DE3542127A1 - Roentgenstrahler - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Röntgenstrahler nach dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1. Derartige Strahler sind et
wa bekannt aus der GB-PS 3 65 432.
Der Röntgenstrahler nach vorgenannter GB-PS 3 65 432
stammt aus der Zeit der Einführung des Prinzips der
Drehanoden in die Röntgentechnik. Dabei sollte die Röh
re mit starr eingebauter Kathode und Anode um die Längs
achse der Anordnung gedreht werden. Um einen als Aus
gangspunkt der Strahlen im Raum feststehenden Brennfleck
zu erhalten, wurde der im Zentrum erzeugte Elektronen
strahl radial ausgelenkt und magnetisch festgehalten.
Wegen mechanischer Schwierigkeiten hat sich diese Lö
sung aber nicht durchsetzen können.
Bei den Drehanoden-Röntgenröhren, die sich schließlich
eingeführt haben, rotiert nur die Anode. Die Kathode
ist in radialem Abstand von der Längsachse der Anord
nung, die durch das Zentrum der Anode geht, fest im
Kolben der Röhre angebracht. Der Abstand entspricht
dem Radius der Brennfleckbahn. Eine magnetische Fi
xierung des Elektronenstrahls ist dabei unnötig. Je
nachdem, unter welche Einwirkung von Magnetfeldern,
etwa des Erdmagnetfeldes, der Strahler gerät, wird
die Bahn des austretenden Strahlenbündels beeinflußt.
Es ergeben sich unterschiedliche Auftreffstellen der
Elektronen auf die Anode, insbesondere bei der Compu
tertomographie kommt es aber gerade auf eine Strahlen
quelle bestimmter Lage an. Auch die thermische Ausdeh
nung von Teilen der Röhre, die bei der Herstellung oder
beim Betrieb vorkommen, können zu geometrischen Verände
rungen der Lage der Elektroden etc. führen, die das Strah
lenbündel und seine Lage ebenfalls in unerwünschter Weise
beeinflussen. Auch die Drehanode kann einen derartigen
Einfluß ausüben, weil durch die Rotation Vibrationen
wirksam werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Rönt
genstrahler der eingangs genannten Art eine definierte
Lage des Brennflecks und einheitliche Verteilung der
Strahlung im abgegebenen Röntgenstrahlenbündel zu er
zielen und den dabei notwendigen Aufwand niedrig zu hal
ten. Die Lösung dieses Problems wird mit den in den Merk
malen des Kennzeichens des Anspruchs 1 angegebenen Maß
nahmen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei
terbildungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Die Erfindung geht davon aus, daß eine bezüglich des Ra
dius der Brennfleckbahn seitliche Stabilisierung der La
ge des Fokus bei Drehanoden-Röntgenröhren zu einer aus
reichend gleichmäßigen Abstrahlung führt. Bei seiner üb
lichen langgestreckt rechteckigen Form liegt die Schmal
seite des Brennflecks in dieser Richtung. Seine Längs
seite liegt in Richtung des Radius der Anode. Eine Ver
schiebung des Brennflecks in radialer Richtung wirkt nur
mit dem sin des Abstrahlwinkels, quer dazu ist sie voll
wirksam. Damit vereinfacht sich aber die Stabilisierung
des Brennflecks. Man kann sich darauf beschränken, den
Brennfleck nur in einer Richtung, d.h. in Richtung der
quer zum Radius verlaufenden Brennfleckbahn, zu fixieren.
Nur in dieser Richtung ist eine wesentliche Beeinflus
sung zu erwarten.
Auch bei dieser Ausgestaltung kann wie bei derjenigen
nach obengenannter GB-PS 3 65 432 die Wirkung des Magnet
feldes gefördert werden, indem der Kathodenkopf und
gegebenenfalls auch die Anode aus unmagnetischem Material
hergestellt werden.
Eine Stabilisierung im Sinne der Erfindung ist einfach
dadurch erreichbar, daß ein elektrooptisches Element so
in die seitliche Begrenzung des vom Brennfleck ausgehen
den Röntgen- und/oder Lichtstrahlenbündels gebracht wird,
daß seine Strahleneintrittsfläche nur zum Teil vom Strah
lenbündel beleuchtet wird. Eine Verschiebung der Grenze
des Strahlenbündels ergibt dann eine Veränderung des Ver
hältnisses von bestrahltem und unbestrahltem Anteil des
Elements. Daraus resultiert eine Veränderung des elektri
schen Wertes, etwa der Leitfähigkeit des Elements. Aus
der Bestimmung dieser Änderung kann ein Korrektursteuer
signal gewonnen werden. Mit diesem kann die Stärke eines
die seitliche Verschiebung des Brennflecks ermöglichen
den Magnetfeldes im Sinne einer Rückführung des Brenn
flecks beeinflußt werden.
