DE3611111A1 - Drehbare anodenroentgenstrahlenquelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Röntgenstrahlenquellen mit einer Anode, die zwischen Röntgenstrahlenemissionsereignissen eine Verschiebe- insbesondere Rotationsbewegung ausführt. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf die Kühlung einer derartigen drehbaren Anode während der Röntgenstrahlenerzeugung.

Es ist in bezug auf drehbare Anodenröntgenstrahlenquellen Stand der Technik, für eine Strömungsmittelkühlung der Anode zu sorgen, und zwar derart, daß das Kühlmittel durch eine oder mehrere drehbare Dichtungen gefördert werden muß. Beispielsweise kann das Kühlmittel durch die Drehwelle der Anode in das Innere derselben geführt werden. Derartige Drehdichtungen sind Verschleiß ausgesetzt, so daß das Kühlmittel und/oder Luft in die Röntgenstrahlenvakuumkammer eindringen kann. Die Dichtungen benötigen daher eine kontinuierliche Wartung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen-Strahlenquelle mit einer Anode, die relativ zu einer Kathode zwischen Emissionsereignissen eine Verschiebe— bewegung ausführt, zu schaffen, bei der die Anode während der Röntgenstrahlenerzeugung in einer Art und Weise gekühlt wird, die ohne den Einsatz von Drehdichtungen und entsprechenden Vorrichtungen auskommt.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Röntgenstrahlenquelle mit einer drehbaren Anode, die ein verbessertes Kühlvermögen in bezug auf die Anode während der Röntgenstrahlenerzeugung besitzt.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgenstrahlenquelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen seitlichen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Röntgenstrahlenquelle mit einer drehbaren Anode;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Kühlmittelverteilers der Röntgenstrahlenquelle der Figur 1;

Figur 3 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Kathodenuntereinheit der Röntgenstrahlenquelle der Figur 1;

Figur 4 einen Schnitt im wesentlichen entlang Linie 4-4 in Figur 1; und

Figur 5 eine perspektivische Teilansicht einer Kühleinrichtung der Röntgenstrahlenquelle der Figur 1.

In der Zeichnung ist eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform 10 einer erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlenquelle mit drehbarer Anode dargestellt, die einen Vakuumflansch oder eine Basis 12 zur Montage der Röntgenstrahlenquelle 10 an einer Vakuumkammer

o.a. aufweist. Zwei parallele Seitenplatten 14, 16 sind an dem Vakuumflansch 12 befestigt und stehen von diesem vor, so dazwischen eine Anodenkammer 18 gebildet wird. Eine Kathode 20 mit einem Elektronenemissionsfaden 22 ist über Isolationsblöcke 24, 26 an entfernt vom Vakuumflansch 12 angeordneten Platten 14, 16 montiert, wobei der Faden 22 in Richtung auf die Kammer 18 vorsteht. Der Kathodenmontageblock 24 besitzt zwei Fenster 28 zur Emission voo Röntgenstrahlen, die in der Anodenkammer 18 erzeugt werden.

Eine scheibenförmige Anode 30 ist in der Anodenkammer 18 angeordnet und besitzt eine in Umfangsrichtung kontinuierliche, radial auswärts weisende Fläche 32, die der Kathode 20 unter einem konstanten Radius von*einer Anodenmittelachse gegenüberliegt. Zwei gegeneinander weisende parallele Anodenseitenflächen 34, 36 verlaufen senkrecht zur Anodenachse. Mindestens die Fläche 32 der Anode 30 besteht aus einem Material, das nach einer Bombardierung mit Elektronen von der Kathode 20 Röntgenstrahlen emittiert. Die Anode 30 besitzt eine Mittelachse 40, die von den Seitenflächen 34, 36 vorsteht, so daß koaxiale Stummelachsabschnitte gebildet werden. Diese Stummelachsabschnitte sind in mittigen öffnungen 42 von gegenüberliegenden Kontaktlagerplatten 44, 46 gelagert. Die Kontaktplatten 44, 46 besitzen eine gleichmäßige Dicke und bestehen aus einem geeigneten wärmeleitenden Material.

