DE2851079A1

DE2851079A1 - Roentgenroehre

Info

Publication number: DE2851079A1
Application number: DE19782851079
Authority: DE
Inventors: David Cowell
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1979-06-13
Also published as: CA1110777A; US4191889A; JPS5483791A

Description

Anmelder; Sybron Corporation, «1100 Midtown Tower, Rochester, N.Y. 14604, USA

Röntgenröhre

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Schaltung zum Vorheizen deren Glühkathode oder Heizdraht.

Beispielsweise in der medizinischen Praxis verwandte Röntgenröhren wie Coolidge-Röhren enthalten einen Hochspannungstransformator zur Zufuhr einer Hochspannung von etwa 80 kV. An die Primärwicklung des Hochspannungstransformators wird die Festspannung angelegt. Die Kathode wird durch einen Heizdraht erhitzt, dem der Heizstrom über einen Niederspannungstransformator zugeführt wird, an den ebenfalls die Netzspannung angelegt wird. Bei vielen Röntgenröhren sind die Kathode und der Heizdraht miteinander elektrisch verbunden und diese beiden Elemente können als einheitliche Struktur ausgebildet sein. Aus Kostengründen wird der Ausgang des Hochspannungstransformators oft direkt mit der Röntgenröhre ohne die Zwischenschaltung von Gleichrichtern- verbunden. Die Röhre ist dann selbst gleichrichtend und leitet-nur während abwechselnder Halbzyklen der Hochspannung. Während des leitenden Zustands treffen von der Glühkathode emittierte Elektroden auf die Anode auf, wodurch Röntgenstrahlung

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ausgelöst wird. Für eine gegebene Zeitspanne ist die emittierte Strahlungsdosis eine Funktion der Röhrenspannung und des Röhrenstroms. um eine genaue Dosierung zu erzielen, wird üblicherweise die Röhreηspannung oder der Röhrenstrom gesteuert, so daß Änderungen der Leitungsspannung die Strahlungsdosis nicht wesentlich beeinflussen. Zur Stabilisierung des Röhrenstroms und der Röhrenspannung sind eine Anzahl von Einrichtungen bekannt, die meist verhältnismäßig teuer sind. Durch die Verwendung von schnell entwickelbaren hochempfindlichen Röntgenfilmen ist es ferner möglich, eine ausreichende Strahlungsdosis mit wenigen Halbzyklen zu erzielen, so daß bei vielen bekannten Einrichtungen keine ausreichende Zeit zur Stabilisierung des Röhrenstroms verbleibt. Es ist deshalb üblich, den Heizdraht von Röntgenröhren vor der Erzeugung der Hochspannung während einer Vorheizzeit vorzuheizen.

Bekanntlich hängt der Röhrenstrom von der Heizdrahttemperatur und anderen Faktoren ab. Je höher die Heizdrahttemperatur ist, umso höher ist die Stromstärke zwischen der Kathode und der Anode. Beim Auftreten des Röhrenstroms wird wegen des hohen Widerstands der Hochspannungswicklung die Spannung des Transformators geändert. Je höher die Stromstärke des Röhrenstroms ist, um so stärker ist der Spannungsabfall und um so geringer ist die Hochspannung an der Röhre, obwohl durch einfache Vorheizschaltungen der Röhrenstrom etwas stabilisiert werden kann, ist dadurch keine genaue Kompensation bei Änderungen der Netzspannung möglich. Wenn die Vorheizzeit zu-kurz ist, ist der Heizdraht verhältnismäßig kalt und die ersten Stromimpulse sind verhältnismäßig klein. Eine zu lange Aufheizzeit verursacht andererseits zu starke anfängliche Stromimpulse, wodurch die Hochspannung verringert wird. Bei bekannten Vorheizeinrichtungen beträgt die Vorheizzeit normalerweise ein ganzzahliges Vielfaches von Halbzyklen der Eingangsspannung und die Genauigkeit der zeitlichen Steuerung kann nicht besser als entsprechend einem halben Zyklus sein. Deshalb kann eine eingestellte Vorheizzeit genau für eine bestimmte Netzspannung geeignet sein. Wenn sich jedoch die Netzspannung ändert, ist diese Vorheizzeit nicht mehr opti-

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mal, so daß beträchtliche Fehler auftreten können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorheizschaltung für eine Röntgenröhre derart zu verbessern, daß eine kontinuierliche Kompensation bei Änderungen der Netzspannung erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zusammenfassend sind deshalb wesentliche Merkmale der Erfindung in einer Röntgenröhre mit einer solchen Vorheizschaltung zu sehen, deren Vorheizzeit sich umgekehrt wie die Netzspannung ändert. Wenn eine derartige Röntgenröhre leitend wird, werden der Röhrenstrom und die Röhrenspannung innerhalb zufriedenstellender Grenzen unabhängig von Änderungen der Netzspannung gehalten.