Gegenüber der Verwendung üblicher Röhren, deren Kathoden
kopf aus magnetischem Material, z.B. Nickel oder Sonder
weicheisen, besteht, kann bei Benutzung eines unmagneti
schen Kathodenkopfes der zur Erzeugung des stabilisieren
den Magnetfeldes anzulegende Strom um 70% reduziert wer
den. Dies bedeutet zugleich eine Vereinfachung des Appa
rates, der zum Betrieb der Magnetspule nötig ist. Da die
Stabilisierungsspule außerhalb des Vakuumkolbens der
Röhre angebracht wird, ist diese Vereinfachung ganz er
heblich.
Als Material mit geringem Magnetisierungsvermögen, d.h.
einem µ von etwa 1, aus dem der Kathodenkopf hergestellt
sein kann, hat sich der als Remanit 4550 erhältliche anti
magnetische Stahl bewährt. Dies beruht wohl darauf, daß
dieser Chrom-Nickel-Stahl neben ausreichender Festigkeit
beim Betrieb der Kathode im Hochvakuum einer Röntgenröhre
auch noch unmagnetisch ist. Der Kathodenkopf kann aber
auch wie derjenige, der in der US-PS 38 75 028 beschrie
ben ist, aus einer Keramik bestehen, wie etwa Aluminium
oxid, und mit einer Beschichtung hoher Austrittsarbeit
versehen sein.
Die Spule kann auch verwendet werden, um den Elektronen
strahl und damit den Brennfleck in definierter Weise ab
zulenken, z.B. zwei diskrete Positionen mit 1 bis 2 mm
Abstand voneinander. Da solche Spulen nur großflächig
um die Röhre herum angebracht werden können und nicht in
der Röhre, sind für die erforderlichen Magnetfelder hohe
Ströme und Spannungen erforderlich. Bei Herstellung des
Kathodenkopfes aus unmagnetischem Material geht der elek
trische Aufwand erheblich zurück. Außerdem verbleiben
keine Remanenzfelder, die undefinierten Einfluß auf die
Lage des Fokus ausüben können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden
nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Aus
führungsbeispiele der Erfindung erläutert.
In der Fig. 1 ist ein Röntgenstrahler dargestellt, des
sen Röhre eine den Brennfleck stabilisierende Magnet
spule zugeordnet ist,
in der Fig. 2 eine schematisch gezeichnete Anordnung zum
Betrieb des Strahlers nach Fig. 1,
in der Fig. 3 ein Ausschnitt aus Fig. 1, in welchem
die Anordnung der Magnetspule und der Steuermeßsonde an
gedeutet ist, und
in der Fig. 4 in einem Querschnitt die gekreuzte Anord
nung zweier Magnetfelder.
In der Fig. 1 ist in einer teilweise aufgebrochenen
Röhrenhaube 1 eines Röntgenstrahlers eine Drehanoden
röhre 2 sichtbar. Die Röhre weist in bekannter Weise
eine Kathodenanordnung 3 und eine Anodenanordnung 4 auf.
Dabei enthält die Anordnung 3 in an sich bekannter Weise
einen Kathodenkopf 5, der eine Glühkathode enthält, die
aus zwei getrennt schaltbaren Teilen besteht. Vor deren
Kathodenkopf 5 liegt ein Anodenteller 6, der ein Teil
der Anodenanordnung 4 ist. Der Teller 6 ist über eine
Welle 7 mit einem in bekannter Weise zum Drehantrieb
des Tellers 6 dienenden Rotor 8 verbunden. Außen an der
Röhre ist dem Rotor 8 ein Stator 9 zugeordnet. Die Röh
renhaube 1 weist an der dem Strahlenaustritt der Röhre 2
zugewandten Seite einen Strahlenaustrittstubus 10 auf.
Die gesamte Haube 1 wird über einen Tragarm 11 in be
kannter Weise an einem Röntgengerät oder einem speziel
len Stativ befestigt.
Die Verbindung der elektrischen Versorgungsleitungen mit
der Röhre 2 erfolgt über Anschlüsse 12 und 13. Am An
schluß 12 werden die Versorgungsleitungen 14, 15, 16 für
die Kathode 5 durchgeführt und am Anschluß 13 eine Lei
tung 17 zum Anlegen der Anodenspannung, während die Lei
tungen 18 und 19 den Betriebsstrom des Stators 9 liefern.
Der Betrieb der Röhre 2 erfolgt in bekannter Weise, in
dem zwischen den Leitungen 14 und 15 bzw. 16 oder 14 und
16 eine Heizspannung für die Kathode 5 angelegt wird und
außerdem zwischen einer der Leitungen 14 bis 16 und 17
die Röhrenspannung. Dann tritt aus dem Kathodenkopf 5
ein Elektronenstrahl 20 aus. Er trifft auf der Anode im
Brennfleck 21 auf. Dort wird dann ein Röntgenstrahlenbün
del 22 ausgelöst, das durch den Strahlenaustrittstubus 10
den Strahler verlassen kann.
