DE2441968A1

DE2441968A1 - Roentgenstrahlungsgenerator

Info

Publication number: DE2441968A1
Application number: DE2441968A
Authority: DE
Inventors: Martin Braun
Original assignee: Machlett Laboratories Inc
Current assignee: Machlett Laboratories Inc
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1974-09-02
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2441968C3; DE2441968B2; CA1003579A; JPS594439Y2; GB1478318A; CH575698A5; US3894239A; JPS5448580U; JPS5056196A; NL7411735A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-PHIL. G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (08 11) 55 5719

München, den 26. August 1974 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 90

The Maohlett Laboratories, Inc., Stamford, Fairfield, Connecticut, Vereinigte Staaten von Amerika

Röntgenstrahlungsgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlungsgenerator zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit stark monochromatischen Eigenschaften. '

Bei normalen Röntgenstrahlungsgeneratoren finden Drehanoden Verwendung, welohe aus einem schweren Element, beispielsweise aus Wolfram oder aus Gold, bestehen und duroh einen Elektronenstrahl beaufschlagt werden, welcher durch Beschleunigung der Elektronen aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode erzeugt wird. Der Elektronenstrahl wird so fokussiert, daß er auf einen kleinen Teil der Anode auftrifft, so daß ein Röntgenstrahlungsgenerator gesohaffen wird, welcher die Eigenschaft einer punktförmigen Strahlungsquelle besitzt. Bekanntermaßen erzeugt eine punktförmige Strahlungsquelle soharfe Röntgenbilder oder Photographien, während eine ausgedehnte Strahlungsquelle mit einer niedrigeren Bandbreite der räumliohen Frequenzen (bezogen auf eine bestimmte Abtastgeschwindigkeit quer zur Strahlungsrichtung) weniger klare Bilder hervorbringt.

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Es ergibt sioh nun die Schwierigkeit, daß der auf die Anode oder Auftref!elektrode geriohtete Elektronenstrahl ein breites Spektrum von Röntgenstrahlungsfrequenzen anregt, woduroh die Klarheit von Röntgenbildern verschlechtert wird. Am günstigsten wäre die Aufnahme von Rö'ntgenbildern mittels Röntgenstrahlung einer einzigen Frequenz oder monochromatischer Strahlung, da unterschiedliche Frequenzen innerhalb eines breiten Strahlungsspektrunis mit dem Material des Objektes unterschiedlich in Wechselwirkung treten, beispielsweise mit den Gewebepartien oder den Knoohen des menschlichen Körpers.

Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe gelöst werden, einen Röntgenstrahlungsgenerator so auszubilden, daß die von einer Anode oder Auftreffelektrode bei Besohuß mit einem Elektronenstrahl emittierte Röntgenstrahlung stärker monoohromatisoh ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Röntgenstrahlungsgenerator eine Auftreffelektrode, welohe ein Bauteil aufweist, das Fluoreszenzstrahlung emittiert, wenn es auf einer Seite mit ej-nern Elektronenstrahl bestimmter Energie beschossen wird, wobei mindestens ein Teil der Fluoreszenzstrahlung auf der der genannten einen Seite gegenüberliegenden, anderen Seite emittiert wird, ferner eine Einrichtung zur Bewegung der Auftreffelektrode duroh den Elektronenstrahl hindurch und Vorrichtungen zur Auswahl eines in einer bestimmten Richtung von der genannten anderen Seite emittierten Fluoreszenzstrahlungsanteil enthält.

Die verstärkt monochromatische Strahlung wird praktisoh dadurch erzielt, daß eine Anode oder Auftreffelektrode in Form einer dünnen Folie oder eines Belages verwendet wird, welcher größonordnungsmäßig 10 Mikron bis 40 Mikron mißt und aus einem Werkstoff wie Cer oder Molybdän besteht, welohe in ihrem Strahlungsspektrum eine ausgeprägte Fluoreszenzlinie besitzen. Die Auftreffelektrode oder Anode bzw. ihr Strahlung emittierendes Bauteil ist verhältnismäßig undurchlässig gegenüber Bremsstrahlung