Anhand der zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Röntgenröhre mit einer Vorheizschaltung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Signalen oder Zuständen im Zusammenhang mit der Schaltung in Fig. 1.

Gemäß der Erfindung wird die Dauer der Vorheizung des Heizdrahts in einer umgekehrten Beziehung zu Änderungen der Netzspannung gesteuert. Je höher die Netzspannung ist, um so kürzer ist die Vorheizzeit für den Heizdraht vor dem Anlegen der Hochspannung in der Röntgenröhre. Dadurch erfolgt eine Kompensation der Erhöhung der Heizspannung entsprechend der Erhöhung der Netzspannung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine Röntgenröhre 10,' die beispielsweise eine Coolidge-Röhre ist, die eine Anode 12 und eine Kathode 14 besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der Heizdraht die Kathode 14. Die Netzspannung wird einem Hochspannungstransformator 16 zugeführt, dessen Ausgangsspannung zwischen der Anode 12 und der Kathode 14 angelegt wird. Die Netzspannung wird auch an einen Nieder-

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Spannungstransformator 18 angelegt, dessen Ausgangsspannung dem Heizdraht der Kathode 14 zugeführt wird. Die Röntgenröhre emittiert eine Röntgenstrahlung, wenn Elektronen auf die Anode auftreffen. Dies erfolgt in einem nutzbaren Ausmaß nur dann, wenn sowohl die Hochspannung als auch die Heizspannung an die Röhre angelegt sind. Die an die Röntgenröhre angelegte Hochspannung hängt nicht nur von dem Wicklungsverhältnis des Hochspannungstr-^^formators ab, sondern auch von dem Röhrenstrom und der Impedanz des Transformators. Der anfängliche Röhrenstron hängt teilweise von der Heizdrahttemperatur ab, welche diese Schaltung durch Änderung der Vorheizzeit in Abhängigkeit von der Netzspannung steuert.

Im folgenden soll die Arbeitsweise im Hinblick auf einen Emissionszyklus erläutert werden. Es soll angenommen werden, daß zu einem Zeitpunkt Null die Röntgenröhre mit der Netzspannung verbunden ist, aber noch nicht emittiert.

Ein Phasen-Auslöseimpulsgenerator 20 führt einen Phasen-Triggerimpuls in jedem Zyklus bei alternierenden Überkreuzungen der Nullstellen der Netzspannung zu. Die Triggerimpulse werden einem von vier Eingängen einer UND-Schaltung 22 zugeleitet. Die UND-Schaltung 22 liefert nur dann ein Ausgangssignal·, wenn allen Eingängen gieichzeitig Signale einer bestimmten Polarität zugeführt werden. An der UND-Schaltung 22 tritt deshalb kein Ausgangssignal auf, falls nicht alle erforderlichen Eingangssignale auftreten.

Wenn eine Emission durch die Röntgenröhre erfolgen soll, betätigt der Benutzer einen Schalter 24, der mit einer Unterdrückungsschaltung 26 verbunden ist. Bei Betätigung des Schalters 24 wird einem Eingang der UND-Schaltung 22 ein Emissionssignal zugeführt. Die Eingangssignale an den beiden übrigen Eingängen der UND-Schaltung 22 sollen später näher erläutert werden. Es sei zunächst angenommen, daß EingangsSignaIe auch an diesen beiden Eingängen auftreten. Wenn das Emissionssignal und das Triggersignal am Eingang der UND-Schaltung 22 auftreten, liefert die UND-Schaltung ein Ausgangssignal, das durch

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einen Verzögerungs-Triggerverstärker 28 verstärkt wird, dessen Ausgangssignal einem ersten Impulsgenerator 30 und einem zweiten Impulsgenerator 32 zugeführt wird. Der erste impulsgenerator 30 gibt einen ersten Steuerimpuls mit einer vorherbestimmten Dauer ab, der typischerweise einige Hundertstel Millisekunden andauert» Die Impulsbreite wird so gewählt, daß die hintere Flanke zwischen zwei Triggerimpulseη vorhanden ist.

