DE2747486A1 - Roentgenroehre - Google Patents

Roentgenroehre

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DE2747486A1
DE2747486A1 DE19772747486 DE2747486A DE2747486A1 DE 2747486 A1 DE2747486 A1 DE 2747486A1 DE 19772747486 DE19772747486 DE 19772747486 DE 2747486 A DE2747486 A DE 2747486A DE 2747486 A1 DE2747486 A1 DE 2747486A1
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DE
Germany
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anode
ray tube
cathode
metal part
vacuum vessel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19772747486
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English (en)
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Engelbert Dipl Phys Berger
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/16Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00X-ray tubes
    • H01J2235/16Vessels
    • H01J2235/165Shielding arrangements
    • H01J2235/168Shielding arrangements against charged particles

Description

  • Beschreibung
  • R ö n t g e n r ö h r e Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit eincn rohrförmigen, teilweise aus Isoliermaterial bestehenden Vakuumhüllenteil und einer innerhalb diesem angeordneten und an diesem tefestigten Anode und Kathode.
  • Üblicherweise ist eine Röntgenröhre derart aufgebaut, daß sich Kathode und Anode im Inneren eines zumindest teilweise isolierenden Röhrenkolbens befinden. Bei derart aufgebauten Röntgenröhren lassen sich elektrische Aufladungen auf der Innenflache der isolierdender, Vakuumhüllenteile oft nicht vermeiden. Die aus der Anodenbchrung wieder austretenden Elektronen gelangen nämlich auch auf die Isolatorwand und laden sie durch Sekundäremission auf, Der Sckundr-Eissionskoeffizient von Isoliermaterialien ist für Auftreffenergien größer einige keV<1, d. h., das Isolatorwandpotential verschiebt sich zu negativeren Potentialen. Bestimmend für das sich endgültig einstellende Wandpotential sind die energiereichen elastisch reflektierten Elektronen. Im Extremfall kann sich theoretisch also nahezu Kathodenpotential einstellen.
  • Das sich einstellende Wandpotential *Qw setzt sich aus zwei Anteilen zusammen, und zwar aus dem durch Anlegen der Spannung geprägtem Potential NS und dem durch Sekundärelektronenemission geprägten Potential çSEe Die Betriebssicherheit und Spannungsfestigkeit solcher Röntgenröhren werden wesentlich durch Oberflächenaufladungen mitbestimmt, die teilweise unkontrolliert entstehen können. So führen Leitfähigkeitsunterschiede auf der Isolatorwand, bedingt durch Beläge, wie sie beim Evakuieren der Röhre enstehen können, zu Ungleichmäßigkeiten in der Aufladung und somit zu Feldstärkeüberhöhungen. Entladungen und Laduskompensation wirken in gleicher Weise. Die durch die Ftldstärkeüberhöhung bedingten Störungen äuXern sich in Überschlagen oder sogar in Durchschlägen des Isolators.
  • Ferner können aufgrund der geringen Leitfähigkeit des Isclators Oberflächenladungen auch noch nach dem Abschalten der Hochspannung bestehen bleiben, d. h., £n der hand wirkt weiterhin der von der Aufladung herrührende Potentialanteil Ç , Beim Betreiben der Röntgenröhre mit Wechselspannung stellt sich aufgrund dieses Tatbestandes in der Sperrphase zwischen Kathodenkopf und Isolatorwand im Vergleich zum ladungsfreien Fall eine höhere Spannungsdifferenz ein. An der Wand im Bereich zwischen den Elektroden ist der Potentialanteil #SE am größten, d. h., in der Sperrphase liegen hier maximale Feldstärken vor. Es ist charakteristisch für Röntgenröhren diescr Art, daß sie im Falle einer Störung meist zwischen den Elektroden durchschlagen.
