DE2727907C2 - - Google Patents
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
- H01J35/064—Details of the emitter, e.g. material or structure
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrisch geheizten Glühemitter einer Röntgenröhren-Glühkathode nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Glühkathoden sind etwa
bekannt aus der DT-OS 21 35 326.
Bei bekannten Röntgenstrahlenquellen werden die Glühemitter in
der Regel durch direkten elektrischen Stromdurchgang aufgeheizt.
Als Versorgung dienen Quellen üblicher Netzfrequenzen. Die Glüh
emitter erhalten dazu hauptsächlich die Form spiralförmig ge
wickelter Glühwendeln. Diese sind aber wegen der bei der Aus
führung der Wendeln erforderlichen Biegeradien immer an gewisse
Abrundungen gebunden. Dies ergibt unabdingbar ganz charakteristi
sche Strukturen in der Intensitätsverteilung damit erzeugter
Röntgenbrennflecke auf Anoden von Röntgenröhren. Derartige Struk
turen sind für die thermische Beanspruchung der beaufschlagten
Anodenfläche sowie für die Güte der mit dort ausgelösten Röntgen
strahlen erzielbaren Abbildungen von Nachteil. An Orten über
höhter Intensität kann das Anodenmaterial verstärkt verdampfen
und aufschmelzen. Ausgeprägte Strukturen der Röntgenstrahlen
quelle, d. h. im Brennfleck, können außerdem zu ungünstigen Ab
bildungseffekten - wie z. B. Pseudoschärfen - im Röntgenbild
führen. Man hat daher schon mehrfach versucht, zu Glühkathoden
zu kommen, welche Brennflecke beliebig einstellbarer Energie
verteilungen ergeben.
Gemäß DE-OS 24 08 618 kann die Emitterfläche be
liebige Form erhalten, wenn zur Heizung Hochfrequenz verwendet
wird von vorzugsweise 1 bis 100 MHz. Dabei soll ein Scin-Ef
fekt 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 Fokus
sierung so angepaßt werden, daß auf einer Anode entsprechend
der Anspassung ein Brennfleck vorbestimmter Form und vorbe
stimmter 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 Ver
sorgungseinrichtungen 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 Metallbund und solche aus Profilteilen sind aus
obengenannter DE-OS 21 35 326, Seite 5, Absatz 2 und Fig. 3b vorbekannt.
Mit diesen konstruktiven Lösungen kann man zwar an verschiede
nen Teilen der Kathode unterschiedliche Emission von Elektro
nen erreichen; dies ist aber an eine bestimmte äußere Form,
d. h. bestimmte Verteilung von Länge, Breite und Dicke, ge
bunden.
In der DE-PS 3 36 781 ist eine kalottenförmige Glühkathode be
schrieben, die durch zwei Schlitze derart unterteilt ist, daß
sich in der Mitte der Kalotte ein schmaler Steg bildet, der
den eigentlichen Glühemitter der Glühkathode bildet. Die den
Glühemitter umgebenden Bereiche der Glühkathode dienen zur
elektrostatischen Konzentration der vom Glühemitter emittier
ten Elektronen. Dieser Glühemitter kann durch einen Schlitz in
Längsrichtung unterteilt sein. Eine derartige Glühkathode ist
aber bedingt durch ihre Form nur sehr aufwendig herzustellen.
In der DE-PS 7 44 452 ist ein Glühemitter einer unmittelbar ge
heizten Kathode für eine Hochleistungsröhre beschrieben, der
zylinder- oder kugelförmig ausgebildet ist. Er besteht aus
einem aus Wolfram und Thoriumoxyd zusammengesetzten Sinterkör
per, der mit Ausfräsungen versehen ist. Ein derartiger Glüh
emitter ist aber ebenfalls nur sehr schwierig herzustellen.