In erfindungsgemäßer Ausbildung ist dem Strahlenbündel
22 ein Detektor 25 zugeordnet. Er wird vom seitlichen
Rand des Bündels 22 getroffen, wie durch den Rand 26 an
gedeutet ist. Der Detektor 25 ist im Tubus 10 so ange
bracht, daß er optische Verbindung mit dem Brennfleck 21
hat.
Als Detektor 25 ist dabei ein optoelektrischer Wandler
vorgesehen, der im Sinne von Abweichungen des Brennflecks
21 vom gewünschten Ort elektrische Signale abgibt, indem
er seine Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit der Größe
der bestrahlten Fläche ändert. Über eine Leitung 27 ist
der Detektor mit einem Steuergerät 28 verbunden. Von
dort erfolgt dann über eine vom Steuergerät 28 beein
flußbare Stromquelle 29 über Leitungen 30 und 31 eine
entsprechende Betätigung der Spule 32. Durch einen Doppel
pfeil 33 ist angedeutet, daß die Versorgung der Spule 32
in beiden Richtungen erfolgen kann. Die Richtung wird
durch das vom Detektor 25 gelieferte Signal vorgegeben.
Dadurch erfolgt bei Abweichungen des Brennflecks 21 von
der gewünschten Stelle eine Rückführung des Strahls 20
auf den Brennfleck 21, indem das Feld der Spule 32 ent
sprechend verändert wird. Dies wird erreicht, indem die
Spule 32 parallel zum Elektronenstrahl 20 angeordnet ist
und in Richtung auf das Zentrum des Tellers 6 der Dreh
anode parallel zum Zentralstrahl 23 des Strahlenbündels
22 ein Magnetfeld aufbaut. Mit diesem wird dann eine
Auslenkung des Strahls 20 in gewünschter Weise möglich.
Eine Beeinflussung des in der Spule 32 erzeugten Magnet
feldes durch den Kathodenkopf 5 ist ausgeschlossen, weil
dieser aus Remanit 4550 besteht und daher unmagnetisch ist.
In der Fig. 4 ist eine alternative Lösung gezeichnet. Da
bei sind als Auslenkelemente für den Elektronenstrahl 20
jeweils zwei einander gegenüberliegende Magnetspulen 32.1
und 32.2 sowie quer dazu 32.3 und 32.4 verwendet. Auch
mit einer derartigen Anordnung ist über ein Signal aus
der Sonde 25 eine Fixierung des Strahls 20 möglich. Die
Wirkung stimmt weitgehend mit derjenigen überein, die
für die Fixierung des Elektronenstrahls bei einer Anord
nung gemäß der US-PS 29 46 892 angewendet wird.
Dem Steuergerät 28 kann noch eine Schaltvorrichtung 34
zugeordnet werden, mit welcher in der Quelle 29 eine
Veränderung des die Spule 32 versorgenden Stromes im
Sinne einer seitlichen Verschiebung des Brennflecks 21
bewirkt werden kann. Durch eine derartige Verschiebung
ist es möglich, den Brennfleck 21 zu justieren oder z.B.
einen Abstand der Verschiebung einzustellen, der zur
Herstellung von Stereoaufnahmen geeignet ist.
Claims (5)
1. Röntgenstrahler mit einer Röntgenröhre, in deren Kol
ben die Kathode, die einen Kathodenkopf aus unmagnetischem
Material enthält, und die Anode einander gegenüberliegend
montiert sind und daß der Brennfleck mittels eines im
zwischen ihnen liegenden Raum wirksamen Magnetfeldes auf
einer außerhalb des Zentrums der Anode liegenden Stelle
räumlich festgelegt ist und die Anode um ihr Zentrum ge
dreht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kathode sich bezüglich der Anode exzentrisch fest
im Röhrenkolben befindet, die Anode an einer Welle dreh
bar gelagert ist, das Magnetfeld sich quer zur Richtung
des Elektronenstrahls in radialer Richtung der Anode er
streckt, eine elektrooptische Sonde in der Abstrahlung
des Brennflecks angeordnet ist, die ein Signal an ein
Steuergerät abgibt, welches Stärke und/oder Richtung
des Magnetfeldes in dem Sinne beeinflußt, daß ein Aus
wandern des Brennflecks in Richtung des Verlaufs der
Brennfleckbahn jeweils unterdrückt wird.
2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das unmagnetische Material,
aus dem der Kathodenkopf besteht, antimagnetischer Stahl,
etwa Remanit 4550, ist.
3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Magnetfeld mittels
einer Spule erzeugt wird, deren Windungen um den Zentral
strahl des aus der Röhre austretenden Strahlenbündels her
umgelegt sind.
4. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sonde zur Erstellung
des Steuersignals ein unter Einwirkung von Röntgenstrah
len seine elektrischen Eigenschaften änderndes Element
ist, das am Rand des die Röhre verlassenden Strahlenbün
dels so angeordnet ist, daß ein Teil dieses Elements un
bestrahlt bleibt.
5. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem Steuergerät eine
Schaltvorrichtung zugeordnet ist, mit welcher das Magnet
feld im Sinne einer seitlichen Verschiebung verstellbar
ist.
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