DE2807735B2 - Röntgenröhre mit einem aus Metall bestehenden Röhrenkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Kauptanspruches. iEine solche Röntgenröhre ist aus der De-OS 2525 159 bekannt. Die Elektrode dient dabei dazu, den Elektronenstrahl zu beschleunigen und zu fokussieren. Dazu muß die Elektrode so dicht wie möglich bei der Kathode angeordnet sein, weil im Bereich der Kathode die Elektronen noch so langsam sind, daß die Elektrode sie beschleunigen und fokussieren kann. Das Potential der Elektrode liegt dabei in der Mitte zwischen dem Anoden- und dem Kathodenpotential.

Bei Röntgenröhren mit einem aus Metall bestehenden Röhrenkolben ergibt sich - ebenso wie bei Rönigenröhren mit Glaskolben - eine Extrafokalstrahlung (sogenannte Stielstrahlung), die besonders stark ist, wenn die Kathode das gleiche Potential führt wie der Röhrenkolben. Diese Extrafokalstrahlung, die auch bei der bekannten Röntgenröhre auftritt, bewirkt - w ähnlich wie die Streustrahlung - eine diffuse Schwärzung des Röntgenfilms bei der Aufnahme, wodurch die Bildqualität nachteilig beeinflußt wird. Die bekannten Lösungen (z. B. DE-OS 2619008) zur Beseitigung der Streustrahlung basieren auf der Vervyen- « dung von möglichst dicht in der Nähe des Brennfleckes angeordneten Blenden, die im wesentlichen nur die im Brennfleck entstandene Röntgenstrahlung durchlassen. Diese Maßnahmen, die nur begrenzte Wirkungen haben, verhindern nicht das Entstehen der Stiel- bo strahlung bzw. der Extrafokalstrahlung innerhalb der R.öhre, sondern sind darauf abgestellt, die aus der Röhre austretende Extrafokalstrahlung zu schwächen, ohne die aus dem Brennfleck austretende Nutzstrahlung zu beeinflussen. b^r>

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Röntgenröhre selbst so auszubilden, daß in ihr möglichst wenig Extrafokal- bzw. Stielstrahlung erzeugt

Ausgehend von einer Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Elektrode bei der bekannten Röntgenröhre, die, wie bereits erwähnt, einen ganz anderen Zweck hat, kann die Streustrahlung nicht beseitigen, weil sie in der Nähe der Kathode angeordnet und so gestaltet ist, daß nur wenige Elektronen auf sie auftreffen, damit sie nicht zu stark erhitzt wird.

Das gleiche gilt für andere bekannte Röntgenröhren mit einer Elektrode zwischen Kathode und Anode. So wird beispielsweise eine Gitterelektrode verwendet, die gegenüber der Kathode negatives Potential führen und zum schnellen Ein- und Ausschalten der Röntgenstrahlung dient (US-PS 3119931). Es sind auch schon Elektroden mit einem gegenüber der Kathode positiven Potential benutzt worden, z. B. aJs Teile einer elektrostatischen Linse (US-PS 2842694) oder zur Verbesserung der Emission (US-PS 3916202).

In allen diesen Fällen haben diese Elektroden eine andere Aufgabe als bei der Erfindung; sie haben auf die Extrakfokalstrahlung praktisch keine Wirkung.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Die Extrafokalstrahlung wird dadurch erzeugt, daß ein Teil der aus der Kathode emittierten Elektronen von der Anode im Brennfleck nahezu ohne oder nur mit geringem Energieverlust reflektiert wird. Die Energie dieser Elektronen reicht daher nicht aus, um sie auf den Metallkolben der Röntgenröhre gelangen zu lassen, falls dieser dasselbe Potential führt wie die Kathode. Die Elektronen fallen daher zwangsläufig zur Anode zurück - in der Regel nicht auf den Brennfleck- und erzeugen dann die Extrafokalstrahlung. Durch die erfindungsgemäße Elektrode werden diese Elektronen abgefangen, bevor sie wieder die Anode erreichen können. Damit die Elektronen auf diese Elektrode auftreffen können, muß diese ein positives Potential gegenüber der Kathode führen, wobei die Potentialdifferenz zwischen der »Sammel«-Elektrode und der Kathode so gewählt sein muß, daß die Energie des überwiegenden Teils der reflektierten Elektronen ausreicht, um die Elektrode zu erreichen. In der Praxis genügt es, wenn die Elektrode um etwa 3 bis 10 kV positiver ist als die Kathode.

Da die auf diese Elektrode auftreffenden Elektronen bei dieser geringen Potentialdifferenz zur Kathode fast ihre gesamte Energie verloren haben, wird ein Aufheizen dieser Elektrode im allgemeinen weitgehend vermieden.

