DE2711847B1

DE2711847B1 - Roentgenroehre

Info

Publication number: DE2711847B1
Application number: DE2711847A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Ing Kuessel
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1978-07-20
Also published as: GB1581001A; US4130773A; FR2384350A1; JPS53116092A; DE2711847C2; JPS6038819B2; NL7800060A; FR2384350B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Röntgenröhre ist aus Philips Technische Rundschau, 19. Jahrgang, 1957/58, Nr. 11, Seiten 362 bis 364, bekannt Bei dieser bekannten Röntgenröhre sind innerhalb der als zylindrischer Hohlraum ausgebildeten Drehanode drei radial verlaufende Rohre angebracht über die das Kühlwasser in einen Hohlraum gelangt der sich entlang der Innenfläche des als Anodenstreifen ausgebildeten Mantels des Hohlraumes befindet Durch drei andere radial in der Drehanode verlaufende Rohre strömt das Wasser durch die hohle Antriebswelle zurück. Von Nachteil ist jedoch bei dieser bekannten Drehanode, daß mit ihr nur relativ geringe Drehzahlen erreichbar sind, da der als Anode ausgebildete Mantel, der wegen der erforderlichen Kühlung eine bestimmte Dicke nicht überschreiten darf, den bei hohen Drehzahlen infolge der Zentrifugalkräfte auftretenden Drücken im Kühlmedium nicht standhält Mit dieser bekannten Drehanode sind daher auch nur relativ geringe Leuchtdichten zu erzielen, da die erzielbare Leuchtdichte von der Drehzahl abhängt Von Nachteil ist bei dieser bekannten Röntgenröhre ferner, daß die aus der zwischen dem der Drehanode zugewandten Lager und der Drehanode angeordneten Radialabdichtung austretenden Kohlenwasserstoffe direkt in den Hochvakuumraum gelangen. Um die hierdurch bedingte Gefährdung der Röhre durch elektrischen Durchschlag zu vermeiden, ist man daher gezwungen, einen relativ hohen Abstand zwischen Anode und der Kathode einzuhalten.

Zwar ist aus der deutschen Patentschrift 2308508 eine Röntgenröhre bekannt bei der zwischen Radialabdichtung und dem Hochvakuumraum eine Spaltabdichtung vorgesehen ist bei der zudem der Raum zwischen

ORIGINAL INSPECTED

Spaltabdichtung und Radialabdichtung über eine Rohrleitung mit der Vakuumpumpe verbunden ist Trotz dieser Maßnahmen wird jedoch auch bei dieser bekannten Röntgenröhre der Eintritt von Kohlenwasserstoff in den Hochvakuumraum nicht ganz vermieden, vielmehr wird für die Kohlenwasserstoffe im Hochvakuumraum nur ein Endpartialdruck im Bereich zwischen 10-⁶und 10-⁵Torr erreicht

Ebenso wie mit den vorgenannten bekannten Röntgenröhrendrehanoden sind auch mit einer Röntgenröhrendrehanode mit einem feststehenden Verteilerkörper für das Kühlmedium, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 23 08 509 bekannt ist hohe Drehzahlen nicht erreichbar, da das zwischen der rotierenden Anode und dem feststehenden Verteilerkörper befindliche Medium praktisch als Bremse wirkt Außerdem würden bei den bekannten Drehanoden die bei hohen Drehzahlen infolge der Zentrifugalkraft auf die Wandung der Drehanode lastenden Drücke zu Verformungen oder gar zur Zerstörung der Anode führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Röntgenröhre zu schaffen, die im Drehzahlbereich zwischen etwa 6000 und etwa 12 000 U/Min, einsetzbar ist und dabei eine wirksame Sperre für das aus der dem Hochvakuumraum zugewandten Radialabdichtung austretende Kohlenwasserstoffgas aufweist

