DE2727907A1

DE2727907A1 - Roentgenroehren-gluehkathode

Info

Publication number: DE2727907A1
Application number: DE19772727907
Authority: DE
Inventors: Josef Welsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1979-01-18
Also published as: FR2395595A1; FR2395595B1; DE2727907C2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT %j Unser Zeichen

Berlin und München VPA 77 P 5065 BRD

Röntgenröhren-Glühkathode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Glühkathode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Glühkathoden sind etwa bekannt aus der DT-OS 24 08 618.

Bei bekannten Röntgenstrahlenquellen werden die Glühemitter in der Regel durch direkten elektrischen Stromdurchgang aufgeheizt. Als Versorgung dienen Quellen üblicher Netzfrequenzen. Die Glühemitter erhalten dazu hauptsächlich die Form spiralförmig gewickelter Glühwendeln. Diese sind aber wegen der bei der Ausführung der Wendeln erforderlichen Biegeradien immer an gewisse Abrundungen gebunden. Dies ergibt unabdingbar ganz charakteristische Strukturen in der Intensitätsverteilung damit erzeugter Röntgenbrennflecke auf Anoden von Röntgenröhren. Derartige Strukturen sind für die thermische Beanspruchung der beaufschlagten Anodenfläche sowie für die Güte der mit dort ausgelösten Röntgenstrahlen erzielbaren Abbildungen von Nachteil. An Orten überhöhter Intensität kann das Anodenmaterial verstärkt verdampfen und aufschmelzen. Ausgeprägte Strukturen der Röntgenstrahlenquelle, d.h. im Brennfleck, können außerdem zu ungünstigen Abbildungseffekten - wie z.B. Pseudo schärfen - im Röntgenbild führen. Man hat daher schon mehrfach versucht, zu Glühkathoden zu kommen, welche Brennflecke beliebig einstellbarer Energieverteilungen ergeben.

Kn₅KOf /1.6.1977 809883/0046

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Gemäß obengenannter DT-OS 24 08 618 kann die Emitterfläche beliebige Form erhalten, wenn zur Heizung Hochfrequenz verwendet wird von vorzugsweise 1 bis 100 MHz. Dabei soll ein Sein-Effekt wirksam werden, mit dem es möglich ist, auch unregelmäßig geformte Teile wenigstens an der Oberfläche gleichmäßig zum Glühen zu bringen. Die Emitterflächen können dann einer Fokussierung so angepaßt werden, daß auf einer Anode entsprechend der Anpassung ein Brennfleck vorbestimmter Form und vorbestimmter Verteilung der Elektronendichte erhalten wird. Dabei ist es aber nötig, daß man Hochfrequenz der genannten Art hat. Dies ist nachteilig, weil zu deren Erzeugung aufwendige Versorgungseinheiten notwendig werden. Außerdem ist man an die Ausbildung der Kathode als Stäbchen oder Röhrchen gebunden. Dies bedeutet aber, daß auch hierbei nicht völlige Freiheit der Form erzielt werden kann.

Kathoden aus Metallband und solche aus Profilteilen sind aus DT-OS 21 35 326 Seite 5, Absatz 2 und Fig. 3b und US-Publ.-Pat.-Appl. B 513.706 vorbekannt. Mit diesen konstruktiven Lösungen kann man zwar an verschiedenen Teilen der Kathode unterschiedliche Emission von Elektronen erreichen; dies ist aber an bestimmte äußere Form, d.h. bestimmte Verteilung von Länge, Breite und Dicke, gebunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Röntgenröhren-Glühkathode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 neben beliebiger Form der Emitterfläche auf einfache Weise auch bestimmte wünschenswerte Temperaturverteilungen in der Fläche zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. 30

Durch die Verwendung eines mehrfach wechselweise von einander gegenüberliegenden Seiten eingeschnittenen Bleches als Elektronenemitter kann dessen Form einfach durch Zuschneiden eines Bleches eingestellt werden. Spezielle Formen der Temperaturverteilung lassen sich durch Form, Tiefe und Anordnung der seitlichen Einschnitte erzielen. Bekanntlich hängt die Erwärmung eines durch Stromdurchgang aufgeheizten Körpers von der Verteilung des elektrischen Widerstandes über den Strompfad ab, so daß im vorliegen-

