DE3142281A1

DE3142281A1 - Roentgenroehre mit einem metallteil und einer gegenueber dem metallteil positive hochspannung fuehrenden elektrode

Info

Publication number: DE3142281A1
Application number: DE19813142281
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 200 Tangstedt Brettschneider; Walter Dr. Hartl; Diethard 2000 Hamburg Peter
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1981-10-24
Filing date: 1981-10-24
Publication date: 1983-05-05
Also published as: GB2108754A; FR2515424B1; JPS5880251A; JPH0324736B2; GB2108754B; FR2515424A1; US4618977A

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 81-123

Röntgenröhre mit einem Metallteil und einer gegenüber dem Metallteil positive Hochspannung führenden Elektrode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre mit einem Metallteil und einer gegenüber dem Metallteil positive Hochspannung führenden Elektrode, die an einem aus Keramik bestehenden Isolatorteil befestigt ist, wobei die Befestigungszone von einer das Elektrodenpotential führenden Abschirmhülse umschlossen ist.

Eine solche Röntgenröhre ist aus der GB-PS 1,272,498 bekannt„ bei der der Röhrenkolben aus Metall besteht und über das (kegeistumpfförmige) Isolatorteil mit der Anode verbunden ist.

Ein Nachteil der bekannten Röntgenröhre besteht darin, daß aus dem Metallkolben durch Feldemission Elektronen emittiert werden können, die auf der kegelstumpfförmigen Isolatorteiloberfläche entlang bis zur Anode laufen. Nach Durchlaufen einer gewissen Strecke hat ein solches Elektron genügend Energie, um weitere Elektronen auszulösen, die ihrerseits wiederum weitere Elektronen auslösen usw., so daß es zu einer auf der Isolatorteiloberfläche laufenden Elektronenlawine kommt, die eine erhebliche Störung und unter Umständen auch Gasausbrüche oder gar einen Durchschlag des Isolatorteils hervorruft.

Dieser Nachteil wird bei einer Röntgenröhre gemäß der DE-OS 25 Q6 841 vermieden. Dabei sind die Anode und der Metallkolben über einen Isolator miteinander verbunden, der einen kegelstumpfförmigen, sich zur Kathode hin erweiternden Hohlraum aufweist. Bei dieser Isolatorform findet ein Elektron auf nahezu der gesamten Isolatorober-

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fläche ein elektrisches Feld vor, das es vom Isolator weg direkt, d.h. durch das Vakuum, zur Anode hin beschleunigt, wodurch Entladungsvorgänge auf der Isolatoroberfläche weitgehend unterbunden sind.

Ein Nachteil der bekannten Röntgenröhre besteht jedoch darin, daß aufgrund der großen relativen Dielektrizitätskonstante (ca. 10) des Keramikisolators das elektrische Feld sich im wesentlichen in dem Raum zwischen der Anode ίο und der ihr zugewandten Oberfläche des Isolators konzentriert wird. Dadurch ergeben sich in dem Bereich, in dem die Anode mit dem Keramikisolator verbunden ist, auf der Isolatoroberfläche sehr hohe elektrische Feldstärken, die zu Durchschlägen und anderen Störungen führen können.

Das gleiche Problem ergibt sich bei Drehanoden-Röntgenröhren, bei denen die die Anodenscheibe tragende Welle fest mit einem Keramikisolator verbunden ist, der seinerseits mit einem Rotor verbunden ist - wie aus der DE-PS 24 55 974 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß Elektronenlawinen auf der Isolatoroberfläche ebenfalls weitgehend unterbunden werden und daß die Feldstärke auf der Isolatoroberfläche herabgesetzt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein das Isolatorteil umschließendes mit diesem und dem Metallteil verbundenes Wandteil mit isolierender Innenfläche vorgesehen ist und daß die Abschirmhülse in.die der Elektrode zugewandte Öffnung des Wandteiles hineinragt, ohne dieses zu berühren.

