DE2934870A1

DE2934870A1 - X=ray tube anode cooling device - has cooling jet inside cylindrical anode, discharging towards curved inner end of anode face

Info

Publication number: DE2934870A1
Application number: DE19792934870
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Engelbert 1000 Berlin Berger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1981-03-19

Abstract

The X-ray tube for diagnostic use has a cylindrical anode (12) with an electron beam directed towards the centre (11) of its flat outside surface at one end. The hollow interior contains a cooling jet (13) which directs a cooling medium onto the internal surface below this impact region (11). To improve cooling, the inside surface (14) is spherical where the impact zone is a single point, or is cylindrical, where there is line contact. The cooling jet has a series of slits or holes (15) through its discharge end, opposite the curved part of the inside surface. An alternative design has a truncated cone or pyramid-shaped surface instead of a curved surface.

Description

Röntgenröhre Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Röntgenröhren, die für Röntgenbeugungsuntersuchungen verwendet werden, sind üblicherweise mit einer scheibenförinnigen, dem direkten Elektronenbeschuß ausgesetzten, Anodenauftreffplatte und einer Kühldüse ausgerüstet, deren ebene Stirnfläche planparallel zur Kühlfläche der Anodenauftreffplatte ausgerichtet ist, wie in Figur 1 dargestellt Die Kühlmittelzufuhr erfolgt durch einen Schlitz, der sich mittig in der Düsenstirnfläche befindet, derart, eaS aas Xühlmittel nach dem Passieren des Düsenschlitzes direkt unter dem Brennfleck auf die Kühlfläche prallt und in seinem weiteren Verlauf in röhrenradialer Richtung über der gesamten Kühlfläche abfließt. Sind die Brennfleckgroße, die Röhrenleistung N und die Dicke d der Anodenauftreffplatte vorgegeben, dann stellen sich bei konstanter Kühlmitteldurchflußgeschwindigkeit an der Anodenauftreffplatte im Brennfleckzentrum die Temperatur T3 und im Zentrum der Kühl fläche die Temperatur TK ein Die Temperaturen TB und TKsind also bei konstanter Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels und bei konstanter Brennfleckgröße von N und d abhängige Größen. Um stationären Betrieb der Röntgenröhre zu gewährleisten, dürfen TB und TK gewisse Werte TB und TK nicht überschreiten.X-ray tube The invention relates to an X-ray tube according to the preamble of claim 1 X-ray tubes that are used for X-ray diffraction examinations, are usually with a disk-shaped, direct electron bombardment exposed, anode target and a cooling nozzle equipped with a flat face is aligned plane-parallel to the cooling surface of the anode target, as in Figure 1 shown The coolant is supplied through a slot in the middle is located in the nozzle face, so that aas Xühlmittel after passing through of the nozzle slot hits the cooling surface directly below the focal point and in its further course in the tube radial direction over the entire cooling surface drains. Are the focal spot size, the tube power N and the thickness d of the anode target given, then arise at a constant coolant flow rate at the anode target in the focal point center the temperature T3 and in the center the temperature TK on the cooling surface. The temperatures TB and TK are therefore constant Flow rate of the coolant and with a constant focal spot size of N and d dependent quantities. To ensure stationary operation of the X-ray tube, TB and TK must not exceed certain values TB and TK.

ist ist die Temperatur, bei der ein Aufrauhen der Targetoberfläche in einem unzulässigen Maße einsetzt. T. ist die Temperatur, bei der eine Gasblasenentwicklung im Kühlmedium in dem Maße einsetzt, daß eine wirksame Kühlung nicht mehr stattfindet.is the temperature at which the target surface is roughened is used to an inadmissible degree. T. is the temperature at which gas bubbles develop begins in the cooling medium to the extent that effective cooling no longer takes place.

