DE3827511A1

DE3827511A1 - Roentgenstrahlquelle mit selektiver erzeugung punktfokussierter und linienfokussierter roentgenstrahlen

Info

Publication number: DE3827511A1
Application number: DE3827511A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Uematsu
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd
Priority date: 1987-08-17
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1989-03-02
Also published as: GB8819123D0; US4866749A; FR2619656A1; DE3827511C2; GB2208752A; JPS6429764U

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Röntgen strahlquelle, insbesondere eine Verbesserung einer Röntgen strahlquelle, die punkt- und linienfokussierte Röntgen strahlen bereitstellt.

Röntgenstrahlquellen sind für unterschiedliche Zwecke eingesetzt worden, von denen einer die Verwendung in Verbindung mit einem Röntgenstrahl-Diffraktograph oder Röntgen-Diffraktometer zur Analyse beispielsweise des Kristallaufbaus einer Substanz ist. Der Kristallaufbau wird durch Aufstrahlen eines Röntgenstrahls auf die Sub stanz und Messung eines Brechungswinkels des Röntgenstrahls analysiert, welcher von der Substanz reflektiert wird oder durch diese hindurchtritt. Bei einer derartigen Untersuchung wird selektiv ein punktfokussierter oder ein linienfokussierter Röntgenstrahl verwendet.

Typischerweise werden am Umfang einer Röntgenstrahlröhre vier Fenster bereitgestellt, die gegeneinander um 90° versetzt sind, und von denen zwei diametral gegenüberlie gende Fenster zur Bereitstellung von punktfokussierten Strahlen dienen und die verbleibenden zwei Fenster, die ebenfalls in diametral gegenüberliegenden Lagen angeord net sind, zur Bereitstellung von linienfokussierten Rönt genstrahlen dienen. Die punktfokussierten und die linien fokussierten Röntgenstrahlen werden aus unterschiedlichen Fenstern herausgenommen, die um 90° versetzt sind, so daß bei einer Änderung der Untersuchungsart von einer Untersuchung mit punktfokussierten Röntgenstrahlen zu einer mit linienfokussierten Röntgenstrahlen oder umge kehrt die Lage einer Halterung für die Röntgenstrahlröhre, beispielsweise des Röntgenstrahl-Diffraktographen, bewegt werden muß. Alternativ muß die Röntgenstrahlröhre um 90° gedreht werden, während die Lage der Halterung unge ändert bleibt. Eine derartige Röntgenstrahlquelle ist insoweit nachteilig, daß ein großer Raum um den Anbrin gungsort der Röntgenstrahlquelle für die Halterung frei gehalten werden muß. Sonst muß eine Dreheinrichtung zur Drehung der Röntgenstrahlröhre bereitgestellt werden. Im letzteren Fall ist die Bedienung der Dreheinrichtung kompliziert und die Feineinstellung der Lage der Halterung schwierig.

Die vorliegende Erfindung wurde in Ansehung der voran stehend angegebenen Nachteile entwickelt, und es ist daher ein Vorteil der Erfindung, eine Röntgenstrahlquelle bereitzustellen, bei welcher die Umschaltung zwischen einer Betriebsart mit Punktfokussierung und einer mit Linienfokussierung eines Röntgenstrahls recht einfach und schnell vorgenommen werden kann. Zur Erzielung dieser und weiterer Vorteile umfaßt die erfindungsgemäße Röntgen strahlquelle eine Röntgenröhre zur Ausstrahlung eines Röntgenstrahls, die eine Kathode und eine Anode aufweist, wobei die Kathode eine Einrichtung zur Erzeugung ther mischer Elektronen bei Erhitzung aufweist und mit einer Oberfläche versehen ist, die zwei einander im rechten Winkel schneidende Nuten aufweist, die Erzeugungsein richtung für thermische Elektronen in die Nuten einge paßt ist und die Oberfläche der Kathode so angeordnet ist, daß sie der Anode gegenüberliegt und die von der Einrichtung zur Erzeugung thermischer Elektronen erzeug ten thermischen Elektronen auf die Anode auftreffen, worauf die Anode einen Röntgenstrahl erzeugt, und es ist eine Schalteinrichtung zur selektiven Erhitzung der Einrichtung zur Erzeugung thermischer Elektronen in einer der beiden Nuten vorgesehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dar gestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht mit einer Darstellung eines wesentlichen Abschnitts einer Röntgenstrahl röhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Querschnittsansichten entlang der Linien III-III und IV-IV von Fig. 2;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm mit einer Darstellung einer Verbindung einer Stromquelle zu Fadenwick lungen; und

Fig. 6A und 6B Diagramme zur Beschreibung eines linien fokussierten Röntgenstrahls und eines punkt fokussierten Röntgenstrahls.