Der Abstand der Elektrode von der Anode sollte so klein sein, wie das mit Rücksicht auf die Spannung zwischen der Elektrode und Anode gerade noch möglich ist. Die Form der Elektrode hängt von der Form der Anode ab. Handelt es sich dabei z. B. um eine zylinderförmige Festanode, dann muß die Elektrode die Form eines ebenfalls zylinderförmigen Bechers haben, der die Anode umschließt und an seinem der Kathode zugewandten Boden eine öffnung für die »primären« Elektronen aufweist. Bei einer Drehanoden-Röntgenröhre, deren Drehachse parallel zum Zentralstrahl verläuft und deren Brennfleckbahn in bekannter Weise abgeschrägt ist (vgl. DE-AS 2455 974), muß eine Elektrode verwendet werden, deren Oberfläche parallel zur Brennfleckbahn verläuft und in diesem Bereich eine öffnung für die »pri-

mären« Elektronen aufweist und an ihrem Rand, ähnlich wie die Anodenscheibe an ihrem Rand, umgebogen ist.

Die Erfindung ist nicht nur bei Röntgenröhren anwendbar, deren Kathoden das gleiche Potential führen wie der Röhrenkolben, sondern auch bei anderen Röntgenröhren, z. B. bei solchen, bei denen die Spannung zwischen Anode und Röhrenkolben bzw. Kathode und Röhrenkolben je die Hälfte der Anoden-Kathoden-Spannung beträgt. Bei diesen Röntgenröhren erreicht zwar auch der überwiegende Teil der im Bren.ifleck reflektierten bzw. daraus herausgelösten Elektronen den Metallkolben, jedoch ist ihre Energie dort noch relativ groß, so daß einerseits ein nicht zu vernachlässigender Anteil wieder reflektiert wird bzw. neue Sekundärelektronen erzeugt, die zur Anode gelangen, und andererseits der Röhrenkolben relativ stark erwärmt wird, was insbesondere dann, wenn im Bereich des Strahlenaustritts ein Berylliumfenster vorgesehen ist, eine übermäßig große Erwärmung des Fensters bzw. der Lötstellen hervorrufen kann.

In ungünstigen Fällen kann es vorkommen, daß die Potentialverteilung zwischen Anode und Kathode im Bereich der Kathode durch die erfindungsgemäße Elektrode so verändert wird bzw. der Anodendurchgriff so herabgesetzt wird, daß der Anodenstrom durch Raumladungseffekte verringert wird. Dies läßt sich nach einer Weiterbildung der Erfindung Jadurch vermeiden, daß zwischen der Elektrode und der Kathode eine weitere gegenüber der Kathode positives Potential führende Elektrode so angeordnet ist, daß die elektrische Feldstärke im Bereich des Heizfadens der Kathode vergrößert wird.

Eine derartige Elektrode ist an sich aus der US-PS 3 916 202 bekannt, wo sie wahlweise auch - nach Anlegen einer entsprechend negativen Spannung - zum Ein- und Ausschalten des Röhrenstromes dient.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, das eine Drehanoden-Röntgenröhre zeigt, deren Kolben an einer Stelle aufgeschnitten ist.

In der Zeichnung ist mit 1 der aus Metall bestehende Röhrenkolben bezeichnet, in dem eine um eine in der Zeichenebene liegende Drehachse 2 drehbare Anodenscheibe 3 angeordnet ist. Die Anodenscheibe 3 hat eine Kegelstumpfform, ;»uf deren Mantel der senkrecht zur Drehachse 2 verlaufende Elektronenstrahl im Brennfleck auftrifft-wie an sich aus der US-PS 3646380 bekannt. Die Zuführung der Hochspannung zur Anodenscheibe, der Stator zum Antrieb des mit der Anodenscheibe 3 verbundenen Rotors usw. sind der Einfachheit halber nicht dargestellt; sie können in der üblichen Weise gestaltet und angeordnet sein. Der Röhrenkolben 1 ist rotationssymmetrisch zur Drehachse 2 aufgebaut, jedoch ist an einer Stelle mit der Wand des Röhrenkolbens ein becherförmiger Isolator 4 verbunden, der u. a. die Kathode 5 trägt. Die Kathode 5 befindet sich im Betriebszustand ebenso wie der Röhrenkolben auf Erdpotential, so daß dann die Anodenscheibe gegenüber dem Metallkolben 1 Hochspannungspotential fuhrt. Der bei solchen Röntgenröhren relativ große Luftspalt zwischen den Wänden des Metallkolben und dem nicht näher dargestellten Rotor läßt sich in bekannter Weise (DE-OS 2455 974) dadurch verringern, daß zwischen der Anodenscheibe 3 und dem Rotor ein Isolator angeordnet wird und daß der Rotor ebenfalls geerdet wird.