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Röntgenröhre mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Turbomolekularpumpe zwischen der der Drehanode zugewandten Radialabdichtung und dem Hochvakuumraum wird, da mittels einer Turbomolekularpumpe ein nicht mehr meßbarer Endpartialdruck für die Kohlenwasserstoffe auf der Ansaugseite der Pumpe erreichbar ist ein praktisch kohlenwasserstofffreies Hochvakuum erzielt. Bei der Röntgenröhre gemäß der Erfindung können daher Anode und Kathode infolge der verringerten Durchschlagsgefährdung einen relativ geringen Abstand zueinander aufweisen, was wiederum einen geringen Ionenbeschuß zur Folge hat Bei geeigneter Auslegung der Turbomolekularpumpe kann dabei auf eine zusätzliche Pumpeinrichtung zur Erzielung des die Anode umgebenden Hochvakuums, das lediglich 10-⁷ bis 10~⁵ Torr bei Partialdrücken der Kohlenwasserstoffe von 10-¹⁰ betragen muß, verzichtet werden. Die Röntgenröhre gemäß der Erfindung weist daher eine kompakte Bauweise auf, die eine leichte Handhabung der Röhre ermöglicht

Durch die mechanische Verbindung der Leitungsstükke und Leitungen mit Anode und Mantel zeichnen sich diese durch eine hohe mechanische Festigkeit aus. Die Röntgenröhre ist daher bei Drehzahlen bis zu 12 000 Umdrehungen pro Minute einsetzbar, ohne daß durch den innerhalb der Leitungsstücke auftretenden Druck des Kühlmittels, der bei einer Drehanode mit einem Durchmesser von 250 mm den viertausendfachen Wert der Erdbeschleunigung erreicht eine Oberbelastung des die Anode bildenden Materials zu befürchten wäre. Die vorgenannten Drehzahlen reichen dabei für den Betrieb der Turbomolekularpumpe aus.

Bei der Ausführungsform der Röntgenröhre gemäß Anspruch 6 handelt es sich um eine kompakte Bauweise, bei der alle Übertragungselemente zwischen Motor und Antriebswelle entfallen. Der Antrieb ist daher leicht auszuwuchten und vibrationsfrei.

Ein Ausführungsbeispiel der Röntgenröhre gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Röntgenröhre, F i g. 2 einen Längsschnitt durch die als Hohlkörper ausgebildete Drehanode,

Fig.3 einen Teilschnitt durch die Drehanode längs der in F i g. 2 angegebenen Schnittlinie.

Wie F i g. 1 zu entnehmen ist, enthält die Röntgenröhre eine mit einer hohlen Antriebswelle 1 verbundene Drehanode, die sich in einem von dem Gehäuse 2 ίο eingeschlossenen Hochvakuumraum 3, in den die Kathode 4 hineinragt befindet. Die Drehanode ist, wie aus den F i g. 1 und 3 hervorgeht, als Hohlkörper mit einem die Anode bildenden, aus Kupfer bestehenden Mantel 5 ausgebildet und weist radial an der Stirnseite 6 der Drehanode verlaufende Zuleitungen 7 sowie gleichviel an der anderen Stirnseite 8 radial verlaufende Ableitungen 9 für das Kühlmedium auf. Sowohl die Zuleitungen 7 als auch die Ableitungen 9 sind jeweils über eine Ringleitung 10 miteinander verbunden. Die beiden Ringleitungen 10 stehen über Leitungsstücke 11 miteinander in Verbindung. Dabei bildet das Material des Mantels 5 die Begrenzung der Leitungsstücke 11 nach außen und ein an der Mantelinnenfläche innen anliegendes reifenförmig ausgebildetes, aus Edelstahl bestehendes Teil 12 die Begrenzung der Leitungsstücke nach innen. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, verlaufen die Leitungsstücke 11 etwa im Winkel von 15° zu den Kantenlinien des Mantels 5. Die Leitungsstücke sind dabei gleichmäßig über die Mantelinnenfläche verteilt und parallel zueinander angeordnet.

Das Teil 12 ist mit dem Mantel 5 und mit dem die Leitungen 7 und 9 bildenden Innenteil 13 und der Mantel 5 ferner mit den Stirnflächen 6 und 8 verlötet. Während des Verlötens dieser Einzelteile bei 1000⁰C im Hochvakuum wird die Drehanode entgast, so daß bei Beschüß des Mantels mit Elektronen kein Gas mehr freigesetzt wird.

