DE2803347C2 - Röntgenstrahlenquelle für eine Tomographie-Einrichtung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgcnstrahleiiquelle nachdem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Röntgenstrahlenquelle ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 38 517 bekannt. Bei dieser Röntgenstrahlenquelle wird beim Einschalten der Hochspannung, von der Kathode in Richtung auf die Anode ein rechteckförmigcs Elektronensirahlcnbündel ausgesandt. Der Brennfleck emittiert dabei ein fächerförmiges, eine vorbestimmic Dicke aufweisendes Röntgenstrahlenbündel. Die Anordnung von Anode und Kathode in dem luftleeren Gehäuse ist so gewählt, daß das Elektronenstrahlenbünde! schräg auf die Anode trifft. Die Kathode befindet sich hierzu in einem hülsenförmig an dem Röhrengehäuse angeformten Ansatz. Durch diese Maßnahmen wird eine bessere energetische Verteilung im Röntgenstrahlenbündel erreicht, die um so besser ist, je größer der Winkel zwischen Elcktrunenstrahlaufticffach.se und der Winkelhalbierenden des Röntgenstrahlenbündels ist.

Ein Nachteil von Röntgcnstrahlenquellcn dieser Art ist es, daß während des Elekironenflusses von der Kaihode zur Anode eine bestimmte Anzahl von Sekuiuläreleklronen aus dem Brennfleck herausgelöst werden, die die Anode an anderen Stellen außerhalb des Brenn-Heckes trclfen können. I lierdurch wird eine exirafokale SireuMrahlunjj verursacht, die die Qualität des Rönigeiisirahlenbünclcls beeinträchtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenstrahlenquelle für eine Tomographie-Einrichtung zu schaffen, die sich gegenüber der bekannten Ausführungsform durch eine fast gleichförmige Energieverteilung über den gesamten Querschnitt des fächerförmigen Strahlenbündels auszeichnet, insbesondere die extrafokale Streustrahlung absorbiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Blende sehr nahe und parallel zur Oberfläche der Anode angeordnet ist, die in ihrem dem Brennfleck to gegenüberliegenden zentralen Bereich eine Öffnung enthält und zur Absorption der extrafokalen Streustrahlung einen weit von der Oberfläche der Anode entfernten Teil (A) aufweist, der aus einem leichten Material besteht, während der übrige Teil (B) der Blende aus einem Material hoher Ordnungszahl besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Röntgenstrahlenquelle ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden anhand der in den Zeichnun-λι gen mehr oder minder schematisch dargestellten Ausfiihrungsbeispiele näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlenquelle im Längsschnitt,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform nach F i g. 1 im Querschnitt,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt.

Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, weist die Röntgenröhre eine im wesentlich zylindrisch ausgebildete Glashülle

I auf, deren Enden unter Ultravakuum mittels Scheiben 3 und 4 aus einer einen in der Nähe von Glas liegenden Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Metallegierung, mit den korrespondierenden Enden einer aus Metall bestehenden Hohlwelle 2 verbunden ist, welche die

!5 Zirkulation einer Kühlflüssigkeit im Sinn der dargestellten Pfeile erlaubt.

Auf der Hohlwelle 2 sind zwei Kugellager 6, 7 vorgesehen, auf denen eine rohrförmige Achse 5 gehalten wird, aul der ein zylindrischer Rotor aus Kupfer befe-

Ki stigt ist. der in einem von einem nicht dargestellten außerhalb der Glashülle 1 angeordneten Stator erzeuten Drehfeld liegt. Des weiteren ist an der Achse 5 eine Drehanode 10 gehalten, die eine zylindrische Oberfläche aulweist, deren Generatrix zu ihrer Rotationsachse verläuft.

Eine Drehanode 10 weist einen zylindrischen Körper

II auf. der aus einem elektrisch leitenden Material besteht (entweder Metall ζ. B. Kupfer bzw. Molybdän oder Graphit), wobei wenigstens die vom Elektronenstrahlenbündel beaufschlagte Oberfläche mit einer Schicht 12 versehen ist, die aus einem Material z. B. Wolfram besteht, das geeignet ist. Röntgenstrahlen zu emittieren. Es ist gleichermaßen möglich, den ganzen Körper 11 aus einem Material herzustellen, das Röntgenstrahlen emittieren kann.