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mit Photonenenergien oberhalb des Absorptionsniveaus, ist jedoch verhältnismäßig durchlässig gegenüber Fluoreszenzstrahlung und Bremsstrahlung von niedrigeren Photonenenergien. Dieser Unterschied der relativen Abdämpfung der Strahlung bei Frequenzen ; oberhalb der Fluoreszenzfrequenz gegenüber Strahlung bei oder unterhalb der Fluoreszenzfrequenz wird in der nachfolgend be-. schriebenen Weise dazu ausgenützt, stärker monoohromatisohe Eigenschaften der emittierten Strahlung zu erzielen. Die Auftreffelektrode oder Anode bzw. ihr emittierendes Bauteil ist so dünn, daß sie als durchlassende oder übertragende Anode verwendet werden kann, welche bei Bestrahlung oder Beschüß auf einer Seite durch die Elektronen des Elektronenstrahls einen wesentlichen Teil der Strahlung von ihrer anderen, der mit Elektronen beschossenen Seite gegenüberliegenden Elektrodenseite abgibt.

Eine bewegbare Halterung dient dazu, die Auftref!elektrode bzw. ihr emittierendes Bauteil in bestimmtem Winkel relativ zu einer Auslaßöfinung oder einem Strahlungsfenster des Generators zu halten, so daß die von der anderen, der mit Elektronen beschossenen Seite gegenüberliegenden Elektrodenseite abgegebene Strahlung unter einem bestimmten Ausfallswinkel ausgeblendet wird. Aufgrund dieser geneigten Halterung der Auftreffelektrode muß die in Richtung des Strahlungsfensters oder der Auslaßöffnung emittierte Strahlung einen größeren Weg innerhalb des Materials der Auftreffelektrode oder der Anode zurüoklegen, wodurch erreicht wird, daß die Bremsstrahlung stark abgeschwächt wird, während die Fluoreszenzstrahlung im wesentlichen ohne Abdämpfung austritt. Weiche Röntgenstrahlung mit Frequenzen wesentlich unterhalb der Fluoreszenzstrahlung werden durch ein geeignetes Fenstermaterial in der Auslaßöffnung abgeschwächt, welches im wesentlichen gegenüber dieser weiohen Röntgenstrahlung undurchlässig ist. Die schließlich erhaltene Ausgangsetrahlung besitzt demzufolge eine stark verminderte spektrale Bandbreite, wobei eine starke Intensität der Strahlung bei oder nahe der Fluoreszenzstrahlung gegeben ist. Die Halterungskonstruktion für die Auftreffelektrode oder Anode ist sowohl thermisch als auch elektrisch leitfähig, eo daß die Anode oder Auftref!elektrode gut

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«f.

! gekühlt werden kann und auch das Anlegen der elektrischen Potentialdifferenz zwisohen Anode und Kathode ohne weiteres möglioh : ist.

Zweokmäßige Ausgestaltungen bilden im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüohe, auf welohe zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung hiermit ausdrücklich hingewiesen wird. Einige Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeiohnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 eine Schnittansioht eines Röntgenstrahlungsgenerators mit einer Auftreffelektrode oder Anode, welohe unter einem bestimmten Winkel gegenüber einer Auslaßöffnung oder einem Strahlungsfenster orientiert ist, wobei eine Ausgangsstrahlung mit stark monochromatisphen Eigenschaften erreicht wird,

Figur 2 einen vereinfachten Schnitt durch eine Ausführungsform, bei der die Röntgenstrahlung exzentrisch zu einer Drehanodenanordnung abgegeben wird und sich das Elektronenstrahlerzeugungssystem außerhalb der Drehanodenanordnung befindet,

eine dritte Ausführungβform, bei welcher das Elektronenstrahlerzeugungssyetem etwa parallel zur Drehaohse einer Drehanodenanordnung orientiert ist, während die Röntgenstrahlung etwa senkreoht zur Drehachse abgegeben wird,

ein charakteristisches Röntgenstrahlungsspektrum eines Werkstoffs, welcher zu Fluoreszenzstrahlung anregbar ist und

graphische Darstellungen, welohe die Winkelabhängigkeit der Strahlungsreinheit und der relativen Intensitäten der emittierten Strahlung für Molybdän- und Ceriumanod«n angeben, wie sie in Röntg«nstrahlung«gen*rator«n gemäß Figur 1 verwendbar sind.