Bei der Erfindung wird das elektrische Potential im wesentlichen auf der Isolatoroberfläche des Keramikteils im " Bereich zwischen dem Ende der Abschirmhülse und der Ver-

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bindungsstelle mit dem Wandteil abgebaut, und zwar nahezu gleichmäßig. Der Abstand d in Achsrichtung der Röntgenröhre zwischen dem Ende der Abschirmhülse und der Verbindungsstelle darf daher nicht zu klein sein. Er muß der Bedingung d £ cU genügen, wobei U die maximale Betriebsspannung und c eine Konstante mit dem Wert 0,1 mm/kV ist. Um eine möglichst geringe Feldstärkebeanspruchung des Keramikisolatorteils zu erhalten, sollte die Abschirmhülse - im allgemeinen ein zylinderförmiges Metallteil - die Befestigungsstelle der Elektrode nur so weit elektrisch "verdecken" bzw. sich nur so weit über den Isolator erstrecken als zur Abschirmung erforderlich. Der der Hochspannung führenden Elektrode zugewandte Rand des Wandteils muß sich dabei zumindest so weit strecken, daß das die Befestigungsstelle der Elektrode am Isolatorteil verdeckende untere Ende der Abschirmhülse in die Öffnung des Wandteils hineinragt, wobei die Praxis gezeigt hat, daß schon 2 mm genügen.

Auf dem Isolatorteil aus Keramik würde ein auftreffendes Elektron zwar überall ein elektrisches Feld vorfinden, das es auf der Isolatoroberfläche entlang zur Elektrode hin beschleunigen würde - was gemäß der DE-PS 25 06 841 zu Röhrenstörungen führen kann - doch kommt es dazu deshalb nicht, weil dieser Teil des Keramikisolators vom

Wandteil umschlossen wird, aus dessen isoloriender Innenfläche durch Feldemission praktisch keine Elektronen emittiert werden können. Auf der Innenfläche des Wandteils darf daher keine metallische Leitfähigkeit gegeben sein.

Das Wandteil kann ein gesonderter Isolatorkörper sein, der aus dem gleichen Material bestehen kann wie das Isolatorteil. Besonders einfach wird der Aufbau, wenn das Wandteil durch einen Metallring - im günstigsten *'all den Metallkolben der Röntgenröhre selbst - gebildet wird, der in

diesem Bereich mit einer die Feldemission unterbindenden

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Schicht - zum Beispiel einer Beglasung oder einem Auftrag von Silikonspray - versehen ist. D_as Wandteil und das Isolatorteil können aber auch aus einem einzigen Isolatorkörper gebildet sein, der mit einer konzentrischen ringförmig umlaufenden Mulde versehen ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der von der Mulde umschlossene innere Teil, der die Hochspannung führende Elektrode trägt, über den die Mulde umschließenden äußeren Teil hinausragt, so daß der leichter bearbeitet werden kann und die Befestigung der Elektrode vereinfacht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 1 der aus Metall bestehende Röhrenkolben einer Festanoden-Röntgenröhre bezeichnet, deren Kathode auf nicht näher dargestellte Weise mit dem Metallkolben

verbunden ist. Die Festanode 3 ist über einen Befestigungsring 5 mit einem Isolatorkörper 4 verbunden, der seinerseits mit dem Metallkolben 1 verbunden ist. Der rotationssymmetrische Isolatorkörper 4 weist eine ringförmig umlaufende Mulde, Nut, Vertiefung 6 oder dergleichen auf,

die einen inneren Isolatorteil 7 umschließt und von einem äußeren Wandteil 8 des Isolatorkörpers umschlossen wird. Die der Anod e 3 zugewandte Stirnfläche des inneren Isolatorteils 7 überragt die Stirnfläche des Wandteils 8 um einiges. Dies hat den Vorteil, daß der Isolatorteil in

diesem Bereich leicht zu bearbeiten und die Anode 3 einfach mittels des Ringes 5 an ihm zu befestigen ist.

Eine mit der Anode 3 mechanisch und elektrisch leitend verbundene zylinderförmige Abschirmhülse 9 umschließt

den Befestigungsring 5 und ragt in Richtung der Mulde

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über diesen hinaus, so daß die anderenfalls nach außen (gegenüber dem Metallkolben 1) elektrisch wirksame Verbindungsstelle zwischen dem Ring 5 und dem oberen Rand des Isolatorteils 7 elektrisch weitgehend abgeschirmt ist.

Wichtig ist dabei, daß die Afcschirmhülse, deren Innendurchmesser etwa 2 mm größer ist als der Außendurchmesser des Ringes 5 bzw. des Isolatorteils 7, in diesem Bereich in die Öffnung des Wandteils 8 hineintaucht, d.h. der untere Rand der Abschirmhülse 9 muß in einer Ebene liegen, die das Wandteil 8 schneidet. In der Praxis genügt bereits ein Eintauchen von rund 2 mm. Die Abschirmhülse 9 kann auch noch tiefer in die Mulde 6 eintauchen, doch sollte der Abstand d zwischen dem Boden der Mulde 6 und dem unteren Rand der Abschirmhülse den Wert d = cU nicht unterschreiten, wobei U die maximale Röhrenspannung und c eine Konstante ist, deren Wert etwa 0,1 mm/kV beträgt.