Bei den bekannten Ausführungsformen mit zylindrischer Drehanode ist die Kathode (Glühdraht) in bezug auf die zylindrische Oberfläche derart angeordnet, daß ein Elektronensirahlcnbündel senkrecht zu dieser und damit senkrecht zur Rotationsachse der Anode emittiert wird. Eine solche Ausführung weist somit dieselben Nachteile wie eine Einrichtung mit kegelslumpllörmiper Drehanode aul, da das Nulzslrahlenhündel unter einem Winkel von ca. ¹M) in bezug auf die Normale auf ilie Brennfleckoberfläehe auftrifft, d.h. d;ts Nut/sirahlenbündel weist einen geringen Winkelabstand (in der Größenordnung von b bis 10 ) /u der den Brennfleck tangierenden Ebene aul. und somit eine nicht gleiehför-

iiiige Energieverteilung.

Bei der Röntgenstrahienquelle ist die aus einem Glühdraht 22 und einem Bündelungselement 21 bestehende Kathode 20 seitlich in bezug auf die Drehanode 10 versetzt angeordnet, und zwar derart, daß der gegenüber dem thermischen Brehnfleck liegende Raum freigehalten ist, und der Zentralstrahl des Röntgenstrahienbündels ungefähr mit der Normalen auf der Brennfleckobcrfläche zusammenfällt und senkrecht zu der Rola-

stellt.

Die Kathode 20 ist zu diesem Zweck in einem hülsenformig ausgebildeten Ansatz 9 angeordnet, wobei das eine iffnde mit der Glashülle 1 luftdicht verbunden, und

Ks ist aber auch möglich, bei einer derartigen Ausführurigsform die Anordnungen des Ansatzes 9 unter einem spitzen oder stumpfen Winkel in bezug auf die Achse des Rphigenstrahlenbündels vorzunehmen, welche liiit der Normalen in der Brennfleckoberfläche zusammenfällt, im zweiten Fall sind eventuell an sich bekannte Ablenkungs- und Konzentrationsinittel für das Ejeklronenstrahlenbündel erforderlich die aus der Elektronenoptik bekannt sind und die eine ungefähr

tionsachse der Drehanode verläuft Eine solche Anord- io senkrechte Ausrichtung der Bahn des Elektronenstrahnung erlaubt es ein fächerförmiges, ebenes Strahlenbün- lenbündels ermöglichen.

del mit großem Öffnungswinkel (größer als 60°) zu er- In der F i g. 2 ist eine solche Anordnung des Ansatzes

zielen und eine ungefähr gleichförmige Energievertei- 9 unter spitzem Winkel zur Normalen im Brennfleck der lung der Strahlung zu erlangen, wobei der Brehnfleck Drehanode 10 dargestellt, wobei die Drehanode vollsich als rechteckige Form über den ganzen Fächer dar- 15 kommen zylindrisch ausgebildet ist durch die eine noch

größere Wirksamkeit als durch die in diesem Zusammenhang bei dem Gegenstand nach F i g. 1 getroffenen Maßnahmen erzielt wird.

Die Blende 15 weist im wesentlichen eine kreisbogendas andere Ende luftdicht verschlossen ist und Durch- 20 förmige Gestalt auf, dessen Zentrum mit der Rotationsführungen für elektrische Leitungen 23 aufweist. Im hin- achse der Drehanode iO zusammenfällt und die mit teren Bereich des Glasansatzes 9 befinden sich der ihrer Oberfläche parallel zur Oberfläche der Drehanode Glühdraht 22 und das Bündelungselement 21. die mit 10 liegt. In ihrem zentralen Bereich weist die Blende 15 den Leitungen 23 verbunden sind. Sie durchdringen den eine Aussparung auf, die einerseits di? Elektronenstrahhinteren Teil des Bündelungselementes 21, welches zu 25 len und andererseits die vom Brennflcck ausgehenden diesem Zweck mit Isolierteilen 24 (F i g. 3) versehen ist Röntgenstrahlen ungehindert passieren läßt, und zwar, weil das Bündelungselement 21 mit negative- Die Blende 15 besteht aus zwei Teilen A und B. Das

rem Potential als das des Glühdrahtes 22 beaufschlagt Teil A ist aus einem leichten Material, wie z. B. Graphit wird. oder Titan hergestellt und hat zum Ziel, die beim Auf-