Wie aus F i g. 1 außerdem hervorgeht, ist der Drehanodenkörper mit der Antriebswelle 1 abnehmbar verbunden. Zur Befestigung des Drehanodenkörpers wird dieser auf den konusförmigen Teil der Antriebswelle 1 aufgesteckt und mittels der Mutter 14 festgeschraubt. Für den Zu- und Abstrom des Kühlmittels sind im konusförmigen Teil der Antriebswelle öffnungen vorgesehen, die in zentralen Ringleitungen 15 münden, welche mit den radial verlaufenden Leitungen 7 und 9 in Verbindung stehen. Das koaxial in der Antriebswelle 1 angeordnete Innenrohr 17 ist mit der Antriebswelle über das Endstück 18 und über eine so Halterung 19, die aus Ringsegmenten besteht, fest verbunden und in einem Kohlegleitlager 20 gelagert.

Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist ist die Antriebswelle 1 in zwei Lagern 21 gelagert. Zwischen Antriebswelle und Gehäuse ist eine Gleitringdichtung 22 vorgesehen. Außerdem ist zwischen dem der Drehanode zugewandten Lager und der Drehanode eine Radialabdichtung 23 vorgesehen. Zwischen der Radialabdichtung 23 und dem Hochvakuum 3 ist eine Turbomolekularpumpe mit in axialer Richtung des Turbinenrotors wechselweise hintereinandergeschaiteten Schaufelkränzen von Rotor- und Statorschaufeln angeordnet Dabei sind die Rotorschaufeln 24 an einer topfförmig ausgebildeten Hülse 25 angebracht, deren Drehachse mit der Drehachse der Antriebswelle 1 zusammenfällt Der Boden der Hülse 25 wird von der Antriebswelle 1 durchdrungen und ist mit dieser fest verbunden. Die Statorschaufeln 26 sind an einem Teil des Gehäuses angebracht der die Hülse konzentrisch

umschließt. Die Ansaugseite der Turbomolekularpumpe ist dabei dem die Drehanode umgebenden Hochvakuumraum 3 zugewandt, während sich auf der Auslaßseite der Turbomolekularpumpe im Gehäuse ein Stutzen 27 für die Absaugleitung befindet Diese steht mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpeinrichtung in Verbindung. Ferner ist eine mit dem Raum zwischen den Elementen der Radialabdichtung 23 verbundene Absaugleitung 28 vorgesehen.

Der Antrieb der Drehanodenröntgenröhre besteht, wie aus F i g. 1 hervorgeht, aus einem Elektromotor, der zwischen den beiden Lagern 2t derart angeordnet ist, daß die Drehachsen der Antriebswelle 1 und des Rotors 29 zusammenfallen. Der Rotor 29 ist durch Aufschrumpfen auf die Antriebswelle 1 mit dieser fest verbunden, während der Stator 30 des Elektromotors mit dem Gehäuse in fester Verbindung steht Zur Kühlung des Motors sind Leitungen 31 für ein Kühlmittel vorgesehen.

Bei dem Elektromotor handelt es sich um einen wassergekühlten Einbau-Asynchronmotor mit statischem Frequenzumformer. Nach Anlaufenlassen bei einer Frequenzänderung von 30 auf 200 Hz erreicht er