Auf und in dem Isolator 7 ergibt sich eine annähernd gleichmäßige Potentialverteilung, so daß gewährleistet ist, daß die Feldstärke in bzw. am Isolatorteil 7 keine unzulässigen Werte erreicht. Die höchste Feldstärke ergibt sich dabei im Vakuum in der Nähe des unteren Randes der Abschirmhülse 9, was das Betriebsverhalten der Isolatoranordnung jedoch nicht beeinträchtigt. Wenn Elektronen auf den Isolatorteil 7 auftreffen,würden sie auf dem Isolatorteil 7 eine Feldverteilung vorfinden, die sie auf der Isolatoroberfläche zur Anode 3 hin beschleunigt. Im Betrieb ergeben sich daraus keine Störungen, weil das Isolatorteil 7 von dem Wandteil 8 umschlossen wird, aus dem praktisch keine Elektronen

so emittiert werden, so daß der zur Auslösung von Entladungsvorgängen notwendige Elektronenbeschuß nicht auftritt.

Zur Zuführung der positiven Hochspannung an die Andde 3 ist in dem Isolatorkörper 4 eine nach außen geöffnete konusförmige öffnung 10 vorgesehen, in die ein Hochspannungs-

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Stecker einführbar ist.

Der Isolatorkörper 4 besteht aus einer geeigneten Keramik, vorzugsweise aus Aluminium-Oxid-Keramik. Bei der Herstellung eines derart geformten Isolatorkörpers, die eine Erhitzung auf 15OO°C und darüber erforderlich macht, können sich jedoch in ungünstigen Fällen thermische Spannungen ergeben, durch die der Wandteil 8 vom Isolatorkörper 4 abplatzen kann. Um dieses zu vermeiden, müssen Maßnahmen getroffen werden, die wiederum die Herstellung des Isolatorkörpers verteuern. In Fig. 2 ist daher eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Isolatorteil 7 und das Wandteil 8 durch getrennte Isolatoren, die ebenfalls aus Aluminium-Oxid-Keramik bestehen können, gebildet werden. Das hohlzylinderartige Wandteil 8 ist dabei am Metallkolben 1 auf geeignete Weise - z.B. durch eine Lötung - befestigt und an sinem unteren Ende mit einem Ring 11, der seinerseits mit der Außenfläche eines ringförmigen Verbindungsstückes mit nach unten offenen U-förmigem Querschnitt befestigt ist, dessen Innenfläche mit dem Isolatorteil 7 verbunden ist, so daß sich eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Wandteil 8 und dem Isolatorteil 7 ergibt. Dem Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der nach Fig. 1, daß die Herstellung der getrennten Isolatorkörper und 8 Herstellungsschwierigkeiten vermeidet, steht der Nachteil gegenüber, daß zusätzliche Befestigungselemente 11 und 12 vorgesehen sein müssen, die das Wandteil 8 und das Isolatorteil 7 miteinander verbinden.

Eine besonders einfache Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei umfaßt der Wandteil 8 einen ringförmigen Abschnitt aus Metall - der in diesem Fall ein Teil des Metallkolbens 1 ist - der auf seiner Innenfläche mit einer Beglasung 8 versehen ist, wie durch gestrichelte Linien

angedeutet. Die Unterseite des Metallteils bzw. Metall-

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kolbens weist eine kragenförmige Verengung 13 auf, die über das ringförmige Verbindungsstück 12 mit dem Isolatorteil 7 verbunden ist. Das Isolatorteil 7 weist im unteren Bereich ebenfalls eine Einengung auf, so daß das aus Metall bestehende Verbindungsstück 12 durch den überstehenden Rand 14 in einem weitgehend feldfreien Bereich liegt, so daß aus dem Metallteil 12 durch Feldemission keine Elektroden befreit werden.