Der Isolator 4 trägt noch eine weitere Elektrode 6. die aus einem trichterförmigen mit den Isolator verbundenen Teil 6fl besteht, der in zwei sich etwa paral-IeI zur Oberfläche der Anodenscheibe 3 erstreckenden Elektrodenflächen 6b übergeht. Die Elektrode 6 ist auf nicht näher dargestellte Weise an eine gegen Masse (d. h. auch gegenüber dem Röhrenkolben und der Kathode) positive Spannung im Bereich von etwa

is 3 bis 10 kV angeschlossen, so daß der überwiegende Teil der reflektierten bzw. als Sekundärelektronen emittierten Elektronen gegen das Potential der Elektrode anlaufen kann. Die Elektrode 6 und insbesondere die Elektrodenflächen 6b sollten die Anode so

2« dicht wie das mit Rücksicht auf die zwischen der Elektrode und der Anode im Betrieb bestehende Hochspannung möglich ist, umschließen. Damit die im Brennfleck 3 a erzeugte, durch das Strahlenaustrittsfenster 7 austretende Strahlung so wenig wie möglich

2ϊ geschwächt wird, kann in der einen Elektrodenfläche im Bereich des Strahlenaustritts ein durch ein Loch gebildetes Fenster vorgesehen sein, wie durch gestrichelte Linien angedeutet. Auf ein solches Loch kann aber auch verzichtet werden, wenn die Elektrode aus

jo einem Material mit niedriger Ordnungszahl besteht, dessen Wandstärke zumindest im Bereich des Strahlenaustritts genügend dünn ist bzw. so bemessen ist, daß die bei Röntgenröhren für die Strahlendiagnostik ohnehin erforderliche Vorfilterung der Strahlung

r, durch die Elektrode vorgenommen werden kann.

Damit die Bahnen möglichst aller reflektierten Elektronen bzw. aller Sekundärelektronen auf der Elektrode 6 landen, sollte die öffnung des Trichters 6o möglichst klein sein. Dadurch wird jedoch der Anodendurchgriff verringert, so daß insbesondere bei niedrigen Spannungen der Anodenstrom durch Raumladungseffekte begrenzt wird. Dies läßt sich durch eine weitere, ebenfalls vom Isolator getragene und in der Nähe der Kathode angeordnete Elek-

4-, trode 8 auf einem gegenüber der Kathode positiven Potential vermeiden. Diese Elektrode kann eine Gitterelektrode sein. Es kann jedoch auch eine Elektrode verwendet werden, wie sie in der US-PS 3 916 202 be schrieben ist. Dadurch wird die Feldstärke im Bereich

•ίο der Kathode erhöht und der Emissionsstrom auch für niedrige Werte der Röhrenspannung vergrößert.

Schließlich kann noch zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 8 ein zusätzliches Steuergitter 9 vorgesehen sein, das durch Anlegen einer geeigneten

->-) Vorspannung zum Ein- und Ausschalten des Röhrenstroms und damit der Röntgenstrahlung benutzt werden kann. Zu diesem Zweck kann aber auch in aus der US-PS 3916202 bekannter Weise aas Gitter 8 dienen, an das dann während einer Aufnahme oder

ho einer Durchleuchtung ein positives Potential angelegt wird und an das bei Beendigung einer Aufnahme ein negatives Potential angelegt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Röntgenröhre mit einem aus Metall bestehenden Röhrenkolben (1), bei der zwischen Anoden-Brennfleck (3 a) und Kathode (5) eine Elektrode (6) angeordnet ist, deren Potential im Betrieb zwischen den Potentialen von Kathode (5) und Anode (3) liegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Elektrode (6) führt ein um etwa 3 bis 10 kV positiveres Potential als die Kathode,

b) die Elektrode (6) ist im Bereich des Anoden-Brennfleckes (3 a) derart angeordnet und so geformt, daß vom Brennfleck reflektierte Elektronen auf ihrer Bahn überwiegend auf die Elektrode (6) auftreffen.

2. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Elektrode (6) und der Kathode (5) eine weitere, gegenüber der Kathode (5) positives Potential führende Elektrode (8) so angeordnet ist, daß die elektrische Feldstärke im Bereich des Heizfadens der Kathode vergrößert wird.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden (6, 8) ein Steuergitter (9) angeordnet ist.