DE2821597A1 - USE OF A SYSTEM FOR GENERATING A FLAT ELECTRON BEAM WITH PURELY ELECTROSTATIC FOCUSING IN AN X-RAY TUBE - Google Patents
USE OF A SYSTEM FOR GENERATING A FLAT ELECTRON BEAM WITH PURELY ELECTROSTATIC FOCUSING IN AN X-RAY TUBEInfo
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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 5048 BRDSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our reference Berlin and Munich VPA 78 P 5048 BRD
Vervendung eines Systems zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls mit rein elektrostatischer Fokussierung in einer RöntgenröhreUse of a system for generating a flat electron beam with purely electrostatic focusing in an X-ray tube
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Systems zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls mit rein elektrostatischer Fokussierung in einer Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches System ist z.B. bekannt aus der US-PS 34 54 806. Dort ist dieses System zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls mit rein elektrostatischer Fokussierung für E-Typ-Röhren, insbesondere Lauffeldröhren, beschrieben.The invention relates to the use of a system for generating a flat electron beam with a purely electrostatic Focusing in an X-ray tube according to the preamble of claim 1. Such a system is known, for example, from US-PS 34 54 806. There this is System for generating a flat electron beam with purely electrostatic focusing for E-type tubes, in particular Lauffeldröhren described.
Bei Röntgenröhren von z.Z. üblicher Bauart, wie sie etwa in der US-PS 38 85 179 beschrieben sind, werden bekanntlich Kathoden verwendet, die eine heizbare Wendel aus schwerschmelzbarem Metall, etwa Wolfram, enthalten. Diese werden als Originalquelle für Elektronen verwendet, die dann zur Erzeugung von Röntgenstrahlen auf ein schwerschmelzbares Target geleitet werden, wo sie Brems-With X-ray tubes from currently conventional design, as described for example in US-PS 38 85 179, are known Cathodes are used that contain a heatable coil made of refractory metal, such as tungsten. These are used as the original source for electrons, which are then directed to a refractory target to generate X-rays, where they
Kn 5 Kof / 24.4.1978Kn 5 Kof / April 24, 1978
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strahlen auslösen, die zu röntgenologischen Zwecken verwendbar sind. Insbesondere für eine Anwendung, bei welcher Kurzzeitimpulse im Bereich von /us erzeugt werden müssen, sind diese Röhren aber nachteilig. Einerseits sind sie wegen der benötigten hohen Schaltspannungen und relativ großen Wehnelt-Kathodenkapazität nur schwer schaltbar; andererseits sind erwünschte Anodenströme von mehreren Ampere auf kleine Brennfleckflächen nur schwer zu erhalten, weil die Emissionsstromdichte der Wendeln begrenzt ist und die mit Wendeln verbundene Oberflächenstruktur der Kathode hohen Stromverdichtungen entgegenwirkt.trigger rays that can be used for radiological purposes. In particular for an application at which short-term impulses in the range of / us have to be generated, these tubes are disadvantageous. On the one hand they are because of the high switching voltages required and the relatively large Wehnelt cathode capacitance difficult to switch; on the other hand, the desired anode currents of several amperes on small focal spot areas are desirable difficult to obtain because of the emission current density of the coils is limited and the surface structure of the cathode connected with coils has high current densities counteracts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Röntgenröhren ein Elektronenerzeugungssystem anzugeben, das es erlaubt, Elektronenströme von mehreren AmpereThe invention is based on the object of specifying an electron generation system for X-ray tubes which it allows electron currents of several amps
a) zu erzeugen,a) to generate,
b) zu fokussieren undb) to focus and
c) kapazitätsarm zu schalten.c) to switch with low capacity.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved according to the invention by the measures specified in claim 1.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Systems zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls mit rein elektrostatischer Fokussierung für Röntgenröhren, wobei die Strahlverdichtung im wesentlichen durch eine Umlenkung des Elektronenstrahls aus der Kathodenebene um 90° erreicht wird, wofür die Zuganode seitlich von der Kathodenfläche um 90° gedreht angeordnet ist, während im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Kathode und einer dieser gegenüberliegenden Umlenkelektrode andererseits Strahlumformungselektroden vorgesehen sind, wird eine Röntgenröhre mit folgenden Eigenschaften erhalten:The inventive use of a system for generating a flat electron beam with a purely electrostatic Focussing for X-ray tubes, the beam compression essentially by means of a deflection of the electron beam from the cathode plane reached by 90 ° is, for which the pulling anode is arranged to the side of the cathode surface rotated by 90 °, while in the area between the cathode and pulling anode on the one hand and between the cathode and a deflecting electrode opposite it On the other hand, beam conversion electrodes are provided, an X-ray tube having the following Properties obtained:
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a) Es wird mittels elektrostatischer Umlenkfokussierung ein Elektronenflachstrahl erzeugt, wie er in der Regel für Röntgenröhren benötigt wird.a) It is by means of electrostatic deflection focusing a flat electron beam is generated, as is usually required for X-ray tubes.