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den Fall z.B. an Stellen, an denen der elektrisch wirksame Blechquerschnitt des Kathodenbleches größer ist, weniger Hitze erzeugt wird als an Stellen kleineren Querschnittes, d.h. größeren elektrischen Widerstandes. Durch entsprechendes Pressen, Schmieden, Ätzen etc. ist darüber hinaus die Dicke des Bleches zusätzlich örtlich noch so einstellbar, daß auch in Feinabstimmung eine beliebig vorherbestimmbare Temperaturverteilung in der Fläche - und damit Verteilung der von der Temperatur bestimmten Intensität der Elektronenemission - erhalten wird. Auf diese Weise kann die Intensitätsverteilung im Kathodenstrahl modifiziert werden. Die erfindungsgemäße Benutzung eines Bleches als Elektronenemitter hat noch den zusätzlichen Vorteil, daß die bei Drehänoden-Röntgenröhren gelegentlich störend auftretenden mechanischen Resonanz-Schwingungen der elastischen Glühwendel durch die hohe Steifigkeit des geformten Bleches verhindert werden.

Als Materialien für als Emitter verwendbare Bleche sind die üblichen Emittermaterialien, wie z.B. erst bei sehr hoher Temperatur schmelzende Metalle, wie Tantal, Wolfram und Rhenium etc., anwendbar. Blechstärke und Verteilung der Schnitte sind so zu wählen und aufeinander abzustimmen, daß in Röntgengeneratoren üblicherweise zur Verfügung stehende Heizströme zur Aufheizung des Emitters ausreichen. Typische Blechstärken können bei 0,05 bis 0,1 mm liegen bei Heizströmen von 5 bis 15 A, insbesondere 0,05 mm starkes Blech aus Wolfram für Heizströme bis 10 A.

Die Einschnitte werden nach Länge und Tiefe etwa mittels eines Funkenerosions-Trennverfahrens, Laser-Schneidens oder eines anderen geeigneten Verfahrens oder Werkzeugs vorzugsweise so weit in das Material eingeführt, daß bis zum gegenüberliegenden Rand ebensoviel Material verbleibt wie zwischen den einzelnen Einschnitten, so daß die erhaltene flache Wendel durchgehend gleiche Breite hat. Man. kann aber von dieser Ausbildung allerdings auch abweichen, um besondere Verteilungen des elektrischen Widerstandes zu erreichen, etwa wenn beabsichtigt ist, im Sinne der genannten Beeinflussung der Temperaturverteilung lokale Änderungen des elektrischen Widerstandes und der Emission zu er-

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zeugen. Dabei kann es zweckmäßig sein, gegebenenfalls auch zusätzlich die" Dicke des Bleches in einzelnen Abschnitten zu variieren. So können entlang des Strompfades Abschnitte unterschiedlichen elektrischen Widerstandes erhalten werden, die bei Stromdurchgang zu unterschiedlicher Aufheizung einzelner Emitterbereiche und damit unterschiedlicher Emission führen. Außerdem kann auch von der Form des Rechteckes abgewichen werden, wenn es darum geht, besondere Fokussierungsbedingungen und Formen für die austretenden Elektronen zu erzielen.

Bezüglich der Einschnitte ist noch zu bemerken, daß diese zwar eine elektrische Isolierung der nebeneinanderliegenden Blechteile bewirken soll, daß es aber trotzdem meistens zweckmäßig ist, die thermische Einheitlichkeit des Bleches möglichst wenig zu stören. So können DichteSchwankungen im austretenden Elektronenstrom etwa an den Schnittkanten vermieden und einheitliche Beaufschlagung eines Brennfleckes erzielt werden.