Weiterhin erzeugt er durch seine Form einen Brennfleck, der
sich bei Röntgenröhren nur schlecht verwenden läßt. Eine un
terschiedliche Elektronenemission läßt sich hierbei ebenfalls
nicht auf einfache Weise einstellen. Außerdem ist auf einen Stand der Technik hingewiesen,
nach dem Glühkathoden aus einem mit Schlitzen versehenen
Blech bekannt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Röntgen
röhren-Glühkathode nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 neben
beliebiger Form der Emitterfläche auf einfache Weise be
stimmte wünschenswerte Temperaturverteilungen in der Fläche zu
erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
Durch die Verwendung eines mehrfach wechselweise von einander
gegenüberliegenden Seiten eingeschnittenen Bleches als Elek
tronenemitter kann dessen Form einfach durch Zuschneiden eines
Bleches eingestellt werden. Spezielle Formen der Temperatur
verteilung lassen sich durch Form, Länge und Anordnung der
seitlichen Einschnitte erzielen. Bekanntlich hängt die Erwär
mung eines durch Stromdurchgang aufgeheizten Körpers von der
Verteilung des elektrischen Widerstandes über den Strompfad
ab, so daß im vorliegen
den Fall z. B. an Stellen, an denen der elektrich wirksame Blech
querschnitt des Kathodenbleches größer ist, weniger Hitze er
zeugt wird als an Stellen kleineren Querschnittes, d. h. größeren
elektrischen Widerstandes. Durch entsprechendes Pressen, Schmie
den, Ätzen etc. ist darüber hinaus die Dicke des Bleches zu
sätzlich örtlich noch so einstellbar, daß auch in Feinabstimmung
eine beliebig vorherbestimmbare Temperaturverteilung in der Flä
che - und damit Verteilung der von der Temperatur bestimmten
Intensität der Elektronenemission - erhalten wird. Auf diese
Weise kann die Intensitätsverteilung im Kathodenstrahl modifi
ziert werden. Die Benutzung eines erfindungsgemäßen Bleches als
Elektronenemitter hat noch den zusätzlichen Vorteil, daß die
bei Drehanoden-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 Tempe
ratur 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 etwa mittels eines
Funkenerosions-Trennverfahrens, Laser-Schneidens oder eines
anderen geeigneten Verfahrens oder Werkzeugs
in das Material eingeführt. Um die besonderen Verteilungen des elektrischen
Widerstands zu erreichen, etwa wenn beabsichtigt ist, im Sinne
der genannten Beeinflussung der Temperaturverteilung lokale Än
derungen des elektrischen Widerstandes und der Emission zu er
zeugen. Dabei kann es zweckmäßig sein, gegebenenfalls auch zu
sätzlich die Dicke des Bleches in einzelnen Abschnitten zu
variieren. So können entlang des Strompfades Abschnitte unter
schiedlichen elektrischen Widerstandes erhalten werden, die bei
Stromdurchgang zu unterschiedlicher Emission führen.
Bezüglich der Einschitte ist noch zu bemerken, daß diese zwar
eine elektrische Isolierung der nebeneinanderliegenden Blech
teile bewirken soll, daß es aber trotzdem meistens zweckmäßig
ist, die thermische Einheitlichkeit des Bleches möglichst wenig
zu stören. So können Dichteschwankungen im austretenden Elektro
nenstrom etwa an den Schnittkanten vermieden und einheitliche
Beaufschlagung eines Brennfleckes erzielt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach
folgend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbei
spieles erläutert.
In der Fig. 1 ist teilweise aufgebrochen eine Röntgen
röhre gezeichnet, deren Kathode erfindungs
gemäß ausgebildet ist und
In der Fig. 2 ist ein Glühemitter erfindungsgemäßer Ausgestal
tung herausgezeichnet.
In der Fig. 1 ist mit 1 der Kolben der Röntgenröhre 2 bezeich
net. Im Inneren des Kolbens ist am einen Ende eine Kathodenan
ordnung 3 und am gegenüberliegenden Ende eine Anodenanordnung 4
angeordnet. Dabei enthält die Anordnung 3 an ihrem Gehäuse 5
einen Ansatz 6. Dieser enthält eine Glühemitter 7, der inner
halb einer Fokussiereinrichtung 8 liegt. Der Kathode gegenüber
befindet sich die eigentliche Anode 9, die als Drehanode ausge
bildet ist. Zum Betrieb der Kathode wird über Leitungen an den
Enden 10 und 11 des Glühemitters 7 eine Heizspannung angelegt.
