die periphere Grenze der konvexen Oberfläche der Scheibe, die der Kathode gegenüberliegt, bildet den Target- oder Fokusbereich und dieserVmit den Elektronen beschossen, die von der Kathode abgegeben werden, wenn die Röhre in Betrieb ist. Dieser Fokusbereich ist mit Bezug auf den Weg der Elektronen, die auf diesen Bereich auftreffen, geneigt, so daß die Röntgenstrahlung, die durch das Beschießen erzeugt wird, seitwärts gerichtet (radial von der Scheibe) wird, um das zu untersuchende Subjekt zu erfassen. Die Konvexizität der Scheibe schafft so wirksam mit einer Minimalmenge an Material in der Scheibe die obengenannte Targetneigung. Dieses Merkmal der minimalen Materialmenge ist erwünscht sowohl vom ökonomischen Standpunkt, da die besseren Targetmetalle sehr teuer sind,Two general types of rotatable anodes for use with X-rays have heretofore been available. In the more common Art, the anode has the shape of a circular plate or disk of a flat, concrete-convex shape. The anode disk is mounted on a rotating shaft, which is inside of the glass bulb of the tube is borne, the convex Surface of the disc is opposite a cathode, which is held at a distance from it. The peripheral border of the convex The surface of the disk opposite the cathode forms the target or focus area and this with the electrons that are emitted by the cathode when the tube is in operation. This focus area is related to the Path of the electrons hitting this area, inclined, so that the X-rays generated by the bombardment are directed sideways (radially from the target) to capture the subject to be examined. The convexity of the disc thus creates effectively with a minimal amount of material the target inclination mentioned above in the disk. This minimum material feature is desirable from both an economic point of view Point of view, since the better target metals are very expensive,

aus
als auchifunktionellen Gründen. Die andere Art drehbarer Anode, die bisher verwendet worden ist, weist eine im allgemeinen zylindrische Gestalt auf mit einem konischen oder kegelstumpf förmigen geschlossenen Endstück, das als Fokusbereichthe end
as well as for functional reasons. The other type of rotatable anode that has heretofore been used has a generally cylindrical shape with a conical or frusto-conical closed end piece serving as the focus area

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dient. In beiden bekannten Anodenprten ist es nur möglich, eine Oberfläche als FoVusbereich zu verwenden, und wenn diese Oberfläche durch Erosion_y Aufrauhung, Verzerrung usw. erschöpft oder unbrauchbar geworden ist, dann muß die Röhre auseinandergebaut und die Anode ersetzt oder durch Bearbeitung wieder in einen brauchbaren Zustand zurückgeführt werden.serves. In both known Anodenprten it is only possible to use a surface as FoVusbereich, and has become if this surface is exhausted or eroded _y roughening, distortion, etc. unusable, the tube must be disassembled and replaced the anode or re-usable in a through processing State.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gebrauchsdauer einer drehbaren Seheibenanode zu verlängern, indem man sie so ausbildet, daß zwei Fokus- oder Targetoberflächen geschaffen sind - eine auf ,jeder Seite der Scheibe - benachbart ihrer Peripherie, wobei diese Flächen symmetrisch zu der Zentralflache auf der Scheibe angeordnet sind. Wenn dann eine Tnrgetoberflache durch den Elektronenbeschuß korrodiert oder unbrauchbar geworden ist, dann kann die Scheibe von dem rotierbaren Schaft entfernt, umgedreht und dann erneut auf den Schaft aufgebracht werden, um die andere Targetoberfläche in die Gebrauchsstellung zu bringen. Die Betriebsdauer der Anode wird so wirksam verdoppelt, bevor sie ersetzt oder aufgearbeitet werden muß. Enthält eine Röntgenröhre zwei Kathoden, dann kann die doppelte Lebensdauer erreicht werden durch Verwenden der zweiten Kathode mit dem zweiten Fokuspfijd, ohne das Target herauszunehmen und wieder zusammenzubauen. Verzerrungsprobleme, wie sie bei den Bimetall anöden der bekannten Art auftraten, sind durch die symmetrische Gestaltung der erfindungsgemäßen Anode ebenfalls weitgehend vermieden. Es ist auch möglich, die Anode so anzuordnen, daß man beide Targetoberflächen dieser Anode gleichzeitig verwende^ um zwei Röntgenstrahlen zu erzeugen oder einen verstärkten Röntgenstrahl, wo ein solcher erforderlich ist.It is accordingly an object of the present invention to provide Extend the service life of a rotating disk anode by they are designed so that two focus or target surfaces are created - one on each side of the disc - adjacent to its periphery, these surfaces being symmetrical to the central surface are arranged on the disc. If then a door surface is corroded or unusable by the electron bombardment, then the disk can be removed from the rotatable Shank removed, flipped, and then reapplied to the shank to put the other target surface in the position of use bring to. This effectively doubles the service life of the anode before it has to be replaced or refurbished. If an X-ray tube contains two cathodes, double the service life can be achieved by using the second cathode with the second focus without removing the target and reassemble. Distortion problems like those with the bimetal Anodes of the known type occurred are due to the symmetrical Design of the anode according to the invention also largely avoided. It is also possible to arrange the anode so that you use both target surfaces of this anode at the same time ^ to produce two x-rays or an amplified x-ray where one is required.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail. Show in detail:

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Figur 1 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, einer tvpischen Röntgenstrahl en erzeugenden Röhre, die eine rotäerbrre Anode der vorliegenden Erfindung enthält,FIG. 1 is an elevation, partly in section, of a tube generating a typical x-ray beam and having a rotator Anode of the present invention contains

Figur 2 eine Dmufsieht ?uf die in Figur 1. gezeigte Fläche der gedrehten Anode in vergrößertem Maßstab,FIG. 2 shows a view of the surface of the rotated anode shown in FIG. 1 on an enlarged scale,

Figur ? eine Kanten- oder Seitenansicht der in Figur 2 gezeigten Anode undFigure? an edge or side view of that shown in FIG Anode and

Figur 4 einen Querschnitt der Anode der Figur 2 längs der Linie A-A. FIG. 4 shows a cross section of the anode of FIG. 2 along the line AA.

Die Röntgenröhre 10 in Figur 1 besteht im wesentlichen aus einem Gips- oder nnderen Kolben 12, der eine Kathodeneinheit 14 enthält, die durch einen geeigneten Faden 16 erhitzt ist, um die Elektronenemission zu bewirken. Innerhalb des Kolbens 12 ist auch eine Anodeneinheit 18 angeordnet, die einen Rotor und eine Trageinrichtung für einen Schaft 20 und eine kreisförmige Anodenscheibe 22 umfaßt, die auf das Endstück des Schaftes montiert ist. Der periphere Rand der Anodenscheibe ist der Kathode 14 gegenüber angeordnet. Die Anodeneinheit 18 schließt eine nicht dargestellte, geeignete induktive oder magnetische Einrichtung ein, welche die Rotation des Schaftes 20 nach Einwirkung eines geeigneten rotierenden elektromagnetischen Feldes bewirkt, das äußerlich den Halsteil der Röhre umgibt. Die Röhre wird mit einem Strom relativ geringer Spannung für den Faden über die Anschlüsse 24 versehen, von denen einer auch als Kpthodenanschluß dienen kann. Die drehbare Anodenscheibe ist mit dem Anschluß 26 verbunden, um dort eine hohe Spannung anzulegen. Während des Betriebes der ,Röhre wird die Anodenscheibe 22 durch die Einheit IR mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit betrieben und eine hohe gleichgerichtete Spannung wird zwischen der Kathode 14 und der Anode 22 über die The x-ray tube 10 in Figure 1 consists essentially of a plaster or other bulb 12 which contains a cathode unit 14 which is heated by a suitable filament 16 to effect the emission of electrons. Also disposed within the piston 12 is an anode unit 18 which includes a rotor and support means for a shaft 20 and a circular anode disk 22 which is mounted on the end of the shaft. The peripheral edge of the anode disk is arranged opposite the cathode 14. The anode assembly 18 includes suitable inductive or magnetic means, not shown, which cause the shaft 20 to rotate upon exposure to a suitable rotating electromagnetic field externally surrounding the neck portion of the tube. The tube is supplied with a relatively low voltage current for the filament through terminals 24, one of which can also serve as a cathode terminal. The rotatable anode disk is connected to the terminal 26 in order to apply a high voltage there. During operation of the tube, the anode disk 22 is operated by the unit IR at a high rotational speed and a high rectified voltage is applied between the cathode 14 and the anode 22 across the