Wird einerseits die Leistung N, für die TB = Tß' ist, und andererseits die Leistung N. für die Tk = Tk ist, in und wie in Fig 2 dargestellt Abbangigkeit von d bestimmt/ dann zeigt sich, daX mit zunehmender Dicke d der Anodenauftreffplatte bezüglich der Grenztemperatur TBw eine kleinere Leistung N, bezüglich der Grenztemperatur TK eine größere Leistung zulässig ist, Nur für Wertepaare N, d, die unterhalb beider Leistungskurven liegen, ist der Betrieb der Röntgenröhre stationär, Aus dem Schnittpunkt beider Leistungskurven ergibt sich die Dicke d der Anodenauftreffplatte, bei der die Röntgenrötre mit maximaler Leistung betrieben werden kann Empirisch hat sich gezeigt, daß dieser Wert d bei etwa 2,5 mm liegt. Bei einem Brennfleck der Größe 0,4mm x 8mm und einer Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit von 3,5 1/min ist eine derart mit einer Anodenauftreffplatte aus Cu ausgeröstete Röntgenröhre maximal mit 1500 W belastbar Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Röntgenröhre für Röntgenbeugungsuntersuchungen anzugeben, die ein Betreiben mit höherer Leistung zuläst.On the one hand the power N, for which TB = Tß ', and on the other hand the power N. for the Tk = Tk, in and as shown in Fig. 2 dependency determined by d / then it can be seen that with increasing thickness d of the anode target with regard to the limit temperature TBw a smaller power N, with regard to the limit temperature TK a greater power is permitted, only for value pairs N, d, which are below both Power curves lie, the operation of the X-ray tube is stationary, from the point of intersection Both power curves result in the thickness d of the anode target at which the X-ray tube can be operated at maximum power Empirically, it has been found shown that this value d is about 2.5 mm. With a focal point of the size 0.4mm x 8mm and a cooling water flow rate of 3.5 1 / min is an X-ray tube roasted in this way with an anode target made of Cu loadable with a maximum of 1500 W The present invention is based on the object to specify a novel X-ray tube for X-ray diffraction examinations, which a Operation with higher power is allowed.

@iese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Austestaltungen der Erfinöar gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved by the invention specified in claim 1. Advantageous designs of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnur näher erläutert Dabei zeigt: zur 1: einen Teil einer an sich bekannten Röntgenröhre; Figur 2: in einem Diagramm die Leistung N als Funktion er Targetdicke d; Figur 3: eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing It shows: for 1: part of an X-ray tube known per se; figure 2: in a diagram the power N as a function of the target thickness d; Figure 3: a Partial view of an embodiment of the invention.

Die Wärmeübertragung N von einem Körper der Temperatur TK zu seiner Umgebung (Kühlflüssigkeit) der Temperatur TKM durch die Cherfläche O läßt sich durch die Gleichung @ = α.@ (I@ - TKM) beschreiben. Für eine Röntgenröhre mit einem strichförmigen Brennfleck und einer scheibenförmigen Anodenauftreffplatte gilt, daß die Temperatur TK auf der Kühlfläche in senkrechter Richtung zur Brennflecklänge orn. Kühlflächenzentrum zum Rand der Kühlfläche hin abnimmt und am Rand gegen TKM geht. Das heißt, daß die Wärmeübertragung im wesentlichen auf den Nahbereich des Kühlflächenzentrums beschränkt ist Ungünstig sind daher bekannte Röntgenröhren, etwa der in Figur 1 dargestellten Art, bei denen die vom Brennfleck 11 abgewandte Flächenseite der Anode 12, die von dem aus der Kühldüse 13 austretenden Kühlmittel überströmt wird, als ebene Fläche ausgebildet ist Der Brennfleck wird von den aus dem Brennfaden 10 austretenden Elektronen erzeugt. Dargestellt sind hier, wie auch in Figur 3, nur die für das Verständnis der Erfindung nctwendigen Teile einer Röntgenröhre.The heat transfer N from a body of temperature TK to his Environment (cooling liquid) of the temperature TKM through the Cher surface O can be passed through describe the equation @ = α. @ (I @ - TKM). For an X-ray tube with a line-shaped focal point and a disk-shaped anode target, that the temperature TK on the cooling surface in a direction perpendicular to the focal spot length orn. Cooling surface center decreases towards the edge of the cooling surface and at the edge against TKM goes. That means that the Heat transfer essentially to the The vicinity of the cooling surface center is limited. Therefore, known ones are unfavorable X-ray tubes, for example of the type shown in Figure 1, in which the focal point 11 facing away from the surface side of the anode 12, which emerges from the cooling nozzle 13 Coolant is overflowed, is designed as a flat surface. The focal point is generated by the electrons emerging from the filament 10. Are shown here, as in FIG. 3, only those necessary for understanding the invention Parts of an X-ray tube.

.rfirdungsgemäB wird vorgeschlagen (Figur 3), daß die Anode 12 auf der dem Brennfleck 11 abgewandten FlGchenseite eine aus der Ebene der Fläche hervorragende Wölbung 14 aufweist Bei einer Röntgenröhre mit einem strichförmigen Brennfleck wird die Wölbung 14 zweckmäßig in Form eines Zylinderscgmentes ausgebildet. Bei einer derart ausgebildeten Kühlfläche stellt sich auf der Fläche des Zylindersegmentes eine nahezu einheitliche Temperatur TK ein Das heißt, die Kühlung wird in einem größeren Bereich als bei einer scheibenförmigen Anodenauftreffplatte in gleichem Maße wirksam, Für eine Röntgenröhre mit punktförmigen Brennfleck ist die Wölbung 14 zweckmäßig in Form eines Kugelsegmentes auszubilden..rfirdungsgemäB it is proposed (Figure 3) that the anode 12 on on the surface side facing away from the focal point 11, one protruding from the plane of the surface In the case of an X-ray tube with a line-shaped focal point, there is a curvature the bulge 14 is expediently designed in the form of a cylindrical segment. At a a cooling surface formed in this way appears on the surface of the cylinder segment an almost uniform temperature TK a That means, the cooling is in one larger area than with a disc-shaped anode target in the same Dimensions effective for an X-ray tube with a punctiform focal point is the curvature 14 expediently in the form of a spherical segment.