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Figur 3

Figur k

Figuren und 6

;In Figur 1 ist ein Strahlungsgenerator mit 20 bezeichnet, welcher, nach den hier angegebenen Prinzipien monochromatische Röntgenstrahlung in einem mit 22 bezeichneten Strahlungsbündel erzeugt. Der Röntgenstrahlungsgenerator 20 weist ein Gehäuse 24 aus Metall, beispielsweise aus Blei auf, das gegenüber der Röntgenstrah- : lung durchlässig ist und ein Fenster 26 besitzt, das als Auslaß- i öffnung für die Röntgenstrahlung dient und aus einem strahlungs- ^; durohlässigen Material, etwa aus Aluminium oder Beryllium, gefertigt ist. Eine Anodenanordnung 28 besitzt einen Anodenteller. 30 aus einem Werkstoff, weloher gegenüber Röntgenstrahlung duroh- ■ lässig ist, etwa aus Beryllium oder aus Graphit, wobei der Anodenteller drehbar an einer Welle 32 gelagert ist, die von einem ;Motor 34 in Umdrehung versetzt werden kann. Der Anodenteller 30 ist von einem evakuierten Gehäuse oder Kolben 36 umschlossen, der aus einem für Röntgenstrahlung durohlässigen Werkstoff, beispielsweise aus Glas, besteht. Ein Auftreffelektrodenkörper 33, etwa in Form eines dünnen Bandes, ist auf der Innenseite des Anodentellers 30 nahe dessen Randes angeordnet und läuft bei Drehung des Anodentellers 30 unter einem Elektronenstrahl 40 hin- j durch, weloher von einer Kathode 42 ausgehend in Richtung auf die Anodenanordnung 28 aufgrund einer Potentialdifferenz be- ^: schleunigt wird, welohe durch eine Spannungsquelle 44 erzeugt ; wird, die über Anschlüsse 46 bzw. 48 an die Anodenanordnung 28 bzw. die Kathode 42 gelegt ist. Die Spannungsquelle 44 ist nur j schematisch angegeben. '■■

Die Anodenanordnung 28 ist elektrisch leitfähig ausgebildet, so daß die Spannung der Spannungsquelle 44 dem Auftreffelektrodenkörper 38 mitgeteilt wird. Außerdem ist der Anodenteller 30 thermisoh leitfähig, um den Auftreffelektrodenkörper 38 zu kühlen. Die Kathode 42 ist an einem Haltearm 50 gehaltert, der auch, was nioht im einzelnen gezeigt ist, die elektrischen Anschlußleitungen zum Anlegen der elektrischen Spannung der Span- ■ nungsquelle 44 an die Kathode 42 enthält. Außerdem besitzt die Kathode 42 einen Kathodenheizdraht, der duroh entsprechende Ansohlußleitungen mit Energie versorgt wird, was ebenfalls nioht in Einzelheiten in Figur 1 wiedergegeben ist. ^;

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Es ist bedeutsam, daß der Auitreffelektrodenkörper 38 an dem Anodenteller 30 unter einem schrägen Winkel gegenüber dem Auslaßfenster 26 gehaltert ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß nur derjenige Teil der von dem Auftreffelektrodenkörper 33 aufgrund des Bombardements des Elektronenstrahls 40 emittierten Strahlung, welcher in Richtung des Fensters 26 emittiert wird, abgegeben wird. Die Stärke des Auftreffelektrodenkörpers 38 liegt in der Größenordnung von 10 Mikron bis 40 Mikron und ist

j damit ausreichend groß, um die Elektronen des Elektronenstrahls 40 abbremsen zu können. Auf der der Kathode 42 zugekehrten Oberfläche des Auftreffelektrodenkörpers 38 wird Röntgenstrahlung

j erzeugt, wobei ein Teil dieser Strahlung den Auftreffelektrodenkörper 38 durchdringt und auf der jeweils anderen Seite in Richtung auf das Strahlungsfenster 26 austritt. Aufgrund der schrägen Orientierung des Auftreffelektrodenkörpers, etwa unter einem Winkel von 70° bis 85° je naoh dem für den Auftreffelektrodenkörper 38 verwendeten Werkstoff müssen diejenigen Strahlen, welche durch das Strahlungsfenster 26 austreten sollen, einen größeren Weg durch den Auitreffelektrodenkörper 38 hinduroh zuriioklegen, wobei dieses WegstUok bedeutend größer als die Stärke des Auftreffelektrodenkörpers 38 ist. Letzterer besteht bei einem Ausfuhrungsbeispiel aus Molybdän, welches als Quelle für eine starke fluoreszente Röntgenstrahlung dienen kann. Bei Bestrahlung durch die Elektronen des Elektronenstrahls 40 liefert