ίο bei einer Leistung von 3,5 KVA eine Drehzahl von 12 000 U/Min. Mit der in der Zeichnung dargestellten Röntgenröhre wird eine Dauerleistung von 100 kW erreicht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenröhre, enthaltend ein mit einer Vakuumpumpe über einen Stutzen verbundenes Gehäuse und eine in einem Hochvakuumraum befindliche Drehanode mit radial innerhalb der Drehanode verlaufenden Zu- und Ableitungen für das durch die hohle Antriebswelle in koaxial zueinander angeordneten Leitungen strömende to Kühlmittel, bei der die Antriebswelle in zwei Lagern gelagert ist und zur Abdichtung der Antriebswelle zwischen dem der Drehanode zugewandten Lager und der Drehanode eine Radialabdichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Zuleitungen (7) untereinander und die radial verlaufenden Ableitungen (9) untereinander jeweils Ober Querverbindungen (10) miteinander in Verbindung stehen und daß das System der Zuleitungen und das System der Ableitungen miteinander Ober innen an den für die Umwandlung der Elektronenstrahlen in Röntgenstrahlen vorgesehenen Teil (5) der Drehanode angrenzend angeordneten und mit diesem Teil in fester Verbindung stehenden Leitungsstücken (11) verbunden sind und 2s daß zwischen der Radialabdichtung (22) und dem Hochvakuumraum (3) eine Turbomolekularpumpe mit in axialer Richtung des Turbinenrotors wechselweise hintereinandergeschalteten Schaufelkränzen von Rotor- (24) und Statorschaufeln (26) derart angeordnet ist, daß die Drehachsen der Antriebswelle (1) und des mit der Antriebswelle in fester Verbindung stehenden und zusammen mit der Antriebswelle durch einen gemeinsamen Antrieb angetriebenen Turbinenrotors zusammenfallen, wobei der Turbinenstator mit dem Gehäuse in fester Verbindung steht und wobei die Ansaugseite der Turbomolekularpumpe dem die Drehanode umgebenden Hochvakuumraum (3) zugewandt ist und sich auf der Auslaßseite der Turbomolekularpumpe im *o Gehäuse ein Stutzen (27) für eine Absaugleitung für die Gase befindet

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querverbindungen des Systems der Zuleitungen (7) und die Querverbindungen des Systems der Ableitungen (9) aus jweils einer Ringleitung (10) besteht, die über schräg an der Innenfläche des aus einem für die Umwandlung der Elektronenstrahlen in Röntgenstrahlen geeigneten Materials bestehenden Mantels (5) des Hohlkörpers » verlaufende, eine Länge von 150 bis 200 mm nicht überschreitende Leitungsstücke (11) verbunden sind, wobei die Zuleitungen (7) und die zugehörige Ringleitung (10) an der Innenwand einer Stirnseite (6) und die Ableitungen (9) und die zugehörige Ringleitung (10) an der Innenwand der gegenüberliegenden Stirnseite (8) des Hohlkörpers und die Leitungsstücke (11) parallel zueinander und über die Mantelinnenfläche gleichmäßig verteilt angeordnet sind und wobei die Leitungsstücke (U) nach außen hin durch das Material des Mantels (5) und nach innen durch ein zwischen den Leitungsstücken mit dem Material des Mantels in fester Verbindung stehendes Material hoher mechanischer Festigkeit gebildet werden.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der im Umfangsbereich des Hohlkörpers angeordneten Leitungen bei einem Hohlkörper eines Durchmessers von 250 mm ein Maß von 0,5 cm² nicht überschreitet

4. Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der aus dem Material des Mantels bestehende Teil der Leitungsstücke (U) eine Breite von 6 mm nicht überschreitet

5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorschaufeln (24) an einer topfförmig ausgebildeten Hülse (25) angebracht sind, deren Drehachse mit der Drehachse der Antriebswelle (1) zusammenfällt wobei die Hülse (25) derart angeordnet ist daß die Antriebswelle (1) den der Drehanode zugewandten Boden der Hülse (25) durchdringt und die Seitenflächen der Hülse die Radialabdichtung (22) konzentrisch umschließt und wobei die Statorschaufeln (26) an einem Teil des Gehäuses angebracht sind, der die Hülse (25) konzentrisch umschließend ausgebildet ist

6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet daß der Antrieb für die Antriebswelle aus einem Elektromotor besteht der zwischen den beiden Lagern der Antriebswelle derart angeordnet ist daß die Drehachsen der Antriebswelle (1) und des mit der Antriebswelle in fester Verbindung stehenden Rotors (29) zusammenfallen, wobei der Stator (30) mit dem Gehäuse fest verbunden ist