Es ist auch möglich, die Hülle 1 aus einem Metall 30 prall des Elektronenstrahlenbündels auf dem Brennfleck herzustellen, das entweder gegenüber den Nutzstrahlen entstehenden Sekundärelektronen zu absorbieren, und, praktisch durchlässig oder an seiner dem Brennfleck zwar durch Abbremsung auf seiner äußeren Oberfläche, gegenüberliegenden Stelle ein Fenster (nicht darge- wodurch die Entstehung einer (extra — fokalen) Röntstellt) aufweist, das aus einem für Röntgenstrahlen genstrahlung an anderen Punkten als an dem Brennfleck durchlässigen Metall z. B. Beryllium besteht. Der Ansatz 35 herabgesetzt wird. Das Teil B besteht aus einem schweren Material (hohe Ordnungszahl) wie z.B. Wolfram, wodurch die trotzdem an anderen Punkten als an dem Brennfleck entstehende Röntgenstrahlen absorbiert werden.

Die Dicke des Teiles A ist in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung derart gewählt, daß die durch den Einfall von Sekundärelektronen hervorgerufene Röntgenstrahlung vernachlässigbar wird. Die Dicke des Teiles B isi in Abhängigkeit der zu absorbierenden extra-fokalen Sirahlcnenergic gewühlt. Um eine optimale Wirksamkeit /11 er/.ielen. muß die Wende 15 mit ihrem Teil B sehr nahe an der zylindrischen Oberfläche der Drehanode 10 angeordnet sein, und zwar vorteilhaflerweise in einem Abstand von einigen Zehntel Millimeter. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführiingsform ist die Kathode 20 in bezug auf die Rotationsachse der Drehanode verschoben. Dies ist hier du."ch die schräge Ausrichtung des Ansatzes 9 in bezug auf die durch das fächerförmige Röntgenstrahlenbündel definierte Ebene

9 besteht vorzugsweise aus einem Isoliermaterial z. B. aus Glas oder Keramik, das mit der metallischen Hülle verbunden ist.

Gemäß der in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Röntgenstrahienquelle liegt die Achse des An- satzes 9 und damit die des Elektronenstrahlenbündels in der Ebene des fächerförmigen Röntgenstrahlcnbündels und steht senkrecht zur Rotationsachse bzw. zur .Symmetrieachse der zylindrischen Drehanode 10. Ils handelt sich hierbei also um eine Verlagerung der Elektronen- ·ι^Γι Strahlenquelle 2I, 22 in transversalem Sinn, wodurch eine optimale Befreiung des dem Brennfleck gegenüberliegenden Raumes erzielt wird. Dadurch kann ein rechteckförmiges, gleichermaßen transversal angeordnetes Fenster 31 aufweisende Kollimator-Blende 30 (Schlitzblende), und zwar so nahe wie möglich an dem die Brennfleck angeordnet werden. In dieser ersten Ausführungsform ist der Glühdraht 22 parallel zu der Rotationsachse der Drehanode 10 angeordnet, so daß der längliche rechteckförmige Brennfleck quasi linear 53 dargestellt, auf der Brennfleckbahn 12 ungefähr mit einer Generatrix der zylindrischen Oberfläche zusammenfällt. Die Ausrichtung der Achse des Ansatzes 9 ist in der F i g. 1 ungefähr senkrecht zu der Generatrix der Oberfläche der Drehanode 10 dargestellt. t>o

Die Anordnung des Ansatzes 9 unter rechtem Winkel erlaubt eine optimale Annäherung der Schlitzblende 30, was einen Vorteil im Hinblick auf einen linearen Brennfleck darstellt.