der Auftreffelektrodenkörper sowohl Bremsstrahlung als auoh i Fluoreszenz-Röntgenstrahlung, wobei jeweils ein Teil beider j Strahlungsarten in Riohtung auf das Strahlungsfenster 26 hin ! emittiert wird. Aus diesem Grunde durchlaufen beide Strahlungsarten ein WegstUok innerhalb des Auftreffelektrodenkörpers 38, welches wesentlich größer als die Stärke dieses Bauteils ist ; und da Molybdän gegenüber Bremsstrahlung mit Photonenenergien j über derjenigen der Fluoreszenzstrahlung stärker undurchlässig j ist, wird die Bremsstrahlung während ihres Durohlaufs duroh ; den Auftreffelektrodenkörper 38 stark abgedämpft, während die Fluoreszenzstrahlung keine Dämpfung erfährt. Weitere Röntgen- ; strahlung, welohe Photonenenergien wesentlich unterhalb der

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Energie der Fluoreszenzstrahlung besitzen, werden duroh das Aluminiumfenster in dem Strahlungsauslaß 26 abgedämpft oder im wesentlichen zurückgehalten. Die Röntgenstrahlung 22, welche duroh das Fenster 26 hindurch austritt, ist daher im wesentlichen monochromatisch, da nur Strahlung mit Fluoreszenzfrequenz und Strah- , lung mit Frequenzen in der Nähe der Fluoreszenzfrequenz durch' das Fenster 26 austreten.

Figur 2 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform, wobei der Röntgenstrahlungsgenerator hier zur Unterscheidung gegenüber demjenigen nach Figur 1 mit 2OA bezeichnet ist. Von einem in einem Gehäuse 24A vorgesehenen, dem Strahlungsfenster 26 des Gehäuses 2k nach Figur 1 entsprechenden Strahlungsfenster 26a tritt eine Röntgenstrahlung aus, welche mit 52 bezeichnet ist. Ein Auftreffelektrodenkörper 54 ist an einem in der aus Figur 2 ersiohtliohen Weise geformten Anodenteller 56 angeordnet, welcher mittels eines geeigneten Motors, etwa wie in Figur 1 bei 34 gezeigt, in Umdrehung versetzt werden kann. Die Welle 58 und der Anodenteller 56 sind elektrisch leitfähig, um die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 44A an den Auftreffelektrodenkörper 54 anlegen zu können. Ein Elektronenstrahlerzeugungssystera 60 enthält eine Kathode 62 und eine Gitterelektrode 64 in Gestalt eines Ringes, welcher die Elektronen eines Elektronenstrahls 66 nicht aufhält und diese Elektronen von der Kathode 62 auf die Auftreffelektrode oder die Anode 54 hinlenkt. Ein Kathodenheizfaden 68 wird durch eine Heizstromquelle 70 gespeist und heizt die Kathode 62 so stark auf, daß Elektronen : emittiert werden. Zwischen der Kathode 62 und dem Anodenkörper 54 wird mittels einer Spannungsquelle A4A eine Potentialdifferenz erzeugt und eine Gitterimpulsschaltung 72 bewirkt eine Potentialdifferenz zwisohen der Gitterelektrode 64 und der Kathode 62 zum impulsweisen Ein- und Ausschalten des Elektronenstrahls 66.

Bedeutsamerweise ist der Anodenkörper 54 unttr «inen bestimmten Neigungswinkel relativ zu des Strahlungsfcnittr 26A angeordnet,

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ähnlich, wie dies bezüglich des Anodenkörpers 38 und des Strah- ! lungsfensters 26 nach Figur i beschrieben worden ist. Auch hier verläuft die Achse des Elektronenstrahls normal zur Oberfläche des Anodenkörpers 54. Die von dem Anodenkörper 54 emittierte, in Figur 2 eingezeichnete Strahlung breitet sich unter einem bestimmten Austrittswinkel gegenüber der Oberfläche des Anodenkörpers 54 aus, was zu einer Abdämpfung der Bremsstrahlung führt, wie zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 ausgeführt worden ist. Man sieht also, daß die mit 52 bezeichneten Röntgenstrahlen ähnlich den mit 22 bezeichneten Röntgenstrahlen naoh Figur 1 stark monochromatische Eigenschaft besitzen.