b) Der Flachstrahl ist in seinen Dimensionen weitgehend stromunabhängig, weil er rein elektrostatisch fokussiert ist.b) The dimensions of the flat jet are largely independent of current because it is purely electrostatic is focused.
c) Die Stromstärke ist durch Verwendung einer Oxyd- oder Metallkapillarkathode und nahezu vollständiger Abschirmung des Anodenpotentials über die Kanonen-Anodenspannung von Null bis zum Grenzstrom, d.h. bis beispielsweise 6 A, regelbar.c) The current intensity is almost more complete by using an oxide or metal capillary cathode Shielding of the anode potential via the gun anode voltage from zero to the limit current, i.e. up to 6 A, for example, adjustable.
d) Mit entsprechender Gestaltung (z.B. der Strahlformelektroden, wie 26, 29, 30, der Fig. 2 und Krümmung der Kathodenoberfläche) der Elektroden ist eine Optimierung im Sinne von bestimmten Stromdichteverteilungen im Brennfleck für den Einsatz in Röntgenröhren, d.h. Gestaltung der Stromdichteverteilung für maximale Belastbarkeit der Anode oder auch zur Erzielung optimaler Abbildungseigenschaften, möglich. Durch Änderung der Spannungen, insbesondere an den Elektroden 29 und 30 (Fig.2), kann der Strahl-d) With an appropriate design (e.g. the beam shaping electrodes, such as 26, 29, 30, Fig. 2 and curvature the cathode surface) of the electrodes is an optimization in terms of certain current density distributions in the focal point for use in X-ray tubes, i.e. design of the current density distribution for maximum load capacity of the anode or to achieve optimal imaging properties. By changing the voltages, especially at the electrodes 29 and 30 (Fig. 2), the beam can
25- querschnitt geändert werden z.B. in einem Verhältnis von etwa 1:3.25- cross-section can be changed e.g. in a ratio of about 1: 3.
e) Als Kathoden können Oxid- oder Vorratskathoden verwendet werden, die im Pulsbetrieb im Vergleich zu den üblichen Metallwendeln wegen der niedrigen Austrittsarbeit sehr hohe Stromdichten erlauben. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die dazu notwendigen Kathodentemperaturen um rund 10000C niedriger liegen als bei W-Wendeln. Als Oxidkathoden sind die bekannten Barium-Strontium-Oxid(Ba-Sr-0)Beschichtungen mit Nickelunterlage anwendbar. Andererseits ist diee) Oxide or storage cathodes can be used as cathodes, which allow very high current densities in pulsed operation compared to the usual metal coils because of the low work function. It is particularly advantageous that the cathode temperatures required for this are around 1000 ° C. lower than in the case of W coils. The known barium-strontium-oxide (Ba-Sr-0) coatings with a nickel backing can be used as oxide cathodes. On the other hand it is
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Verwendung von Vorratskathoden wegen der Robustheit und Regenerierfähigkeit im Betrieb vorteilhaft.The use of storage cathodes is advantageous because of their robustness and ability to be regenerated during operation.
f) Wegen der Umlenkfokussierung ist hohe Strahlverdichtung (ca. 10:1) erreichbar. Die Einzeldimensionierung der Elektronenkathode wird zweckmäßig so ausgelegt, daß der Elektronenstrahl den Austrittsspalt konvergent verläßt. Bei anderer Auslegung würde der Nachteil eintreten, daß die Strahlaufweitung infolge der Raumladungskräfte zu unerwünschter Verbreiterung des Brennflecks führt.f) Because of the deflection focusing is high beam compression (approx. 10: 1) achievable. The individual dimensions of the electron cathode are expediently designed in such a way that that the electron beam leaves the exit slit convergent. If the interpretation was different, the Disadvantage occur that the beam expansion as a result the space charge forces lead to undesired widening of the focal spot.