Ein thermoelektrischer Kühler 48, 50 ist an jeder Platte 44, 46 befestigt, und zwar an der von der Anode 30 entfernten Seite. Bei diesen Kühlern 48, 50 handelt es sich um herkömmlich ausgebildete Vorrichtungen, die beim Anlegen von elektrischer Energie thermische Energie hin-

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durchführen und daher elektrische Leiter 52 aufweisen, die zu einem Verbindungselement .54 am Vakuumflansch führen, um eine wahlweise Zuführung von elektrischer Energie zu gestatten. Die Kühler 48, 50, an denen die wärmeleitenden Kontaktlagerplatten 44, 46 befestigt sind, stehen jeweils von Seitenplatten 14, 16 über expandierbare Bälge 54, 56 vor. Die Bälge 54, 56 sind mit den Kühlern 48, 50 und den Platten 14, 16 dichtend verbunden, so daß geschlossene Kammern 58, 60 für den Durchfluß eines Wärmeabführströmungsmittels oder Kühlmittels, beispielsweise Wasser, gebildet werden, die in Kontakt mit den von der Anode 30 entfernten Seiten der Kühler 48, 50 stehen. Die Bälge 54, 56 sind so ausgebildet, daß sie die Lagerplatten 44, 46 normalerweise von der Anode weg unter Vorspannung setzen. Die Länge der Achse 40 reicht aus, um die Anode 30 zu tragen, wenn die Lagerplatten 44, 46 auf diese Weise zurückgezogen werden.

Ein Strömungsmitteleinlaßkanal 62 (Figur 4) erstreckt sich durch die Seitenplatte 14 zur Kammer 58, während sich ein Strömungsmittelauslaßkanal 63 in entsprechender Weise von der Kammer 58 durch die Seitenplatte 14 erstreckt. Ein komplementär ausgebildeter .Strömungsmitteleinlaßkanal (nicht gezeigt) und Auslaßkanal 64 (Figur 1) erstrecken sich zur Kammer 60 und von der Kammer durch die Seitenplatte 16. Ein Kühlmittelverteiler 66 ist außerhalb des Vakuumflansches 12 montiert und besitzt einen Strömungsmitteleinlaßnippel 68, der mit einem bogenförmigen Strömungsmittelkanal 70 (Figur 2) in Verbindung steht, um Kühlmittel durch den Kanal 62 in der Seitenplatte 14 und den entsprechenden Kanal in der Seitenplatte 16 den Kammer 58, 60 zuzuführen. Ein Auslaßnippel 72 ist in entsprechender Weise am Verteiler 66 montiert und steht mit einem bogenförmigen Kanal 74 (Figur 2) in Verbindung, um Strömungsmittel von den

Kammern 58, 60 durch die Auslaßkanäle 63, 64 aufzunehmen. Eine Vielzahl von Rippen oder Nuten 76 ist in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Reihe um einen axialen Rand der Anodenfläche 32 ausgebildet. Ein Schneckenrad 78 ist an einem Ende einer Welle 80 befestigt und steht mit den Rippen 76 in Eingriff. Die Welle 80 steht (in einer nicht gezeigten Weise) durch den Vakuumflansch 12 vor, um eine wahlweise Drehung der Anode 30 zu bewirken.

Im Betrieb wird die Anode 30 zuerst mit Hilfe der Welle 80 und des Schneckenrades 78 in eine gewünschte Winkelstellung gedreht. Ein Wärmeabführströmungsmittel, beispielsweise Wasser, wird dann unter Druck zu dem Einlaßnippel 68, den Kammern 58, 60 und dem Auslaßnippel 72 umgewälzt. Der entsprechende Wasserdruck führt zu einer Expansion der Bälge 54, 56, so daß die Lagerplatten 44, 46 in einen entsprechenden, zur Wärmeableitung geeigneten Eingriff mit den Anodenseitenflachen 36, 34 gebracht werden. Die Kühler 48, 50 werden dann eingeschaltet, und die Kathode 20 kann in der gewünschten Weise zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, die die Fenster 28 passieren, aktiviert werden (die Anode 30 ist über die Lagerplatten 44, 46 und die Kühler 48, 50 geerdet). Wenn es gewünscht wird, die Anode 30 zwischen Röntgenstrahlenemissionsereignissen zu drehen, wird der Kühlmittelzufluß beendet, so daß die Bälge 54, 56 die Lagerplatten 44, 46 aus dem Kontakt mit der Anode 30 zurückziehen. Wenn die Lagerplatten auf diese Weise im Abstand von den gegenüberliegenden Anodenflächen angeordnet werden, kann die Anode 30 in der gewünschten Weise durch die Welle 80 und das Schneckenrad 78 gedreht werden.

