DE3611111A1 - Drehbare anodenroentgenstrahlenquelle - Google Patents
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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.
- Leerseite -
Claims (16)
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.
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DE681067C (de) | Elektrisches Entladungsgefaess mit Gas- oder Dampffuellung |
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