g) Durch die Umlenkfokussierung wird erreicht, daß die Kathode weitgehend vor dem in Röntgenröhren besonders problematischen Ionenrückfluß geschützt ist.g) The deflecting focussing ensures that the cathode is largely in front of the X-ray tubes in particular problematic ion reflux is protected.
h) Durch den geschlossenen Aufbau der Elektronenkanone kann Abdampfung von Kathodenmaterial weitgehend aus den kritischen Hochspannungsbereichen, d.h. Austrittsebene - Kanone (33, Fig.2) - Anode (9~, Fig.1), ferngehalten werden.h) Due to the closed structure of the electron gun, evaporation of cathode material can largely be prevented the critical high-voltage areas, i.e. exit level - cannon (33, Fig. 2) - anode (9 ~, Fig. 1), be kept away.
i) Eine Schaltung des Elektronenstroms ist wegen der niedrigen Kanonenanodenspannung mit einer Spannung von wenigen kV möglich, indem die Wehneltelektrode entsprechend getastet wird. Bei den z.Z. in der Röntgendiagnostik üblichen Röntgenröhren mit geheizter Drahtwendel als Elektronenquelle und Beschleunigungsspannungen bis 150keV ist in der Regel eine Sehaltspannung von ca. 6 kV nötig. Nach der Erfindung kann diese auf 1 bis 2 kV herabgesetzt werden. Dies bringt den Vorteil, daß mit wesentlich kleineren Steuerleistungen rechteckförmige Pulse im MikroSekundenbereich erzeugt werden können.i) A circuit of the electron flow is because of the low gun anode voltage with a voltage of a few kV is possible by pressing the Wehnelt electrode accordingly. At the currently in the X-ray diagnostics usual X-ray tubes with heated wire helix as electron source and acceleration voltages Up to 150keV, a holding voltage of approx. 6 kV is usually necessary. After Invention, this can be reduced to 1 to 2 kV. This has the advantage that with essential smaller control powers rectangular pulses in the microsecond range can be generated.
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Ein erfindungsgemäß verwendbares System wird bei einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem erhalten, bei dem die wirksame Kathodenoberfläche um 90° gedreht seitlich von einer Zuganode angeordnet ist, welche an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls in das Feld eines Zylinderkondensators senkrecht zur schraubenlinienförmigen Elektronenstrahlbahn sich erstreckt und das im Raum des Strahlenerzeugungssystems vorhandene elektrostatische Feld vom Feld des Zylinderkondensators trennt, während an der Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, eine angenähert mit Kathodenpotential beaufschlagte Umlenkelektrode vorhanden ist, wobei seitlich von der Kathode im Bereich zwischen Kathode und Zuganode einerseits und zwischen Kathode und Umlenkelektrode andererseits Strahlformungselektroden angeordnet sind, welche mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sind derart, daß die von der Kathode ausgehende Elektronenströmung um 90° in Richtung auf eine Blendenöffnung der Zuganode umgelenkt wird.A system which can be used according to the invention is obtained in an electron beam generating system in which the effective cathode surface rotated by 90 ° is arranged to the side of a pulling anode, which is at the entry point of the electron beam in the field of a cylindrical capacitor perpendicular to the helical Electron beam path extends and the electrostatic present in the space of the beam generation system Field separates from the field of the cylindrical capacitor, while on the side of the system that of the cathode surface opposite, a deflection electrode to which approximately cathode potential is applied is present, wherein to the side of the cathode in the area between cathode and pulling anode on the one hand and between cathode and deflection electrode on the other hand, beam-shaping electrodes are arranged, which are connected to a cathode and the electrical voltage lying at the anode potential are applied in such a way that the voltage emanating from the cathode Electron flow is deflected by 90 ° in the direction of a diaphragm opening of the pull anode.