Die Verschiebung der Kathode 20 steht in Abhängigkeit einer Verschwenkung des ElektroneriStrahlenbündels um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der Rotationsachse der Drehanode 10, und zwar in einer Ebene, die durch diese Achse und die Normale im Brennfleck der zylindrischen Oberfläche definiert ist. Um einen quasi linearen, mit einer Generatrix auf die Oberfläche 12 der Drehanode 10 zusammenfallenden Brennfleck zu erzielen, ist der Glühdraht 22 und die

- Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Brennfleck- b5 Höhlung des den Glühdmhi 22 umschließenden Bi'indebahn 12 in einer von zvei Rändern 14 gebildeten ringför- lungsclcmcntes 21 in der Versehiebeebene angeordnet niigen Vertiefung 13 angeordnet, weiche die extrafokalc
Strahlung reduziert.

und z.B. ungefähr senkrecht /u einer Ge.iclen ausgerichtet die das Zentrum des Glühdrahtes 22 mit dem

Zentrum des Brennflccks verbindet.

Die Drehanode 10 ist an einem Rotor 18 befestigt, dessen Rotationsachse mit XX'bezeichnet ist. Der Rotor 18 ist wiederum von einer metallischen Scheibe 26 gehalten, und zwar über ein dünnes hülsenförmiges, die Aufrechterhaltung des Vakuums im Gehäuse 1 gewährleistendes Teil 19. Der Rotor 18 befindet sich in einem Drehfeld, das von einem auf gleichem Potential wie die Drehanode 10 liegenden Stator 25 erzeugt wird.

Die Blende 15 kann zusätzlich zu ihrer primären Aufgabe, und zwar der Reduktion der extra-fokalen Strahlung eine weitere übernehmen, die darin besteht, die während der Aufnahme auftretende Warme aufzunehmen und abzuführen. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche der Blende 15 so groß wie möglich ausgeführt, d. h. sie umhüllt vorzugsweise die gan/c zylindrische und die beiden kreisförmigen Oberflächen der Drehanode 10.

In diesem FaI! weist also die Blende 15 eine hohl/.ylinderförniige Gestalt auf. deren flächen parallel zu den entsprechenden Rächen der Drehanode 10 liegen. Die Wärmeabfuhr wird dabei durch eine in der Blende 15 zirkulierende Kühlflüssigkeit gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Palentansprüche:

1. Röntgenstrahlenquelle für eine Tomographie-Einrichtung mit in einer Reihe nebeneinander angeordneten Strahlendetektoren, im wesentlichen bestehend aus einem luftleeren Gehäuse (1), einer mit einer Schicht (12), die geeignet ist Röntgenstrahlen zu emittieren, versehenen Anode (10) und einer auf diese ausgerichteten Kathode (20), bei der ein fächerförmiges, eine vorbestimmte Dicke aufweisendes Röntgenstrahlenbündel mit großem Öffnungswinkel emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende (15) sehr nahe und parallel zur Oberfläche (12) der Anode (10) angcordnet ist, die in ihrem dem Brennfleck gegenüberliegenden zemralen Bereich eine Öffnung enthält und zur Absorption der extrafokalen Streusirahlung einen weit von der Oberfläche der Anode (10) entfernten Teil (A)aufweist, der aus einem leichten Material λι besieht, während der übrige Teil (B) der Blende (15) aus einem Material hoher Ordnungszahl besteht.

2. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß als Anode (10) eine Drehanode dient und die Blende (15) kreisbogenförmig >s gehalten ist und formschlüssig mit einer der Drehanode (10) gegenüber dem luftleeren Gehäuse (1) fixierenden metallischen Scheibe (26) verbunden ist und auf demselben Potential liegt wie diese.

3. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (15), kreisförmig verlaufende Oberflächen aufweist, die zu den Manteloberflächen der Drehanode parallel liegen und diese vollständig umgeben, und daß die Blende mit Mitteln zur Zirkulation eines Kühlmittels versehen ist.

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