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vorgenannten Anschlüsse 24, ?,6 angelegt, um die durch die Kathode emittierten Elektronen anzuziehen und auf die Oberfläche der rotierenden Scheibenanode 22 aufschlagen zu lassen. Dps Auftreffen der Elektronen auf die Fläche der Scheibe bringt Röntgenstrahlen hervor, die seitlich durch die Seitenwand des Kolbens 12 der Röhre 10 projiziert und auf dem zu untersuchenden Subjekt konzentriert werden. Die meiste Energie der beschleunigten Elektronen, die auf der rotierenden Anodenscheibe 22 aufschlagen, wird in Wärme umgewandelt mit dem Ergebnis daß die Anodenscheibe rasch eine sehr hohe Temperatur erreicht. Wird die Temperatur zu hoch, dann verbrennt die Scheibe und die erzeugte Röntgenstrahlung wird eher zerstreut als in eine bestimmte Richtung geleitet. Die Verwendung von hochschmelzenden Metallen, ihren Legierungen und anderen Materialien mit hohen Schmelzpunkten wird daher für die Herstellung der Anodenscheibe 22 erforderlich, damit diese eine vernünftige oder praktische Lebensdauer hat. So kann z.B. Molybdän verwendet werden ebenso wie die anderen Metalle Wolfram und Rhenium, die noch höhere Schmelzpunkte haben und daher aus diesem Grunde erwünscht sind. Die letztgenannten Metalle haben .jedoch nicht so gute Wärmeableitungseigenschaften und weisen darüber hinaus den zusätzlichen Nachteil auf, daß sie wesehtlich teurer sind, insbesondere das Rhenium. Aus diesem Grunde werden häufig bimetallische rotierte Anodenscheiben verwendet, bei denen die Fokusfiläche der rotierenden Anodenscheibe aus einem der sehr hoch schmelzenden Metalle oder Legierungen hergestellt wird, die hohen Temperaturen widerstehen können, während der Rest und im allgemeinen der Hauptteil der rotierenden Anodenscheibe aus einem billigeren, aber immer noch relativ hoch schmelzenden Material gebildet wird, wie Molybdän oder Graphit, welche die besseren thermischen Eigenschaften aufweisen.aforementioned terminals 24,?, 6 applied to the through the cathode to attract emitted electrons and strike the surface of the rotating disk anode 22. Dps impact the electrons on the surface of the disk bring x-rays which laterally through the side wall of the piston 12 of the tube 10 and projected onto the subject to be examined be concentrated. Most of the energy of the accelerated electrons hitting the rotating anode disk 22 is converted into heat with the result that the anode disk quickly reached a very high temperature. If the temperature becomes too high, the pane and the X-ray radiation generated burns is dispersed rather than directed in a particular direction. The use of refractory metals, theirs Alloys and other materials with high melting points will therefore required for the manufacture of the anode disk 22 so it has a reasonable or practical lifespan. For example, molybdenum can be used as well as the other metals Tungsten and rhenium, which have even higher melting points and therefore are desirable for this reason. The latter metals have .but not so good heat dissipation properties and also have the additional disadvantage that they are essential are more expensive, especially rhenium. For this reason, bimetallic rotated anode disks are often used, in which the focus area of the rotating anode disk consists of one made of very refractory metals or alloys that can withstand high temperatures during the The remainder and in general the main part of the rotating anode disk are made from a cheaper but still relatively high melting point Material is formed, such as molybdenum or graphite, which have the better thermal properties.