In Figur 3 ist im Schnitt eine Teilansioht einer weiteren Ausführungsform eines Röntgenstrahlungsgenerators gezeigt, welcher hier mit 2OB bezeichnet ist. Ein Anodenteller 74 kann um eine Welle 76 in Umdrehung versetzt werden und trägt eine Auftreffelektrode oder einen Anodenkörper 78, der so befestigt ist, daß eine Normale zu seiner Oberfläche gegenüber der Drehaohse der Welle 76 leicht geneigt ist. Ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 60 ist so ausgebildet und angeordnet, daß ein Elektronenstrahl 66 senkrecht auf die Oberfläche des Anodenkörpers 78 auftreffen kann. Ein teilweise eingezeichnetes Gehäuse 80 ist mit einem Strahlungefenster 82 versehen, welches als Auslaß für die Röntgenstrahlen 84 dient, die unter einem bestimmten Austrittswinkel von der Oberfläche des Anodenkörpers 78 emittiert werden. Aus denselben Gründen, wie sie zuvor bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 und 2 angegeben wurden, sind die Röntgenstrahlen 84 stark monoohromatisoh.

Figur 4 zeigt das Spektrum der Strahlungsemission von Molybdän als Ergebnis einer Messung unter einem Austrittswinkel von 80 gegenüber der Normalen zur Oberfläche eines Anodenkörpers, beispielsweise des Anodenkörpers 38 naoh Figur 1. Die in der Zeiohnung verver te te η Messungen gelten für eine Dicke des Anodenkörpers von 10 Mikron und von 20 Mikron, während die Kurve für die Rückstrahlung entsprechend einer unendlichen Dicke der Anode aufge-

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nommen ist. Die Röntgenstrahlungsausbeute ist auf der Ordinate aufgetragen, während die Photonenenergie der Röntgenstrahlung längs der Abszisse aufgetragen ist. Die Fluoreszenzstrahlung tritt in einem Spektrumslinienpaar bei etwa 18 keV auf. Die höchste Reinheit der Strahlung wird für die Messung bei einer Dicke des Anodenkörpers von 20 Mikron erzielt, während die niedrigste Reinheit der Strahlung für die Ruckstrahlbedingungen aufgenommen wird, wobei die Reinheit das Verhältnis der Intensität der Strahlung im Bereich der Fluoreszenzfrequenz gegenüber der Gesamtintensität der Strahlung über das gesamte Spektrum hinweg ist. Der Spektruiiisverlauf für Cerium hat ähnliche Gestalt wie für Molybdän. Als Beispiel für eine Anwendung des Röntgenstrahlungsgenerators 20 nach Figur 1 sei die Untersuchung des mensohliohen Körpers durch Gefäßaufnahmen angegeben. Bei der Gefäßaufnahme oder Angiographie wird ein Farbstoff oder ein Kontrastmittel, beispielsweise Jod oder eine Jodverbindung, dem Patienten verabreicht, da dieser Stoff Röntgenstrahlung absorbiert und daher einen deutlichen Schatten von einem bestimmten Organ oder Blutgefäß gegenüber dem Schattenbild anderer Gewebe erzeugt, welche eine davon verschiedene Menge des Jodfarbstoffes oder -Kontrastmittels absorbiert haben. In diesem Falle wird als Werkstoff für den Anodenkörper 38 Cerium oder ein oft auch als "Ceria" bezeichnetes Ceriumoxid gewählt, nachdem das Röntgenstrahlungs-Emissionsspektrum von Cerium in vorteilhafter Weise auf das Absorptionsspektrum von Jod abgestimmt ist. Die Fluoreszenz- . Emissionslinien von Cerium (aufgrund eines Sprunges eines Elektrons von einer äußeren Schale des Ceriumatoms auf einen Leerplatz in einer inneren Sohale duroh das Elektronenbombardement der Kathode 42) treten im wesentlichen am Scheitel der Röntgenstrahlungsabsorptionskurve für Jod auf, wobei in bekannter Weise von einer Darstellung ausgegangen wird, in weloher die Röngtenstrahlungsabsorption von Jod als Funktion der Energie in Elektronvolt der zu absorbierenden Strahlung aufgetragen wird. Auf diese Weise wirken die Auswahl des Werkstoffes Cerium für den