  • Um die durch solche Aufladungen bedingten Störungen klein zu halten, hat man die Abmessungen dieser nach bekannten Prinzipien gebauten Röntgenröhre verhältnismäßig groß gehalten.
  • Es sind auch Röntgenröhren vorgeschlagen worden, deren die Elektroden umschließende Vakuumhülle aus Metall besteht und auf Erdpotential liegt, wobei die Isolation der Elektroden durch zwei Isolatoren, die jeweils zwischen den Elektroden und dem Erdmantei angeordnet sind, bewirkt wird. Hierzu sind relativ aufwendige Isolatoren erforderlich.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Röntgenröhre der eingangs genannten Art anzugeben, bei der störende Aufladungen des Isolators bei kleineren Röntgenröhrenabmessungen weitgehend vermieden werden und die einen einfachen Aufbau aufweisen.
  • Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Vakuumhülle der Röntgenrohre im Bereich um die Kathode aus einem metallteil besteht, das leitend mit der Kathode verbunden ist, um im Bereich um die Anode aus einem Isolierteil besteht, das die Spannengsisolation übernimmt.
  • Bei Röntgenröhren, die nach der Erfindung aufgebaut sind, bleibt die Isolationsinnenfläche nahezu ladungsfrei.
  • Anhand des in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.
  • Die aus der Anodenbohrung 6 austretenden Elektroden durchlaufen im elektrischen Feld zwischen den Elektroden 15 in grober Annäherung eine Parabelbahn und erfahren dabei eine Ablenkung in röhrenradialer Richtung. Sie haben in der Nähe der Kathode 1 ihren Umkehrpunkt und werden bei weiterer Ablenkung wieder in Richtung zur Anode 5 beschleunigt, wo sie schließlich auf den Anodenkopf 5 aufprallen und einen Teil ihrer Energie abgeben.
  • Der maximal mögliche Winkel «Ms unter dem ein elastisch reflektiertes Elektron aus der Anodenbohrung 6 austreten kann, wird bestimmt durch den Anodenbohrungsdurchmesser DB und die Anodenkanalhöhe H.
  • Dio maximal mögliche Ablenkung A, bis zu der die Elektronen wieder auf den Anodenkopf 5 auftreffen, ergibt sich dann zu wobei d AK der Elektrodenabstand zwischen der Anode 5 und der Kathode 1 ist. Die Bedingung dafür, daß die Elektronen den Anodenkopf 5 nicht seitlich passieren, ist dann erfüllt, wenn der Anodeikopfdurchmesser DA größer ist als 2 A + D.
  • Die am Anodenkopf 5 reflektierten Elektronen haben nun im Gegensatz zu den aus der Anodenbohrung 6 gelangenden Elektronen keine Vorzugsrichtung mehr. Gegen die in diesem Bereich metallische Kolbenwand 2 anlaufende Elektronen können diese nicht erreichen, und da das elektrische Feld vor der Wand im wesentlichen eine radiale zur Röhrenachse gerichtete Komponente hat, werden die umkehrenden Elektronen erneut zum Anodenkopf 5 gelangen. Dieser Prozeß wiederholt sich, bis die Elektronen ihre Energie völlig an den Anodenkopf 5 abgegeben haben, Ein gewisser Anteil der vom Anodenkopf 5 startenden und vor der Kathode 1 umkehrenden Elektronen kann den Anodenkopf 5 seitlich passieren.
  • Um diesen Anteil klein zu halten, ist es zweckmäßig, daß der Kathodenkopfdurchmesser DK wesentlich kleiner als der Anodenkopfdurchmesser DA ist.
  • Der nicht vermeidbare Anteil der Elektronen, der den Anodenkopf 5 seitlich passiert, trifft auch auf die Isolatorwand 3. Da diese Elektronen jedoch ein von der Isolatorfläche wegweisendes elektrisches Feld vorfinden, ist ihr Störeffekt (Aufladungseffekt) nur gering.
  • In der Figur ist eine Röntgenröhre für eine Betriebsspannung von 320 kV dargestellt, die erfindungsgemäß aufgebaut ist. Die Kathode 1 befindet sich im Inneren eines Metalltopfes 2, in dessen Boden drei Durchführungen und ein Pumpst engel untergebracht sind.