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Claims (16)

Patentansprüche

1. Röntgenstrahlenquelle, gekennzeichnet durch eine Kathode (20), eine Anode (30) mit einer ersten Fläche, die der Kathode gegenüberliegt, einer Montageeinrichtung für die Anode zur Verschiebung der ersten Anodenfläche relativ/ zu der Kathode, einer Einrichtung zum Kühlen der Anode, die eine Wärmeabführeinrichtung umfaßt, und einer Einrichtung zum wahlweisen Bewegen der Wärmeabführeinrichtung in Wärmeleitkontakt mit der Anode (30) und aus diesem heraus.

2. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum wahlweisen Bewegen der Wärmeabführeinrichtung eine Einrichtung zum wahlweisen Bewegen der Wärmeabführeinrichtung in Eingriff mit einer Fläche der Anode, bei der es sich nicht um die erste Fläche handelt, umfaßt.

3. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche eine bogenförmige Fläche umfaßt, die radial von einer gemeinsamen Achse liegt, und daß die Einrichtung zum Verschieben eine Einrichtung zum Drehen der Anode um die Achse aufweist.

4. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (30) einen Korpus umfaßt, der parallele Seitenflächen (34, 36) senkrecht zur Achse aufweist, und daß die Kühleinrichtung eine erste

und zweite Wärmeabführeinrichtung besitzt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Anodenkorpus angeordnet sind und den Anodenseitenflächen gegenüberliegen, und daQ eine erste und zweite Einrichtung zum wahlweisen Bewegen einer entsprechenden Wärmeabführeinrichtung in Wärmeleitkontakt mit einer entsprechenden Fläche des Anodenkorpus vorgesehen sind.

5. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkorpus eine Scheibe umfaßt, daö die erste Fläche eine radial gerichtete Umfangsflache (32) unter einem konstanten Radius von der Achse enthält und daß die Montageeinrichtung eine Einrichtung umfaßt, die den Anodenkorpus zur Durchführung einer Drehung um die Achse lagert.

6. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine mit dem Anodenkorpus gekoppelte Einrichtung zum wahlweisen Drehen desselben um die Achse aufweist.

7. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung eine erste und zweite Kontaktplatte (44, 46) einer wärmeleitenden Konstruktion enthält, die auf gegenüberliegenden axialen Seiten des Anodenkorpus angeordnet sind, daß die Einrichtung zum wahlweisen Bewegen eine erste und zweite expandierbare Einrichtung (54, 56) umfaßt, die in abgedichteter Weise die erste und zweite Kontaktplatte (44, 46) tragen und auf Seiten der Kontaktplatten, die dem Anodenkorpus gegenüberliegen, geschlossene Kammern bilden, und daß die Kühleinrichtung desweiteren eine Einrichtung zum wahlweisen Zuführen eines Wärmeabführmittels unter Druck zu den Kammern umfaßt, um die expandierbaren Einrichtungen (54, 56) auf-

zuweiten und die Kontaktplatten in Eingriff mit den Seitenflächen (34, 36) des Anodenscheibenkörpers zu bringen.

8. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung desweiteren eine erste und zweite thermoelektrische Kühleinrichtung (48, 50) umfaßt, die von der ersten und zweiten expandierbaren Einrichtung (54, 56) getragen werden und auf die Beaufschlagung mit elektrischer Energie ansprechen, um Wärmeenergie von der Anode (30) auf das Wärmeabführmittel zu übertragen, wenn sich die Wärmeabführeinrichtung mit den Anodenseitenflächen (34, 36) in Kontakt befindet.

9. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung eine Kontaktplatte (44, 46) einer wärmeleitenden Konstruktion umfaßt, daß die Einrichtung zum wahlweisen Bewegen expandierbare Einrichtungen (54, 56) aufweist, die in abgedichteter Weise die Kontaktplatte tragen, und daß die Kühleinrichtung desweiteren Einrichtungen zum wahlweisen Zuführen eines Wärmeabführmittels unter Druck in die expandierbaren Einrichtungen (54, 56) aufweist, um auf diese Weise die expandierbaren Einrichtungen' aufzuweiten und die Kontaktplatte (44, 46) in wärmeleitenden Kontakt mit der Anode zu bringen.

10. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtung desweiteren thermoelektrische Kühleinrichtungen (48, 50) aufweist, die von den expandierbaren Einrichtungen (54, 56) getragen werden und auf die Beaufschlagung mit elektrischer Energie ansprechen, um Wärmeenergie von der Anode auf das Wärmeabführmittel zu überführen,

wenn sich die Wärmeabführeinrichtung mit der Anode in Kontakt befindet.

11.Röntgenstrahlenquelle, gekennzeichnet durch eine Kathode (20) zur wahlweisen Emission von Elektronen, eine scheibenförmige Anode (30), die eine radial gerichtete Umfangsfläche (32) gegenüber der Kathode unter einem konstanten Radius von einer mittleren Scheibenachse sowie zwei flache axial gerichtete gegenüberliegende Seitenflächen (34, 36) senkrecht zu dieser Achse aufweist, wobei mindestens die Umfangsfläche so ausgebildet ist, daß sie Röntgenstrahlen abgibt, wenn sie mit Elektronen von der Kathode bombardiert wird, eine Hontageeinrichtung für die Anode (30), so daß diese sich um die Achse dreht, und Einrichtungen zum Kühlen der Anode, die Wärmeabführeinrichtungön aufweisen, welche auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Anode im Abstand zu den Seitenflächen (34, 36) angeordnet sind, expandierbare Einrichtungen (45, 46), die in abgedichteter Weise an den entsprechenden Warmeabführeinrichtungen befestigt sind, so daß Kammern auf den Seiten der Warmeabführeinrichtungen gebildet werden, die von den Anodenseitenflächen entfernt angeordnet sind, und Einrichtungen zum Richten eines Wärmeabführmittels unter Druck in beide Kammern, um die expandierbaren Einrichtungen (54, 56) aufzuweiten und die Warmeabführeinrichtungen in Wärmeübertragungskontakt mit den Anodenseitenflächen (34, 36) zu bringen.

12. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmeabführeinrichtungen eine erste und zweite thermoelektrische Kühleinrichtung (48, 50) umfassen, die von den expandierbaren Einrichtungen (54, 56) gelagert werden und auf die Beauf-

schlagung mit elektrischer Energie ansprechen, um Wärmeenergie von der Anode (30) auf das Wärmeabführmittel zu übertragen, wenn sich die Wärmeabführeinrichtungen in Kontakt mit der Anode befinden. 5

13. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabführeinrichtungen desweiteren eine erste und zweite Wärmeabführplatte (44, 46) einer wärmeleitenden Konstruktion umfassen, die von der ersten und zweiten thermoelektrischen Kühleinrichtung (48, 50) getragen werden und mit den Anodenseitenflächen (34, 36) in Eingriff bringbar sind.

14. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageeinrichtung zwei Stummelachsabschnitte aufweist, die von der Anode (30) vorstehen, und eine öffnung (42) in jeder Wärmeabführplatte (44, 46), die einen entsprechenden Stummelachsabschnitt drehbar lagert.

15. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Einrichtung zum wahlweisen Drehen der Anode (30) um die Achse aufweist.

16. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum wahlweisen Drehen eine Reihe von Rippen bzw. Zähnen (76) aufweist, die sich in Umfangsrichtung um die Anode (30) herumerstrekken, ein Schneckenrad (78), das benachbart zum Umfang der Anode angeordnet ist und mit der Reihe der Zähne

(76) kämmt, und eine Welle (80), die von dem Schneckenrad (78) vorsteht, um dieses wahlweise zu drehen.