Anodenkörper 38 und die Auswahl des Stoffes Jod als Kontrastmittel in dem abzubildenden Gegenstand in der Weise zusammen,

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daß das erzeugte Bild sehr klar und scharf ist, wobei die Schärj ie und das Auflösungsvermögen auf den monochromatischen Eigen-', schäften der auf den Patienten oder den abzubildenden Gegenstand j treffenden Strahlung und darauf beruht, daß die Energie oder ; Frequenz der einfallenden Strahlung gleich der Energie oder Frequenz am Absorptionssoheitel im Spektrum des Farbstoffes oder Kontrastmittels gewählt wird, welches dem Patienten verabreicht j wird.

Der Anodenkörper 38 enthält einen Werkstoff mit einem Röntgen-

strahlen emittierenden Element niedrigerer Atom-Ordnungszahl, wie beispielsweise Cerium oder Molybdän, welche eine stärker aus- | geprägte K-Emissionslinie erzeugen, als die Elemente höherer

Atom-Ordnungszahl, wie beispielsweise Wolfram. Hierdurch wird j erreioht, daß eine höhere Intensität der weicheren Röntgenstrahlen mit Energien von beispielsweise 34 keV, wie sie für die

Angiographie verwendet wird, unmittelbar durch das Elektronen-

t

ι bombardement des Anodqnkörpers angeregt wird. Beispielsweise \ liegen für eine 20 Mikron dioke Molybdänschioht die K₀*. -Emissions· linien bei 17,5 keV. Bei Beschüß oder Bestrahlung mit Elektronen, welohe eine Energie von 35 bis 40 keV besitzen, konzentriert sich über 95% der gesamten Strahlung im Bereioh von lh bis 20 ι keV Photonenenergie. Duroh die Bestrahlung oder den Besohuß

: einer 40 Mikron dicken Schicht aus Cerium mit Elektronen von 70 keV Energie wird ein Spektrum erzeugt, welches bei Untersuchung bezüglioh eines Austrittswinkels von 80° gegenüber der Normalen zur Ceriumoberflache 70% der Energie im Bereich von

■ 33 bis 40 keV aufweist. Dieses Emissionsspektrum von Cerium entspricht dem Bereich maximaler Absorption im Jodspektrum, so daß Jod der ideale radiographische Farbstoff oder das ideale Röntgenkontrastmittel zur Verwendung in Verbindung mit einer Cerium-Röntgenstrahlungsquelle ist.

In den Figuren 5 und 6 sind graphisohe Darstellungen gezeigt, in welchen die Reinheit des Röntgenstrahlungsspektrums einer Röntgenanode, beispielsweise des Anodenkörpers 38 nach Figur

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als Funktion des Blickwinkels, aus welchem eine emittierende Oberflächenstelle betrachtet wird, aufgetragen ist, wobei der Blickwinkel gegenüber der Normalen zur Anodenoberfläche gemessen wird. Figur 5 zeigt das Ergebnis der Messungen an einer Anode, welche eine 20 Mikron dicke Schicht aus Molybdän enthält, während Figur 6 eine entsprechende Darstellung für eine 40 Mikron dioke Ceriumsohioht wiedergibt. Außerdem sind in den Figuren 5 und 6 die Intensitäten der Strahlung der K^ -Emissionslinien und der Bremsstrahlung eingezeichnet. Die die Strahlungsreinheit wiedergebende Kurve stellt die Intensität, welche für die K^ Emissionslinien gemessen wird, dividiert durch die Gesamtintensität der Bremsstrahlung und der Strahlung an den K₀^ -Emissionslinien dar. Es sei darauf hingewiesen, daß die die Reinheit der Emission wiedergebende Kurve ein Maximum im Bereich von etwa 70 bis 85° des Austrittswinkels oder Blickwinkels hat, wobei diese Lage des Maximums einer der Gründe für die Neigung der Oberfläche des Anodenkörpers 38 gegenüber der Aohse der Röntgenröhre ist. Die Reinheitskurve ist also ein Maß für die monochromatische Qualität der emittierten Strahlung.