Außerdem ist über die Leitung 16 und einen am anodenseitigen
Ende der Röhre 2 liegenden Anschlußstutzen 12 die eigentliche
Betriebsspanng, d. h. die Beschleunigungsspannung, für die aus
der Glühkathode entsprechend der gestrichtelten Linie 13 austre
tenden Elektronen angelegt. Zur Fokussierung ist durch eine
Überbrückungsleitung 17 die Fokussierungseinrichtung 8 auf
Emitterpotential gelegt.
In der Fig. 2 ist der Glühemitter 7 dargestellt, der beispiels
weise aus einem 0,05 mm dicken Blech aus Wolfram mit einer Sei
tenlänge von 3 mm mal 10 mm besteht. Das Blech ist, wie durch
Linien 14 angedeutet, von der einen Seiten her und versetzt da
zu, wie durch Linien 15 angedeutet, von der anderen Seite her
eingeschnitten, wobei sich zu den Blechenden 10 und 11 hin die
Dichte der Einschnitte 14 und 15 erhöht, d. h. die Abstände der
Einschnitte 14 und 15 sind verringert. Durch die so geringere
Breite des stehenbleibenden Materials wird der elektrische Wi
derstand nach den seitlichen Enden des Bleches hin erhöht. Der
Heizstrom gleicht so Temperaturverluste aus, die durch Wärmeab
leitung über den Enden 10 und 11, d. h. die Anschlüsse, statt
finden können. Dadurch kann eine Abstrahlfläche gleichmäßiger
Temperatur und damit gleichmäßiger Emission erhalten werden.
Die jeweiligen Einschnitte 14 und 15 enden in einem Abstand von
der gegenüberliegenden Begrenzung des Bleches, der dem mittleren
seitlichen Abstand der Einschnitte 14 und 15 entspricht. Beim
Anschließen der Heizspannung an die Leitungen 16 und 18 wird
somit das gesamte Blech des Glühemitters 7 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 Ein
schnitte 14 und 15 gleichmäßig ist.
Desweiteren können die beiden einander gegenüberliegenden
Längsseiten des Bleches, aus denen der Glühemitter 7 besteht,
unterschiedlich tief eingeschnitten sein. Damit läßt sich ge
gebenenfalls auch zusätzlich zu der Beeinflussung durch die
Wahl der Einschnitte 14 und 15 quer zur Längsausdehnung des
Bleches ein Temperaturgefälle erzeugen. So kann ein entspre
chendes Intensitätsprofil des abgestrahlten Elektronenstrah
lenbündels erreicht werden.
Auch läßt sich bei einem Glühemitter 7 ein Blech verwenden, bei
dem die Mitte 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. Es wird ein Ausgleich der Temperaturverteilung über
die gesamte Länge des Emitters einschließlich seiner Enden er
reicht.
Claims (3)
1. Elektrisch geheizter Glühemitter (7) einer Röntgenröh
ren-Glühkathode (3), der ein langgestrecktes Blech ist, wel
ches aus elektronenemissionsfähigem, schwer schmelzbarem Mate
rial besteht, an den in Längsrichtung liegenden Enden mit
Anschlüssen (10, 11) für den Heizstrom versehen ist und einen sich über seine Länge verändernden elektrischen
Widerstand aufweist, da
durch gekennzeichnet, daß das Blech über
seine gesamte Länge eine gleich große Breite aufweist und
wechselweise von einander gegenüberliegenden Seiten her quer
zur Längsrichtung derart eingeschnitten ist, daß nebeneinanderliegende Einschnitte
(14, 15) unterschiedliche Abstände voneinander
haben.
2. Elektrisch geheizter Glühemitter (7) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ein
schnitte (14, 15) unterschiedlich lang sind.
3. Elektrisch geheizter Glühemitter (7) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blech
Abschnitte unterschiedlicher Dicke aufweist.
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