Der zweite Impulsgenerator 32 liefert einen zweiten Steuerimpuls mit veränderlicher Zeitdauer. Die spezielle Zeitdauer des zweiten Steuerimpulses wird durch die Steuerspannung eines Steuerspannungsgenerators 34 bestimmt, welche Steuerspannung von der Amplitude der Netzspannung abhängt. Je höher die Netzspannung ist, desto länger ist die Zeitdauer des zweiten Steuerimpulses, je geringer die Netzspannung ist, desto kürzer ist die Zeitdauer des zweiten Steuerimpulses. Wie noch näher erläutert werden soll, steuert die hintere Flanke des zweiten Steuerimpulses die Zufuhr von Heizleistung beim Beginn der Vorheizzeit über Relaiskontakte oder eine andere Steuereinrichtung, so daß die Vorheizzeit um so kürzer ist, je länger der zweite Steuerimpuls dauert. Der erste und der zweite Steuerimpuls werden zusammen mit dem Emissionssignal ES einer ersten Kombinationsschaltung 36 zugeleitet.

Der Ausgang der Schaltung 36 ist mit einer Treiberschaltung 38 für ein Relais 40 verbunden. Unmittelbar nach dem Schließen des Schalters 24 treten am Eingang der ersten Kombinationsschaltung 36 diese drei Signale auf. Der zweite Steuerimpuls dient dazu, das Schließen des Relais 40 zu verhindern. Wenn die Zeitdauer des zweiten Steuerimpulses abgelaufen ist, schließt die erste KombinationsschaItung 36 das Relais 40 beim Auftreten des Emissionssignals ES und des ersten Steuerimpulses. Wenn das Relais 40 geschlossen wird, verhindert eine Rückkopplungsschleife 42, daß das Relais 40 geöffnet wird, bevor der Schalter 24 freigegeben wird.

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Wenn das Relais 40 geschlossen ist, ist die Heizspannung HSp angeschaltet und der Phasen-Triggerimpuls Tr tritt an einem Eingang einer zweiten Kombinationsschaltung 44 auf. Der Triggerimpuls Tr wird einem Anschluß A des Relais 40 und der erste Steuerimpuls einem Anschluß B der zweiten Kombinationsschaltung 44 zugeführt. Der erste Steuerimpuls sperrt die zweite Kombinationsschaltung 44. Am Ende der bestimmten Zeitdauer des ersten Steuerimpulses schaltet die zweite Kombinationsschaltung 44 beim Auftreten des nächsten Triggerimpulses Tr eine Hochspannungssteuerschaltung 46 ein, so daß der Röntgenröhre 10 Hochspannung zugeführt wird.

Den beiden noch nicht erläuterten Eingängen der UND-Schaltung 22 wird der erste Steuerimpuls bzw. das Relaissignal RS zugeführt. Dadurch wird ein unerwünschtes erneutes Umschalten der Impulsgeneratoren 30, 32 verhindert, während der Schalter 24 noch herabgedrückt ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Röntgenröhre 10 in Abhängigkeit von den beschriebenen Impulsen erläutert werden. Nach dem Herabdrücken des Schalters 24 werden die beiden Steuerimpulse erzeugt. Während des gemeinsamen Auftretens der beiden Steuerimpulse tritt keine Spannung an der Röntgenröhre auf. Am Ende des zweiten Steuerimpulses, der kürzer als der erste Steuerimpuls ist, wird die Heizspannung HSp der Röhre zugeführt. Bis zum Ende des ersten Steuerimpulses, das zwischen zwei Phasen-Triggerimpulsen liegt, wird nur die Heizspannung zugeführt. Beim Auftreten des nächsten Triggerimpulses wird sowohl die Heizspannung als auch die Hochspannung der Röhre zugeführt.