In den Figuren 2, 3 und 4 umfaßt die Anodenscheibe 22 eine relativ dünne, im wesentlichen flache, kreisförmige Scheibe mit einer axialen Öffnung 30. durch welche die Scheibe auf das EndeIn Figures 2, 3 and 4, the anode disk 22 comprises a relative thin, substantially flat, circular disc with an axial opening 30. through which the disc onto the end

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des Schaftes 20 montiert werden.kann. Die Scheibe 22 weist eine gleichförmige Konfiguration an den gegenüberliegenden Flächen auf, wodurch die zentrale Ebene senkrecht zu der Öffnung 30 eine Symmetrieebene bildet, wie durch die mit S bezeichnete unterbrochene Linie in Figur Λ angegeben ist. Die peripheren Ränder der Scheibe 22 sind abgeschrägt und bilden ringförmige. im wesentlichen plannre Flächen 32. die in gleicher Weise zu der Svmmetrieebene geneigt sind. Diese Flächen bilden die Target- oder Fokusflächen der Anode und Teile dieser Flächen sind nacheinander dem Elektronenbeschuß während der Rotation der Scheibe von der Kathode ausgesetzt. Wie bereits erwähnt, führt dieser Beschüß zu Röntgenstrahl abgaben von der Targetoberfläche_; die dann radial seitwärts nach außen aus der Röntgenröhre gerichtet sind. Um dies in der richtigen Weise zu bewirken,, sind die Targetf1ächen 32 mit einem Grundwinkel ausgeführt der zwischen etwa 0 F und 20 variiert, gemessen zwischen der Projektion eines Elementes oder der Mantellinie der Drehung der Fläche und der vorgenannten Svmmetrieebene S.of the shaft 20 can be mounted. The disk 22 has a uniform configuration on the opposite surfaces, whereby the central plane forms perpendicular to the opening 30 a plane of symmetry, as indicated by the broken line denoted by S in FIG Λ. The peripheral edges of the disc 22 are beveled and form annular. essentially flat surfaces 32 which are inclined in the same way to the symmetry plane. These surfaces form the target or focus surfaces of the anode and parts of these surfaces are successively exposed to electron bombardment during the rotation of the disk from the cathode. As mentioned earlier, this bombardment results in x-ray emissions from the target surface _; which are then directed radially sideways out of the X-ray tube. In order to achieve this in the correct way, the target surfaces 32 are designed with a basic angle which varies between approximately 0 ° F and 20 °, measured between the projection of an element or the surface line of the rotation of the surface and the aforementioned symmetry plane S.

In dem hier beschriebenen spezifischen Beispiel sind die Targetoberflächen 32 auf .leder Seite der Scheibe 22 aus dünnen Schichten hochschmelzenden Metalls gebildet, wie Wolfram oder Wolfram-Rhenium-Legierung, während der zentrale Hauptteil der Scheibe aus einem hochschmelzenden Material, wie Molvbdän, Molybdänlegierung oder Graphit, gebildet ist. Es ist selbstverständlich möglich, eine nur aus Wolfram, Rhenium oder nur aus hochschmelzender Metallegierung bestehende Scheibe zu verwenden und die Herstellung der Scheibe durch Schmieden eines dieser Metalle oder Legierungen führt zu einer besonders erwünschten Anodenstruktur.In the specific example described here are the target surfaces 32 formed on .leder side of the disc 22 from thin layers of refractory metal, such as tungsten or Tungsten-rhenium alloy, while the main central part of the disc is made of a refractory material such as molybdenum, Molybdenum alloy or graphite. It is of course possible, one made only of tungsten, rhenium or only To use existing high-melting metal alloy disc and the manufacture of the disc by forging a these metals or alloys result in a particularly desirable anode structure.