Mit einem in vorgenannter "Weise ausgestalteten System ist bei relativ geringer Kathodenbelastung sehr hohe Stromdichte in einem Elektronenstrahl erzielbar. Beispielsweise ist bei einer Kathodenbelastung von etwa 1 A/cm ein Flachstrahl mit einer Stromdichte von etwa 10 A/cm erreichbar. Der Elektronenstrahl läßt sich außerdem durch Regulierung der Spannungen, die an den einzelnen Elektroden, insbesondere 29 und 30 (Fig.2), angelegt sind, verstellen, etwa der Öffnungswinkel am Strahlenaustritt 33, so daß die Fokusbreite verändert wird. Das innerhalb des Systems liegende Feld (Kanonenfeld) ist dabei gegenüber dem Beschleunigungsfeld zwischen Zuganode 25 (Fig. 2) und Röntgenanode 9 (Fig.1) durch die blendenförmige Zuganode abgeschirmt, so daßWith a system designed in the above-mentioned manner very high current density can be achieved in an electron beam with a relatively low cathode load. For example is at a cathode load of about 1 A / cm a flat jet with a current density of about 10 A / cm achievable. The electron beam can also be controlled by regulating the voltages applied to the individual electrodes, in particular 29 and 30 (Figure 2), are applied, adjust, for example the opening angle on Beam exit 33, so that the focus width is changed. The field within the system (cannon field) is compared to the acceleration field between tension anode 25 (Fig. 2) and X-ray anode 9 (Fig. 1) shielded by the diaphragm-shaped pull anode, so that
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eine Spannungsregulierung am System sich nicht störend
auf die Strahlführung im eigentlichen Laufraum der Röhre auswirkt. Falls es notwendig erscheint, kann
auch noch hinter der Zugelektrode etwa mittels eines kleinen Plattenkondensators eine weitere Korrektur der
Form und Richtung des Strahls erfolgen. Dies ist insbesondere "bei Röntgenröhren interessant, weil beispielsweise
durch Anlegen einer HF-Spannung eine Strahlverbreiterung
erzeugt werden kann.
10voltage regulation on the system does not interfere with the beam guidance in the actual running space of the tube. If it appears necessary, the shape and direction of the beam can be further corrected behind the pulling electrode, for example by means of a small plate capacitor. This is of particular interest in the case of X-ray tubes because, for example, a beam broadening can be generated by applying an RF voltage.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.Further details and advantages of the invention are shown below with reference to the figures Embodiments explained.
In der Fig. 1 ist das Schaubild einer RöntgenröhreIn Fig. 1 is the diagram of an X-ray tube
dargestellt, bei welcher eine erfindungsgemäß ausgestaltete Kathode aufgebrochen gezeichnet ist,shown in which a cathode designed according to the invention is broken open is drawn,
in der Fig. 2 der Querschnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes System zur Erzeugung eines Elektronenflachstrahls undin FIG. 2 the cross section through a system for generation constructed according to the invention a flat electron beam and
in der Fig. 3 eine Ansicht des Systems quer zur Fig. 1 in Blickrichtung auf IH-III.in FIG. 3 a view of the system transversely to FIG. 1 in the direction of view of IH-III.
In der Fig. 1 ist mit 1 eine Röntgenröhre bezeichnet, in deren gläsernem Kolben 2 am einen Ende eine Kathodenanordnung 3 und am anderen eine Anodenanordnung 4 angebracht ist. Die Kathodenanordnung enthält eine Elektronenquelle 5 und ein Umlenksystem 6 für den Elektronenstrahl 7 j der auf einen Brennfleck 8 einer Drehanode 9 gelenkt wird, die aus einer Wolframplatte 10 besteht, deren Unterseite mit einer Platte 11 aus Graphit belegt ist. Die Anode 9 ist über eine Achse mit einem Rotor 13 verbunden, so daß sie mittels einesIn Fig. 1, 1 denotes an X-ray tube, in the glass bulb 2 at one end a cathode arrangement 3 and an anode assembly 4 is attached to the other. The cathode assembly includes a Electron source 5 and a deflection system 6 for the electron beam 7 j on a focal spot 8 of a rotating anode 9 is steered, which consists of a tungsten plate 10, the underside of which with a plate 11 from Graphite is coated. The anode 9 is connected to a rotor 13 via an axis, so that it is by means of a
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VPA 78 P 5043 BRD nicht dargestellten Stators In an sich bekannter Weise in Rotation versetzt werden kann.VPA 78 P 5043 BRD not shown stator In a manner known per se can be set in rotation.
