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Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um die durch solche Aufladungen bedingten Störungen klein zu halten,
hat man die Abmessungen dieser nach bekannten Prinzipien gebauten Röntgenröhre verhältnismäßig
groß gehalten.
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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.
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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.
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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.
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Bei Röntgenröhren, die nach der Erfindung aufgebaut sind, bleibt die
Isolationsinnenfläche nahezu ladungsfrei.
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Anhand des in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles
wird die Erfindung näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um diesen Anteil klein zu halten, ist es zweckmäßig, daß der Kathodenkopfdurchmesser
DK wesentlich kleiner als der Anodenkopfdurchmesser DA ist.
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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.
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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.
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Der zylindrische Teil des Metalltopfes 2 ist mit einem zylindrischen
Isolator 3 aus Glas oder Keramik vakuumdicht verbunden.
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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.
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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.
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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.
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