Anstelle der Beglasung 8 kann auch eine durch Aufsprühen und Einbrennen eines Silikonsprays hergestellte Schicht dienen. Auch andere Beschichtungen sind möglich. Wesentlich ist nur, daß diese Schicht keine metallische Leitfähigkeit aufweist, sondern nur halbleitende oder isolie- rende Eigenschaften besitzt und sich während des Betriebszustandes der Röntgenröhre nicht von dem Metallteil löst.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Metallteil 21, demgegenüber die Elektrode positive

Hochspannung führt, nicht der Metallkolben der Röntgenröhre ist, sondern der Rotor einer Drehanoden-Röntgenröhre bzw. ein damit verbundener Teil, der beim Betrieb der Drehanoden-Röntgenröhre ebenfalls rotiert. Die Elektrode wird dabei durch die Anodenscheibe bzw. die mit ihr

mechanisch und elektrisch leitend verbundene Welle 23 gebildet, die mit Hilfe des Ringes 5 am Isolatorteil 7 befestigt ist. Das Metallteil 21 ist mit einer Scheibe 15 verbunden, die ihrerseits mit Hilfe eines Lagers 16 gegenüber dem nicht näher dargestellten Metallkolben der Röntgen-

röhre drehbar angeordnet ist. Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anodenwelle mit einem mitrotierenden Isolator verbunden ist, aus der DE-PS 24 55 974 an sich bekannt ist. Neu ist jedoch die Form des Isolatorkörpers, die der des Isolatorkörpers

nach Fig. 1 entspricht, wobei allerdings keine Ausnehmung

für den Hochspannungsstecker vorgesehen ist, weil die Hochspannung der Anodenscheibe über das andere Ende der Welle zugeführt werden kann, wie aus der erwähnten DE-AS 24 55 974 ebenfalls bekannt ist.

Bei dieser massiven Ausführungsform ist es vorteilhaft, am oberen Ende des Isolatorteils 7 eine zentrale Mulde 17 vorzusehen, deren Innenfläche metallisiert ist und deren Boden im Bereich des unteren Randes der Abschirmhülse bzw. darunter liegt. Wäre diese Mulde, deren Metallisierung, das Anodenpotential führt, nicht vorhanden, dann wurden die Äquipotentialflächen um das untere Ende der Abschirmhülse 9 und des Befestigungsringes 5 zum oberen Ende des Isolatorteils 7 verlaufen, wobei in dem Isolator in der Nähe des unteren Endes des Befestigungsringes 5 erhebliche Feldstärken auftreten könnten. Die Mulde 17 erzwingt einen Potentialverlauf, bei dem sich die Äquipotentialflächen lediglich um den unteren Teil der Mulde schließen, so daß die Feldstärke in dem erwähnten kritischen Bereich verringert wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Röntgenröhre mit einem Metallteil und einer gegenüber dem Metallteil positive Hochspannung führenden Elektrode, die an einem aus Keramik bestehenden in die Röhre hineinragenden Isolatorteil befestigt ist, wobei die Befesti- gungszone von einer das Elektrodenpotential führenden Abschirmhülse umschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein das Isolatorteil (7) umschließendes mit diesem und dem Metallteil (1) verbundenes ¥andteil (8) mit isolierender Innenfläche vorgesehen ist und daß die Abschirmhülse (9) in die der Elektrode (3) zugewandte Öffnung des Wandteils hineinragt, ohne dieses zu berühren.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Wandteil (8) und das Isolatorteil (7) durch einen einstückigen Isolatorkörper (4) gebildet sind, in dem eine umlaufende konzentrisch angeordnete Mulde (6) angebracht ist, in deren Zentrum sich das Isolatorteil befindet und die von dem Wandteil (8) umschlossen ist (Fig. 1).
3· Röntgenröhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Wandteil (8) aus einem Metallteil besteht, dessen Innenfläche mit einer die FeIdemission unterdrückenden Schicht (8) versehen ist.
4. Röntgenröhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Isolatorteil (7) und der Wandteil (8) aus je einem Isolatorkörper bestehen.

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5. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das der Befestigung der Elektrode (3, 23) dienende Isolatorteil aus dem Wandteil (8) herausragt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallteil der Metallkolben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolatorteil (7) auf der von der Elektrode (3) abgewandten Seite eine Ausnehmung (10) für die Aufnahme eines Hochspannungssteckers aufweist.
7. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d=iß im Isolatorteil eine zentrisch zur Elektrode (23) hin offene Mulde (17) vorgesehen ist, deren Oberfläche mit einem leitenden, das Elektrodenpotential führenden Überzug (8) versehen ist.