  • Der zylindrische Teil des Metalltopfes 2 ist mit einem zylindrischen Isolator 3 aus Glas oder Keramik vakuumdicht verbunden.
  • Das Isolierrohr 3 ist auf der der Kathode 1 abgewandten Seite mit einem Metallring 7 versehen, der mit der Anode 5 verbunden ist. Die Röntgenröhre befindet sich zweckmäßig in einer mit Öl bzw. Isoliergas gefüllten Haube 8, deren Innendurchmesser in der Figur angedeutet ist. Die Haube 8 enthält zweckmäßig außer der Röntgenröhre Hochspannungssteckdosen - im Falle des Beteibens der Röhre mit Gleichspannung - bzw. Hochspannungstransformatoren - im Falle des Betreibens der Röhre mit Wechselspannung.
  • Innerhalb der in der Figur angegebenen Vakuumhülle wird die elektrische Feldstärke bei anliegenden 320 kV Betriebsspannung an keiner Stelle zu groß, d. h., die die Dielektrika kennzeichnenden Grenzwerte werden an keiner Stelle überschritten.
  • Üblicherweise sind Röntgenröhrenhauben aus Strahlenschutzgründen mit Blei ausgekleidet. Das Gesamtgewicht der Röhreneinheit wird folglich wesentlich durch das Bleigevicht mitbestimmt. Bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre läßt sich der Strahlenschutz sehr vorteilhaft unterbringen, und zwar in bekannter Weise als Schwermetall einsatz im Anodenkopf 5 und als Bleiumhüllung des Topfteiles 2, dessen zylindrischer Teil sowohl die Kathode 1 als auch einen Teil der Anode 5 umschließt. In diesem Fall sind die strahlenschwachenden Materialien wesentlich näher an der Strahlenquelle untergebracht als in herkömmlichen Röntgenröhreneinheiten und somit kleinere Flächen strahlenundurchlässig zu machen, was eine beträchtliche Reduzierung des Gesamtgewichtes der Röhreneinheit mit sich bringt.
  • Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Röntgenröhre mit einem rohrförmigen, teilweise aus Isoliermaterial bestehenden Vakuumhüllenteil und einer innerhalb diesem angeordnete und an diesem befestigten Anode und Kathode, d:iirch gekennzeichnet, daß dies Vakuumhüllenteil (4) im Bereich um die Kathode (1) aus einem mit der Kathode elektrisch leitend verbundenen Metallteil (2) und im Bereich um die Anode (5) aus einen Isolierstoffteil (3) besteht.
  2. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Vakuumhüllenteil (4) aus einem zylindrischen Metallteil (2) und einem mit diesem verbundenen zylindrischen Isolierteil (3) besteht.
  3. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (2) des Vakuumhüllenteils (4) auch den Raum zwischen der Anode (5) und der Kathode (1) mitumschließt.
  4. 4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (2) des Vakuumhüllenteils (4) auch noch einen Teil des die Ar.c'de (5) umgebenden Bereichs mitumschließt.
  5. 5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser DA des zylindrischen Anodenkopfes (5) größer ist als der Durchmesser UK des zylindrischen Kathodenkopfes (1).
  6. 6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungsdurchmesser DB des Anodenkanals (6) in Anodenkopf (5) kleiner ist als die Hälfte des Anodenkopfdurchmessers DA.
  7. 7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe H des Anodenkanals (6) im Anodenkopf (5) größer ist als das z-seifache des Abstandes zwischen der Anode (5) und der Kathode (1).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986005921A1 (en) * 1985-03-28 1986-10-09 Gesellschaft Für Elektronische Röhren Comet Bern X-ray tube with a cylindrical metal component enclosing the anode and cathode
WO2003065402A1 (en) * 2002-01-30 2003-08-07 Koninklijke Philips Electronics Nv X-ray tube envelope with integral corona shield
US10165698B2 (en) 2015-11-12 2018-12-25 Kimtron, Inc. Anode terminal for reducing field enhancement

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