Um bestimmte günstige Fokussierungsbedingungen für die Bahnen der emittierten Elektronen zu erzielen, kann es auch nützlich sein, von der Form eines eingeschnittenen ebenen Emitterbleches abzuweichen. Man kann dem Blech gekrümmte oder abgewinkelte Formen geben. Dabei kann zusätzlich die mechanische Festigkeit des Emitters erhöht werden. Es lassen sich auch mehrere ebene Einzelbleche unter bestimmter Orientierung zueinander, etwa in unterschiedlich zueinander geneigten Ebenen oder gekrümmten Flächen, zu einer Gesamt-Emittereinheit zusammensetzen. Dabei läßt sich auch eine Scheinwerferwirkung (gleichzeitige Bestrahlung eines Brennflecks aus verschiedenen Richtungen) erzielen. 30

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Fig. 1 ist teilweise aufgebrochen eine Röntgenröhre gezeichnet, deren Kathode erfindungsgemäß ausgebildet ist und

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in den Fig. 2 bis 8 sind Glühemitter erfindungsgemäßer Ausgestaltung herausgezeichnet.

In der Fig. 1 ist mit 1 der Kolben der Röntgenröhre 2 bezeichnet. Im Inneren des Kolbens 1 ist am einen Ende eine Kathodenanordnung 3 und am gegenüberliegenden Ende eine Anodenanordnung 4 angeordnet. Dabei enthält die Anordnung 3 an ihrem Gehäuse 5 einen Ansatz 6. Dieser enthält einen Glühemitter 7, der innerhalb einer Fokussiereinrichtung 8 liegt. Der Kathode gegenüber befindet sich die eigentliche Anode 9, die als Drehanode ausgebildet ist. Zum Betrieb der Kathode wird über Leitungen an den Enden 10 und 11 des Glühemitters 7 eine Heizspannung an die Glühemitter 7 angelegt. Außerdem ist über die Leitung 16 und einen am anodenseitigen Ende der Röhre 2 liegenden Anschlußstutzen 12 die eigentliche Betriebsspannung, d.h. die Beschleunigungsspannung, für die aus der Glühkathode entsprechend der gestrichelten Linie 13 austretenden Elektronen angelegt. Zur Fokussierung ist durch eine Überbrückungsleitung 17 die Fokussierungseinrichtung 8 auf Emitterpotential gelegt.

In der Fig. 2 ist der Glühemitter 7 herausgezeichnet. Er besteht beispielsweise aus einem 0,05 mm dicken Blech aus Wolfram und hat eine Seitenlänge von 3 mm χ 10 mm. Das Blech ist wie durch Linien 14 von der einen Seite her und versetzt dazu wie durch Linien 15 angedeutet von der anderen Seite her eingeschnitten derart, daß die jeweiligen Einschnitte von der gegenüberliegenden Begrenzung des Bleches so weit entfernt enden, als die Einschnitte 14 und 15 seitliche Abstände voneinander haben. Dadurch wird die Breite des durch die Einschnitte gebildeten Mäanders einheitlich. Beim Anschließen der Heizspannung an die Leitungen 16 und 18 wird somit das gesamte Blech des Glühemitters gleichmäßig zum Glühen erhitzt und gibt dann in Richtung der Anode 9 entlang der gestrichelten Linie 13 einen Elektronenstrahl ab, dessen Intensität über den Querschnitt bis auf kleine Abweichungen in der Gegend der Einschnitte 14 und 15 gleichmäßig ist.

Bei der Ausbildung eines Glühemitters 7 nach Fig. 3 ist zu den Blechenden 10 und 11 hin die Dichte der Einschnitte erhöht, d.h.