Die rotierbaren Anodenscheiben weisen im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 7,F - TF cm ( 3 - 6 Zoll) und eine Dicke von etwa 3 - 1« mm (I/« - 3/4 Zoll) auf. Diese DimensionenThe rotatable anode disks are generally about 7, F - TF cm (3 - 6 inches) in diameter and thickness from about 3-1 "mm (1/2" - 3/4 inch). These dimensions

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sind in einem hohen Maße durch praktische Betrachtungen vorgeschrieben einschließlich des Ausgleichs der Wärmekapazität mit den Hitzeabfiihrungseigenschrften, der Kompaktheit und der Handlichkeit der Röntgen?ppprate. Es können ,jedoch such andere Dimensionen verwendet werden.are prescribed to a large extent by practical considerations including balancing the heat capacity with the heat dissipation properties, the compactness and the handiness the x-ray ppprate. It can, but look for other dimensions be used.

Es ist klar, daß mit einer Anode der hier beschriebenen Bauart bei Erschöpfung einer Targetoberf1äche 32 die Anodeneinheit aus der Röhre herausgenommen werden kann, um die Scheibe 22 vom Schaft 20 abzunehmen, herumzudrehen und so die gegenüberliegende Targetoberfläche 32 der Kathode 14 gegenüber anzuordnen, wenn die Teile wieder in der Röhre zusammengebaut sind. Außerdem ist es mit der drehbaren Anodenscheibe der erfindungsgemäßen Konfiguration möglich, eine zweite Kathode in der Röntgenröhre vorzusehen, die benachbart der gegenüberliegenden Targetflache angeordnet ist. wodurch beide Targetflachen gleichzeitig zur Erzeugung eines verstärkten Röntgenstrahles verwendet werden können oder einzeln zum Erzeugen ,ie eines getrennten Strahls.It is clear that with an anode of the type described here, when a target surface 32 is exhausted, the anode unit will shut off the tube can be removed to remove the disc 22 from Take off the shaft 20, turn it around and so the opposite one To arrange target surface 32 of the cathode 14 opposite, if the parts are reassembled in the tube. Also is it with the rotatable anode disk of the configuration according to the invention possible to provide a second cathode in the X-ray tube, which is arranged adjacent to the opposite target surface is. whereby both target surfaces are generated at the same time an amplified X-ray beam or individually to generate, ie a separate beam.

Es sind auch andere symmetrische Konfigurationen der Anodenscheibe möglich anstelle der gegenseitig geneigten planaren Flächen Z.B. können solche Flächen abgestuft, gebogen konisch sein oder die Neigung kann umgekehrt sein, so daß sie wechselseitig voneinander weg geneigt sind in der radial sich nach außen erstrekkenden Richtung, je nach der Ausführung der Röntgenröhre, in der solche gedrehten Anoden angewendet werden, oder sie können verschiedene Neigungen aufweisen.There are other symmetrical configurations of the anode disk possible instead of the mutually inclined planar surfaces e.g. such surfaces can be stepped, curved or conical the inclination can be reversed so that they are mutually exclusive are inclined away in the radially outwardly extending direction, depending on the design of the X-ray tube, in of such twisted anodes are used, or they may have various inclinations.

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Claims

P a tentn η s ρ rü che

Rotatable anode for an X-ray generating tube, in which the anode is a relatively thin, essentially TIaehe includes circular disc that has an axis] e device by means of which the disc puf a shaft can be mounted, the disc being plugged so that it has oppositely arranged annular surfaces adjacent their periphery and the annular surfaces are mutually inclined to the central plane of the Disc perpendicular to the axial device so that the central plane is the symmetry plane of the disc forms.

2. Anode according to claim 1, characterized in that the annular surfaces are mutually opposite one another are inclined in the radially outwardly extending direction.

3. Rotatable metal anode according to claim 1, characterized in that at least the main part the disk is made of a material selected from molybdenum, graphite, tungsten, tungsten alloys and molybdenum alloys and that the mutually inclined annular surfaces are made of a metal selected from tungsten and tungsten-rhenium alloys.

4. Anode according to claim 3, characterized that the disc is forged from the metals and alloys mentioned.

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