Zur Inbetriebsetzung der Röhre werden einerseits über Leitungen 15 bis 19 die zur Erzeugung des Elektronenstrahls 7 und seine Fokussierung notwendigen Spannungen angelegt. Andererseits wird außerdem noch über die Leitung 19 und den Anschluß 20 des Anodensystems 4 eine Beschleunigungsspannung angelegt, um dem Elektronenstrahl 7 die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen erforderliche Geschwindigkeit zu geben.To start up the tube, on the one hand, lines 15 to 19 are used to generate the electron beam 7 and its focusing applied the necessary voltages. On the other hand, it is also still over the line 19 and the terminal 20 of the anode system 4, an acceleration voltage is applied to the electron beam 7 to give the speed required to generate X-rays.
Der Aufbau des Elektronenerzeugungssystems ist aus der Fig. 2 in schnittbildlicher Darstellung ersichtlich, Mit 5 ist dabei die Kathode bezeichnet, die aus einem Träger 21 und einer Schicht 22,beispielsweise einer Ba-Sr-O-Schicht, mit rechteckförmigem Querschnitt vonThe structure of the electron generation system is from Fig. 2 can be seen in a sectional representation, 5 with the cathode is referred to, which consists of a Carrier 21 and a layer 22, for example a Ba-Sr-O layer, with a rectangular cross-section from
beispielsweise 2x5 nun besteht. Sie ist von einer Wehneltelektrode 23 umgeben. Diese hat einen Schlitz 24 von beispielsweise 1,8 mm Breite und 5 mm Höhe. Mit seiner Hilfe wird aus der von der Schicht 22 der Kathode 5 emittierten Elektronenströmung ein Elektronenbündel 7 von 1,8 mm Breite und 5 mm Höhe ausgeblendet. Gegenüber der wirksamen Kathodenoberfläche ist um 90° gedreht eixie blendenförmige Zuganode 25 angeordnet, welche sich senkrecht zur El.ektronenstrahlrichtung an der Eintrittsstelle des Elektronenstrahls 7 in ein auf die Zuganode folgendes Beschleunigungsfeld erstreckt. Die Zuganode ist an ihrem der Kathode 5 benachbarten Ende mit einem Fortsatz 26 versehen, der im wesentlichen parallel zur wirksamen Kathodenoberfläche verläuft und sich bis in die Nähe der Elektronenströmung über der Kathode 5 erstreckt. An der Seite des Systems, die der Kathodenoberfläche gegenüberliegt, ist eine plattenförmige Umlenkelektrode 27 vorhanden, die angenähert mit Kathodenpotential beaufschlagt sein soll. Diese Umlenkelek-for example 2x5 now exists. It is from one Wehnelt electrode 23 surrounded. This has a slot 24, for example 1.8 mm wide and 5 mm high. With his The electron flow emitted by the layer 22 of the cathode 5 is used to create an electron beam 7 1.8 mm wide and 5 mm high. Opposite to the effective cathode surface is rotated by 90 ° eixie diaphragm-shaped pulling anode 25, which is perpendicular to the direction of the electron beam at the point of entry of the electron beam 7 into the pulling anode the following acceleration field extends. The pulling anode is at its end adjacent to the cathode 5 with one Extension 26 is provided, which runs essentially parallel to the effective cathode surface and extends into the vicinity of the electron flow extends over the cathode 5. On the side of the system that is the cathode surface opposite, there is a plate-shaped deflection electrode 27 which is approximately at cathode potential should be applied. This deflection
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trode 27 weist an ihrem der Zuganode zugewandten Ende einen Ansatz 28 auf, der dem an der Zuganode 25 befindlichen Fortsatz 26 gegenübersteht. Eine derartige abgewinkelte Form der Umlenkelektrode ist dem Umstand förderlich, daß der obere Strahlrand des Elektronenstrahls 7 bei der Umlenkung stärker gekrümmt sein muß als der untere Strahlrand. Im Raum zwischen dem Teil 26 der Zuganode 25 und der Wehneltelektrode 23 befindet sich eine erste Strahlformungselektrode 29, die mit einer zwischen Kathoden- und Zuganodenpotential liegenden elektrischen Spannung beaufschlagt sein soll. Auf der anderen Seite des Elektronenstrahls 7 ist etwa in gleicher Entfernung von der Wehneltelektrode 23 und der