DE2727907C2 - - Google Patents

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.