Es sei bemerkt, daß die Stärke des Anodenkörpers oder der Auftreff elektrode so gewählt ist, daß dieses Bauteil dünn genug ist,, um im wesentlichen durchlässig für die eigene Fluoreszenzstrahlung zu sein, während die Stärke gleichzeitig dazu ausreioht, die Bremsstrahlung in zufriedenstellendem Maße abzudämpfen. Der filmartige oder folienartige Anodenkörper besitzt eine Breite, welche vielfach größer als die Stärke ist. Durch Ausrichtung des Anodenkörpers oder der Auftreffelektrode unter einem bestimmten Winkel mit Bezug auf die Auslaßöffnung^wird es möglich, einen dünneren Anodenkörper zu verwenden, da diejenigen Strahlungsstrahlen, welche in Richtung auf die Auslaßöffnung oder das Strahlungsfenster laufen, kürzere Wegstücke in dem schräggestellten Anodenkörper zurücklegen müssen als Strahlen, welche sich normal zu der Anodenoberfläche ausbreiten. Zwar hat man eine gewisse Verbesserung der monochromatischen Eigenschaften auoh für den Fall beobachtet, daß die Normale zur Anodenoberfläche auf die

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, Auslaßöffnung oder das Strahlungsfenster hinweist, doch ergibt sich eine noch bessere Monochromatizität bei geneigtem Anodenkörper, offenbar weil normal zu der Anodenoberflache gerichtete

I Bremsstrahlung mit Energien oberhalb der Fluoreszenzenergie an

'weiteren Stellen Fluoreszenzstrahlung an oder nahe der Oberfläche der Auftreffelektrode anregt , welohe der mit Elektronen be-

i sohossenen Elektrodenseite gegenüberliegt. Eine Strahlung, welohe von diesen weiteren Stellen ausgeht, erfährt weniger Abdämpfung als die Fluoreszenzstrahlung, welohe ihren Ausgang von der mit Elektronen bestrahlten Elektrodenseite nimmt, so daß also ein geneigter Auftreffelektrodenkörper eine weitere Verbesserung der monoohromatisohen Eigenschaften bedingt.

,Ein weiterer Vorteil der geneigten Anordnung der Auftreffelektrode oder Anode ist es, daß von der Auelaßöffnung oder dem Strahlungsfenster aus gesehen eine verhältnismäßig kleine projizierte Fläohe als emittierende Fläche anzusehen ist. Praktisch kann also eine verhältnismäßig große Fläche des Anodenkörpers ;durch den Elektronenstrahl beaufschlagt werden, so daß sioh dem Elektronenstrahl eine größere Leistung mitteilen läßt, während die durch das Strahlungsfenster oder die Auslaßöffnung auftre i tende Strahlung von einer verhältnismäßig kleinen Strahlungsi quelle auszugehen scheint, so daß das Verhalten einer punktför- !migen Strahlungsquelle angenähert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform eines Röntgenstrahlungsgenerators der hier vorgeschlagenen Art ist vorgesehen, daß die Anode oder Auftreffelektrode in der Weise hergestellt wird, daß das Anodenmaterial in das Material einer Tragekonstruktion oder eines Trägers hineindiffundiert wird. So kann beispielsweise in der Darstellung nach Figur 1 der Anodenkörper 38 in erster Linie aus Rhenium bestehen, das in einem Ofen bei 2500° C in einen schusseiförmigen Trägerkörper oder in den Anodenteller 30 hineindiffundiert wird, welcher in erster Linie aus Graphit besteht. Der Hauptteil der Anode ist dann eine Mischung aus Rhenium und den da« Rhenium enthaltenden Graphitkörper, weloher wegen der

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verhältnismäßig niedrigen Atomordnungszahl des Hauptbestandteils, nämlich des Graphits, ein tieferes Eindringen der zum Beschüß verwendeten Elektronen gestattet, als wenn der Anodenkörper nur aus reinem Rhenium bestünde. Die durch das Abbremsen der Elektronen erzeugte Wärme verteilt sich so gleichmäßiger über ein größeres Volumen, so daß die Kühlkapazität verbessert wird und größere Intensitäten des Elektronenstrahls zugelassen werden können. Durch die Diffusionstechnik ergibt sioh eine starke Verbindung zwischen dem Anodenkörper und dem Träger.