Umlenkelektrode 27 eine zweite Strahlformungselektrode 30 angeordnet, die zylindrische Form hat und im wesentlichen mit dem gleichen Potential wie die erste Strahlformungselektrode 29 beaufschlagt sein soll. Außerdem ist unterhalb der zylindrischen Strahlformungselektrode 30 eine weitere, plattenförmig ausgebildete Strahlformungselektrode 31 angeordnet, die seitlich vom Elektronenweg sich im wesentlichen senkrecht zur Kathodenebene erstreckt; an diese Elektrode soll ungefähr die gleiche Spannung wie an die Wehneltelektrode 23 angelegt sein. Senkrecht zu dieser Elektrodenanordnung (nur in Fig. 3 dargestellt) befinden sich plattenförmige Elektroden 34 auf Kathodenpotential, die ein seitliches Aufspreizen des Elektronenstrahls verhindern.At its end facing the pulling anode, the trode 27 has a shoulder 28 that corresponds to that on the pulling anode 25 Extension 26 faces. Such an angled shape of the deflection electrode is conducive to the fact that the upper edge of the electron beam 7 must be more curved than the deflection lower edge of the beam. In the space between the part 26 of the pulling anode 25 and the Wehnelt electrode 23 there is one first beam-shaping electrode 29, which is connected to an electrical Voltage should be applied. On the other side of the electron beam 7 is approximately the same distance of the Wehnelt electrode 23 and the deflecting electrode 27, a second beam-shaping electrode 30 is arranged, which has a cylindrical shape and is substantially at the same potential as the first beam forming electrode 29 should be applied. In addition, below the cylindrical beam-shaping electrode 30 is another, Plate-shaped beam-shaping electrode 31 is arranged, which is laterally from the electron path substantially extends perpendicular to the cathode plane; this electrode should have approximately the same voltage as be applied to the Wehnelt electrode 23. Perpendicular to this electrode arrangement (only shown in Fig. 3) there are plate-shaped electrodes 34 at cathode potential, which spread the electron beam laterally impede.
Die in Fig. 2 dargestellte Elektrodenanordnung mit den beschriebenen Potentialen ruft eine Potentialverteilung hervor, wie sie durch die Potentiallinien 32 in Fig. 2 angedeutet ist. Auf dieser Potentialverteilung beruht die Umlenkung und gleichzeitige Verdichtung der von der Kathode 5 ausgehenden Elektronenströmung in Richtung auf die Blendenöffnung 33 der Zuganode 25. Ob-The electrode arrangement shown in FIG. 2 with the potentials described produces a potential distribution as indicated by the potential lines 32 in FIG. On this potential distribution the deflection and simultaneous compression of the electron flow emanating from the cathode 5 is based on Direction of the aperture 33 of the pulling anode 25. Ob-
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vrahl dabei die Einflüsse der einzelnen Elektroden sich nicht voneinander trennen lassen, kann man über ihre wesentliche Bedeutung folgende Angaben machen: Die Wehneltelektrode 23 mit dem Wehneltschlitz 24 dient in erster Linie der Begrenzung des Strahlquerschnitte. Sie verhindert außerdem in bekannter Weise ein Aufspreizen des Elektronenstrahls durch Raumladungskräfte. Das Potential der Wehneltelektrode 23 liegt zwischen Kathodenpotential und einem negativen Zehntel des Zuganodenpotentials. Die Spannung an den beiden Strahlformungselektroden 29 und 30 soll ein bis vier Zehntel des Zuganodenpotentials betragen; die Größe dieser Spannung bestimmt im wesentlichen die Stärke des Emissionsstromes und die Lage des Fokus des Elektronenflachstrahls 4. Dabei muß die Form der Strahlformungselektrοde 30 nicht unbedingt kreiszylindrisch sein. Es kommt nur darauf an, daß die mit den Linien 32 angedeutete Feldverteilung im wesentlichen erhalten bleibt. Die zusätzliche plattenförmige Strahlformungselektrode 31, die auf einem Potential zwisehen Kathodenpotential und einem um ein Zehntel des Zug ; anodenpotentials verringerten Kathodenpotential liegt, ermöglicht im Zusammenwirken mit