Eine näherungsweise gleiche Vergrößerung der wirksamen Kühlfläche läßt sich erzielen, indem die Wölbung 14 bei einer Röntgetlröhre mit einem strichförmigen Brennfleck die Form eines Pyramidenstumpfes, bei einer Röntgenröhre mit einem punktförmigen Brennfleck die Form eines Eegelstumpfes erhält, Um zu gewährleisten, daß das Kühlmittel auf der gesamten Käblfläche eine einbeitliche Fleißgeschwi-indigkeit hat, wird die Stirnfläche der Kühldüse 13 formmäßig der gekühlten Anodenfläche angepaßt.An approximately equal increase in the effective cooling surface can be achieved by the bulge 14 at an X-ray tube with a line-shaped focal point the shape of a truncated pyramid, with one X-ray tube with a punctiform focal point takes the shape of a truncated cone, To ensure that the coolant is uniform over the entire surface of the cage Has a busy speed, the end face of the cooling nozzle 13 becomes the cooled one in terms of shape Adapted anode area.

den mit dem Aufprall des Kühlmediums verknüpften Kühleffekt auf der vergrößerten Kühlfläche wirksam werden zu lassen, wird zweckmäßig die Stirnfläche der Kühldüse 13 mit mehreren Schlitzen oder Bohrungen 15 (Dusche) versehen Während eine Röntgenröhre der eingangs beschriebenen bekannten Art (Figur 1), die mit einer Cu-Anode ausgerüstet ist, bei einem Brennrieck mit den Abmessungen 0,4 mm x oT und einer Kühlwasserdurchflußgeschwindigkeit von 3,5 1/min bereits bei 1500 W die Grenztperatur bezüglich des Aufrauhens der Targetoberfläche im Brennfleck bzw.the cooling effect associated with the impact of the cooling medium on the To make the enlarged cooling surface effective, the end face is useful the cooling nozzle 13 is provided with several slots or bores 15 (shower) during an X-ray tube of the known type described above (Figure 1), which with a Cu anode is equipped, with a Brennrieck with the dimensions 0.4 mm x oT and a cooling water flow rate of 3.5 1 / min already at 1500 W the limit temperature regarding the roughening of the target surface in the focal point or

bezüglich der Gasblasenbildung und damit verbundener Korrosion der Kühlfläche erreicht, stellen sich bei einer Röntgenröhre der erfindungsgemäßen Art nur Temperaturen ein, die sowohl im Brennfleck als auch auf der Kühlfläche erheblich unter den Grenztemperaturen liegen.regarding the formation of gas bubbles and the associated corrosion of the Reached cooling surface, arise in an X-ray tube of the type according to the invention only temperatures that are considerable both in the focal point and on the cooling surface are below the limit temperatures.

Das hat zur Folge, daß sich die Betriebssicherheit und die Lebensdauer einer Röntgenröhre der erfindungsgemäßen rt wesentlich erhöhen, Darüberhinaus ist das Betreiben mit höheren Leistungen möglich, ohne daß eine Schädigung er Röntgenröhre auf der Targetoberfläche (Aufrauhung) und auf der Kühlfläche (Korrosion) einsetzt.This has the consequence that the operational safety and the service life an X-ray tube to increase the rt according to the invention, In addition, is Operation with higher power is possible without damaging the X-ray tube on the target surface (roughening) and on the cooling surface (corrosion).

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims X-ray tube with a liquid-cooled anode, which is acted upon with a line-shaped or point-shaped focal point, thereby characterized in that the Arode on the remote from the focal point, from the coolant washed around the surface side at least one bulge protruding from the plane of the surface having

2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the curvature is designed in the form of a cylinder or ball segment

3. X-ray tube after Claim 1, characterized in that the curvature is in the form of a truncated pyramid or a truncated cone is formed

4. X-ray tube according to one of the claims 1 to 3, because characterized in that inside the liquid-cooled An Eühldüse is provided, the end face of which is shaped like the cooled anode surface is adapted

5. X-ray tube according to claim 4, characterized in that the end face the cooling nozzle has several slots or several bores,