Die Zeitspanne, während der nur Heizspannung, aber keine Hochspannung zugeführt wird, wird als Vorheizzeit bezeichnet. Je länger die Vorheizzeit bei einer gegebenen Spannung ist, um so höher ist die Temperatur des Heizdrahts und um so mehr Strom fließt durch die Röhre. Die Stromstärke des Röhrenstroms beeinflußt den Spannungsabfall des Hochspannungstransformators und deshalb die Größe der an der Röhre anliegenden Hochspannung. Die Dauer der Vorheizzeit wird durch die Differenz der Zeitdau-

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er zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerimpuls bestimmt. Die optimale Vorheizzeit in Abhängigkeit von der Netzspannung hängt von vielen Parametern ab. Der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, daß eine lineare Beziehung eine geeignete Annäherung ermöglicht, wobei die Zeitdauer des zweiten Steuerimpulses eine kontinuierliche lineare Funktion der Netzspannung ist. Die Schaltung steuert die anfängliche Temperatur des Heizdrahts und damit des Röhrenstroms unabhängig von Schwankungen der Netzspannung, falls diese zwischen normalerweise auftretenden Grenzwerten liegen. Ferner wird die Hochspannung anfänglich nur beim Durchlaufen einer Nullstelle der Röhre zugeführt, weil der Phasen-Triggerimpuls das aktivierende Signal ist.

Vorzugsweise wird eine solche Phasenbeziehung vorgesehen, daß die Hochspannung beim Beginn des nichtleitenden Zyklus der Röhre zugeführt wird, so daß der Hochspannungstransformator dann unbelastet ist. Dies ermöglicht, daß der Hochspannungstransformator in einem geeigneten Teil der BH-Hyste res is schleife arbeitet, um überhöhte Anlaufströme mit verzerrten Wellenformen und Beschädigungen von Komponenten zu vermeiden. Wenn die Eingangsspannung erneut durch eine Nullstelle gelangt, beginnt der Emissionsstrom.

Die Erfindung betrifft deshalb eine besondere Vorheizschaltung, mit der das Vorheizen vor dem Anlegen der Hochspannung erfolgt. Nach dem Anlegen der Hochspannung können weitere Stabilisierungsschaltungen und Steuerschaltungen wünschenswert sein, um die Genauigkeit der Dosisleistung aufrecht zu erhalten. Eine weitere Stabilisierung kann beispielsweise mit Hilfe einer Steuerschaltung 48 erfolgen.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale und Zustände, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 beschrieben wurden.

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Claims

Patentansprüche

Röntgenröhre mit einer Schaltung zum Vorheizen deren Glühkathode oder Heizdraht vor dem Anlegen der Hochspannung an die Röntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizschaltung derart ausgebildet ist, daß sie derart auf die Netzspannung anspricht, daß die Vorheizzeit eine kontinuierliche inverse Funktion der Amplitude der Netzspannung ist.
2. Röntgenröhre mit einer Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen ersten Impulsgenerator (30) zur Erzeugung eines ersten Steuerimpulses mit bestimmter Zeitdauer enthält, daß ein zweiter Impulsgenerator (32) zur Erzeugung eines zweiten Steuerimpulses mit veränderlicher Zeitdauer vorgesehen ist, daß die beiden Impulsgeneratoren (30, 32) beim Beginn eines Emissionszyklus aktivierbar sind, so daß der erste und der zweite Steuerimpuls gleichzeitig beginnen, daß eine auf die Netzspannung ansprechende Einrichtung (34) zur Steuerung der Länge des zweiten Steuersignals in Abhängigkeit von der Netzspannung vorgesehen ist, daß eine auf den ersten und den zweiten Steuerimpuls ansprechende Einrichtung (36, 38, 40) vorgesehen ist, um die Heizspannung bei Beendigung des zweiten Steuerimpulses zuzuführen, und daß eine Einrichtung (44, 46) der Röntgenröhre die Hochspannung zuführt, nachdem der erste Steuerimpuls beendet ist.

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3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (20) zur Erzeugung von Triggerimpulseη nach abwechselnden Überkreuzungen von Nullpunkten der Netzspannung vorgesehen ist, und daß der erste Steuerimpuls zwischen Triggerimpulsen beendet wird und die Einrichtung zur Zuführung der Hochspannung an die Röntgenröhre durch den ersten Steuerimpuls gesperrt wird, aber durch die Triggerimpulse aktiviert wird, so daß die Hochspannung der Röntgenröhre nach dem ersten Triggerimpuls zugeführt wird, der auf das Ende des ersten Steuerimpulses folgt, wodurch die Hochspannung der Röntgenröhre zugeführt wird, wenn die Netzspannung und die entsprechende Hochspannung eine Nullstelle durchläuft.

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