der Strahlformungselektrode 29 und dem Teil 26 der Zuganode 25 eine Feinkorrek tur des Strahlverlaufs. Insbesondere kann mit der Einstellung der Spannung an der plattenförmigen Strahlformungselektrode 31 ein Überschneiden der Strahlberandung vermieden werden, weil durch die Elektrode 31 vorwiegend der obere Strahlrand beeinflußbar ist, während der Verlauf des unteren Strahlrands durch die Strahlformungselektrode 29 und dem an der Zuganode 25 befindlichen Fortsatz 26 bestimmt wird. Die etwa auf Kathodenpotential liegende Umlenkelektrode 27 bewirkt hauptsächlich die Umlenkung des Elektronenstrahls. Diese Elektrode erlaubt es auch, den Austrittswinkel des Elektronenstrahls 7 au:; der Blendenöffnung 33 der Zuganode 25 zu beeinflussen, wobei der7 Strahl auch etwas seitlich verschobenIf the influences of the individual electrodes cannot be separated from one another, the following information can be given about their essential significance: The Wehnelt electrode 23 with the Wehnelt slot 24 primarily serves to limit the beam cross-section. It also prevents spreading of the electron beam by space charge forces in a known manner. The potential of the Wehnelt electrode 23 lies between the cathode potential and a negative tenth of the train anode potential. The voltage at the two beam-shaping electrodes 29 and 30 should be one to four tenths of the train anode potential; the magnitude of this voltage essentially determines the strength of the emission current and the position of the focus of the flat electron beam 4. The shape of the beam-shaping electrode 30 does not necessarily have to be circular-cylindrical. It is only important that the field distribution indicated by the lines 32 is essentially retained. The additional plate-shaped beam-forming electrode 31, which is at a potential between the cathode potential and one by one tenth of the train; anode potential is reduced cathode potential, enables a fine correction of the beam path in cooperation with the beam-shaping electrode 29 and the part 26 of the pulling anode 25. In particular, by setting the voltage on the plate-shaped beam-shaping electrode 31, an overlapping of the beam boundary can be avoided, because the upper beam edge can be mainly influenced by the electrode 31, while the course of the lower beam edge through the beam-forming electrode 29 and the extension 26 located on the pulling anode 25 is determined. The deflecting electrode 27, which is approximately at cathode potential, mainly effects the deflection of the electron beam. This electrode also makes it possible to determine the exit angle of the electron beam 7; to influence the aperture 33 of the pulling anode 25, the 7 beam also being shifted slightly to the side
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werden kann. Die Form der Zuganode 25 ist einerseits dadurch bestimmt, daß das Kanonenfeld vom Feld des eigentlichen Laufraums streng getrennt sein soll, um eine gegenseitige Beeinträchtigung der beiden Felder zu vermeiden. Andererseits ist der abgewinkelte Fortsatz 26 an der Zuganode 25 erforderlich, um zusammen mit den beiden wesentlichen Strahlformungselektroden 29 und 30 die gewünschte Strahlform zu erreichen. Hierzu sei bemerkt, daß die Zuganode selbstverständlich auch aus zwei getrennten Teilen, nämlich der Platte mit der Blendenöffnung 33 und einer dazu senkrechten, dem Fortsatz 26 entsprechenden Platte,bestehen kann.can be. The shape of the pulling anode 25 is determined on the one hand by the fact that the cannon field from the field of the actual running area should be strictly separated in order to to avoid a mutual impairment of the two fields. On the other hand is the angled extension 26 on the pulling anode 25 is required, together with the two essential beam-shaping electrodes 29 and 30 to achieve the desired beam shape. It should be noted here that the pulling anode, of course, also of two separate parts, namely the plate with the aperture 33 and one perpendicular thereto, the extension 26 corresponding plate, may exist.