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die Abstände der Einschnitte 14 und 15 sind verringert. Durch die so geringere Breite des stehenbleibenden Materials wird der elektrische Widerstand nach den seitlichen Enden des Bleches hin erhöht. Der Heizstrom gleicht so Temperaturverluste aus, die durch Wärmeableitung über die Enden 10 und 11, d.h. die Anschlüsse, stattfinden können. Dadurch kann eine Abstrahlfläche gleichmäßiger Temperatur und damit gleichmäßiger Emission erhalten werden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausbildungsform sind die beiden einander gegenüberliegenden Längsseiten des Bleches,aus denen der Glühemitter 7 besteht, unterschiedlich tief eingeschnitten. Damit läßt sich gegebenenfalls auch zusätzlich zu der Beeinflussung durch die Wahl der Einschnitte nach Fig. 3 quer zur Längsausdehnung des Bleches ein Temperaturgefälle erzeugen. So kann ein entsprechendes Intensitätsprofil des abgestrahlten Elektronenstrahlenbündels erreicht werden.

Bei einem Glühemitter 7 nach Fig. 5 wird ein Blech verwendet, bei dem die Mitte 19 verstärkt ist. Die damit verbundene Erniedrigung des elektrischen Widerstandes im mittleren Teil des Bleches gibt eine Absenkung der Temperatur in eben diesem Bereich des Bleches. Die Folge ist ähnlich wie beider Ausführung nach Fig. 3. Es wird ein Ausgleich der Temperaturverteilung über die gesamte Länge des Emitters einschließlich seiner Enden erreicht.

Nach Fig. 6 ist für den Glühemitter 7 ein kalottenförmig durchgebogenes und nach Fig. 7 ein V-förmig geknicktes Blech verwendet. In beiden Formen wird eine Art Scheinwerferwirkung dadurch erzielbar, daß die Flächenteile alle auf eine vor dem Emitter liegende Stelle fokussiert sein können. Beide Formen dienen der Verbesserung der Fokussierung eines vom Kathodensystem ausgehenden Elektronenstrahlenbündels. Außerdem ergibt sich bei dieser rinnenförmigen Ausbildung die Wirkung einer rippenartigen Versteifung und damit erhöhte Formstabilität.

Ein Emitter nach Fig. 8 ist schließlich in seiner Wirkung denjenigen nach den Fig. 6 und 7 ähnlich. Er besteht aus zwei Einzel-

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blechen, d.h. Glühemittern 7 und 7', die V-förmig zusammengesetzt sind. Sie haben demgemäß auch gekrümmte Anschlüsse 10, 11 und 10¹, 11·. Ihre Abstrahlebenen sind auf die zu bestrahlende Fläche ausgerichtet, d.h. von ihnen ausgehende Bündel von Elektronenstrahlen schneiden sich in der Auftreffflache auf der Anode. Bei einer Anwendung in Fig. 1 läge diese Fläche dort, wo die gestrichelte Linie 13 auf die Anode 9 auftrifft. Ein Emitter, bei dem das Prinzip nach Fig. 8 angewendet ist, kann auch aus mehr als zwei Emissionsflächen tragenden Teilen aufgebaut sein und die Auftrefflächen der einzelnen Strahlenbündel können statt zusammen auf eine Fläche geleitet auch zur Abdeckung einer anderen gewünschten, etwa einer größeren Bestrahlungsfläche nur in Teilen übereinander und bis zu total nebeneinandergelegt sein.

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Claims

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Patentansprüche

Röntgenröhren-Glühkathode, die als Elektronenemitter einen elektrisch geheizten Glühkörper hat, der ein mit Heizstromanschlüssen versehenes Blech aufweist, welches aus elektronenemissionsfähigem schwerschmelzbarem Material besteht, d a durch gekennzeichnet, daß das Blech von einander gegenüberliegenden Seiten her eingeschnitten ist.
2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte in unterschiedlichen Abständen nebeneinanderliegen und/oder unterschiedlich tief und/oder unterschiedlich lang sind
3. Kathode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech zusätzlich zu den Einschnitten Zonen unterschiedlichen elektrischen Widerstandes aufweist, wie unterschiedliche Breite und/oder Dicke.
4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech gekrümmt ist, insbesondere entlang der Verbindungslinie zwischen seinen Anschlüssen zu einer Rinne gebogen bzw. geknickt ist.
5. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper aus mehreren Blechen zusammengesetzt ist.

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