Wie zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt, ist der Anodenteller 30 oder der schüsseiförmige Träger aus einem Werkstoff mit niedriger Atom-Ordnungszahl hergestellt. Geeignete Werkstoffe hierfür sind Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Aluminium und Kombinationen dieser Elemente miteinander oder mit anderen Elementen niedriger Atom-Ordnungszahl. Bezüglioh der Herstellung des Anodenkörpers 38 seien/Werkstoffβ die Elemente von Zirkonium (Atom-Ordnungszahl kO) bis Palladium (Atom-Ordnungszahl 46) oder Mischungen dieser Elemente genannt, welche kontrastreiche Röntgenbilder von weichen Gewebestellen ermöglichen. Auch können Seltenerdenelemente (Atom-Ordnungszahlen von 57 his 7i) oder Mischungen davon verwendet werden. Diese Elemente besitzen in ihrem Spektrum Fluoreszenzlinien, welche in Jod oder Barium, das im allgemeinen in Kontrastmitteln enthalten ist, leioht absorbiert werden.

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Claims

Patentansprüche

/f lj Röntgenstrahlungsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß er j eine Auitreifelektrode (28, 30,,38 bzw. 54, 56 bzw. 74, 78), welche ein Bauteil (38 bzw. 54 bzw. 78) aufweist, das Fluoreszenzstrahlung emittiert, wenn es auf einer Seite mit einem Elektronenstrahl (40 bzw. 66) bestimmter Energie besohossen wird, wobei mindestens ein Teil der Fluoreszenzstrahlung auf der der ¹ genannten einen Seite gegenüberliegenden, anderen Seite emittiert !wird, ferner eine Einrichtung (32, 34 bzw. 58 bzw. 76) zur Bowe- : gung der Auftreffelektrode durch den Elektronenstrahl hinduroh j und Vorrichtungen (26 bzw. 26A bzw. 82) zur Auswahl eines in ei-,ner bestimmten Riohtung von der genannten anderen Seite emit-' tierten Fluoreszenzstrahlungsanteils enthält.

' 2. Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die,Auswahlvorrichtung ein Gehäuse (24 bzw. 24A J bzw. 80) enthält,'welches gegenüber der emittierten Strahlung !undurchlässig ist, die Auftreffelektrode (28, 30, 38 bzw. 56, ; 54 bzw. 74, 78) umschließt und mit einem Strahlungsfenster (26 bzw. 26A bzw. 82) versehen ist, das mit Bezug auf den emittie- ; renden Bereioh der Auftreffelektrode in der genannten bestimmten Riohtung gelegen und gegenüber der emittierten Strahlung durchlässig ist.

' 3. Röntgenstrahlungsgenerator naoh Anspruoh 2, daduroh gekenn-

^:zeiohnet, daß die Einrichtung zur Bewegung der Auftreffelektrode diese bzw. ihr emittierendes Bauteil (38 bzw. 54 bzw. 78) so haltert, daß die genannte andere, Fluoreszenzstrahlung emittierende Seite einen Winkel zur Ebene des Strahlungsfensters bildet.

¹ 4. Röntgenstrahlungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daduroh gekennzeichnet, daß die Auftreffelektrode einen Anoden-

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träger aufweist, welcher das die Fluoreszenzstrahlung emittierende Bauteil trägt, welohes durch Eindiiiundieren des Fluoreszenzstrahlung emittierenden Werkstoffe in den Träger gebildet

ist, ' ■

5. Röntgenstrahlungsgenerator nach einem der Ansprüche 1, 3 oder k und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der genannten anderen Seite des Fluoreszenzstrahlung emittierenden Bauteils der Auftreffelektrode einen Winkel im Bereich von 70 bis 85° gegenüber der Ebene des Strahlungefensters bildet.

6. ßöntgenstrahlungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluoreszenzstrahlung emittierende Bauteil (38 bzw. 5k bzw. 78) oder der Fluoreszenzstrahlung emittierende Teil der Auftreffelektrode eine Breite besitzt, welche vielfach größer als seine Dicke ist.

7. Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke im Bereioh von etwa 10 Mikron bis kO Mikron liegt.

8. Röntgenstrahlungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7»

dadurch gekennzeichnet, daß die Auft.refieJLektro.de bzw. ihr

mindestens ein

Fluoreszenzstrahlung emittierendes Bauteil/Element mit der Atom-Ordnungszahl im Bereioh von kO bis 46 und 57 bis 71 enthält.

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