Die Stromdichteverteilung eines Elektronenflachstrahls, der mit einer Kanone nach Fig. 2 erzeugt worden ist, zeigt eine Breite d des Strahlquerschnitts von einigen Zehntel mm (etwa 0,3) bei einer Höhe von 5 mm. Die Messung wurde mit folgenden Spannungen an den einzelnen Elektroden durchgeführt; die Spannung an der Kathode 5, der Wehneltelektrode 23, der Umlenkelektrode 2? und der zusätzlichen Strahlformungselektrode 31 betrug jeweils 0 Volt. Die Strahlformungselektrode 29 war mit einem Potential von 53 V und die zylindrische Strahlformungselektrode 29 mit einem Potential von 41 V beaufschlagt, während an der Zuganode 25 ein Potential von 410 V liegt. Der Strahl ist bei einer Perveanz von 0,7 xThe current density distribution of a flat electron beam, which has been produced with a cannon according to FIG. 2 shows a width d of the beam cross section of a few Tenth of a mm (about 0.3) at a height of 5 mm. The measurement was made with the following voltages on each Electrodes carried out; the voltage at the cathode 5, the Wehnelt electrode 23, the deflection electrode 2? and the additional beam shaping electrode 31 was each 0 volts. The beam forming electrode 29 was at a potential of 53 V and the cylindrical beam forming electrode 29 is applied with a potential of 41 V, while at the pulling anode 25 a potential of 410 V lies. The ray is at a perveance of 0.7 x
6 / 3/2
10 A/V^' im Verhältnis von 10:1 verdichtet, sein
Öffnungswinkel liegt nach dem Austritt aus der Zuganode bei ungefähr 5°.6 / 3/2
10 A / V ^ 'compressed in a ratio of 10: 1, its opening angle is about 5 ° after exiting the pulling anode.
Zur Erzielung der bei einer Röntgenröhre für Computer-Tomographie erwünschten Betriebseigenschaften ist beispielsweise ein Elektronenstrahlquerschnitt an der Röntgenanode von 1 χ 16 mm erforderlich bei einer Impuls-Stromstärke bis 6 A. Für die Kathode ergibt sich dannTo achieve the operating properties desired in an X-ray tube for computer tomography, for example an electron beam cross-section at the X-ray anode of 1 χ 16 mm is required with a pulse current strength up to 6 A. For the cathode this then results
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VPA 78 P 5043 BRDVPA 78 P 5043 BRD
bei einer Verdichtung von 5:1 bis 20:1, insbesondereat a compression of 5: 1 to 20: 1, in particular
2 22 2
10:1, eine Fläche von 5 x 10mm bis 20 χ 10mm , insbe-10: 1, an area of 5 x 10mm to 20 χ 10mm, especially
p ρp ρ
sondere 10 χ 10mm bei einer Stromdichte von 12 A/cmspecial 10 χ 10mm with a current density of 12 A / cm
ρ ρρ ρ
bis 3 A/cm , insbesondere 6 A/cm , an der Kathodenoberfläche. Diese Stromdichte läßt sich impulsbetrieben sowohl mit Oxid- als auch mit Vorratskathoden problemlos erreiche. Der wesentliche Unterschied gegenüber heute üblichen Glühkathoden, d.h. Metall (W)-Wendeln, ist, daß die für derartige Emissionsstromdichten benötigten Temperaturen bei nur 7000C bis 13000C liegen und die gesamte Kathodenoberfläche gleichmäßig emittiert.up to 3 A / cm, in particular 6 A / cm, on the cathode surface. This current density can be easily achieved in pulse mode with both oxide and storage cathodes. The essential difference compared with conventional thermionic cathodes today, ie metal (W) -Wendeln, is that the need for such emission current densities temperatures and at 700 0 C to 1300 0 C evenly emits the entire cathode surface.
Die oben beschriebene Umlenkfokussierung läßt sich auch auf magnetischem Wege realisieren. Wegen der Abhängigkeit des Bahnkreisradius der Ladungsträger von ihrer Geschwindigkeit gehen dann aber Vorteile verloren. Dies ist insbesondere die Möglichkeit der Stromregulierung bei gleichbleibenden Brennfleckabmessungen.The deflection focusing described above can also be implemented magnetically. Because of the addiction of the orbital radius of the load carriers and their speed, advantages are then lost. This is especially the possibility of current regulation with constant focal spot dimensions.
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