Eine Röntgenstrahlröhre gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, wie in Fig. 1 gezeigt ist, in welcher eine zylinderförmige Kathode 2 im Inneren einer fluiddichten Metallhülle 1 in Form einer mehreckigen Säule und koaxial zur dieser angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist eine End stirnfläche der Kathode 2 mit Nuten 3 und 4 versehen, welche sich linear in radialen Richtungen erstrecken und einander unter rechtem Winkel schneiden. In die Nuten 3 und 4 sind Fadenwicklungen 5 bzw. 6 eingepaßt. Die Fadenwicklung 5 erstreckt sich linear oder geradeaus entlang der Nut 3. Eine weitere Fadenwicklung 6 erstreckt sich im wesentlichen geradeaus entlang der Nut 4, ist jedoch mit einem nach unten vorstehenden Segment 9 in ihrem Zentralabschnitt versehen, wodurch unter Beibe haltung der Kontinuität der Fadenwicklung 6 verhindert wird, daß diese eine andere Fadenwicklung 5 im Kreuzungs bereich berührt. An beide Enden jeder der Fadenwicklungen 5 und 6 sind Leiter 7 A und 7 B angeschlossen, und hier durch werden die Fadenwicklungen 5 und 6 freischwebend gehaltert. Die freien Endanschlüsse dieser Leiter 7 werden nach außen aus der Hülle 1 herausgeführt.

Eine Anode oder Target 10 ist so angeordnet, daß sie der Endstirnfläche der Kathode in einem vorher festleg baren Abstand gegenüberliegt. Die Anode ist beispiels weise aus Kupfer hergestellt und weist eine kreisförmige ebene Stirnfläche in dem Abschnitt auf, welcher der Kathode 2 gegenüberliegt. Ein Kanal 11 ist im Inneren der Anode 10 ausgebildet, um hierin Wasser fließen zu lassen und so die Anode 10 zu kühlen.

Vier kreisförmige Fenster 12 und 13 sind in Positionen etwas unterhalb der planaren Stirnfläche der Anode 10 und an der Wandung der Hülle 1 vorgesehen. Genauer gesagt bildet die Hülle 1 in sich eine innere Kammer 1 A aus, in welcher die zylindrische Kathode 2 angeordnet ist. Die Hülle 1 ist mit vier Kanälen 1 B versehen, die in Verbindung mit der inneren Kammer 1 A stehen. Diese Kanäle 1 B erstrecken sich in radialer Richtung der Kathode 2 und gehen vollständig durch die Wand der Hülle 1 hin durch. Weiterhin sind Ausnehmungen 1 c ausgerichtet zu den Kanälen 1 B vorgesehen. Jede der Ausnehmungen 1 C steht in Verbindung mit jedem radialen äußeren Endabschnitt der Kanäle 1 B, und Fenster 12 und 13 sind in den zugehö rigen Ausnehmungen angeordnet. Die Lage der Fenster ist gegeneinander um 90° versetzt. Zwei in diametral gegen überliegenden Lagen angeordnete Fenster werden durch dieselben Bezugszahlen 12 oder 13 bezeichnet. Die verti kalen Lagen der Fenster 12 und 13 sind derart, daß die Zentren der Fenster geringfügig niedriger liegen als eine horizontale Verlängerungslinie der Anodenstirnfläche. Genauer gesagt sind die Fenster 12 und 13 so angeordnet, daß ein Röntgenstrahl-Austrittswinkel durch das Fenster etwa 6° in bezug auf die Stirnfläche der Anode 10 beträgt. Eine Berylliumplatte wird für diese Fenster verwendet, da Beryllium hervorragende Transmissionseigenschaften für Röntgenstrahlen aufweist. Ein nicht dargestellter Verschluß ist vorgesehen, um jedes der Fenster abzudecken, um einen Austritt des Röntgenstrahls zu verhindern, wenn der Röntgenstrahl nicht verwendet wird, und wird nur geöffnet, wenn der Röntgenstrahl benutzt wird. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, werden gekuppelte Schalter 14 und 15 verwendet, durch die eine der Fadenwicklungen 5 und 6 selektiv durch eine Batterie 16 mit Energie versorgt wird.

Im Betrieb wird, wenn die Fadenwicklung 5 mit der Batterie 16 durch die Schalter 14 und 15 verbunden ist, die Faden wicklung 5 erhitzt und von dieser werden thermische Elek tronen abgegeben. Die Nuten 3 und 4 dienen als konver gierende Elektrode, um die thermischen Elektronen in der Breitenrichtung der Nut, also in der Richtung, die senkrecht zur Längserstreckung der Nut liegt, konvergent zu machen. Die thermischen Elektronen werden auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt in Folge einer hohen Span nungsdifferenz zwischen der Kathode 2 und der Anode 10, und treffen auf die Anode 10 auf. Bei einer Ausführung mit an Masse liegender Anode wird eine hohe negative Spannung an die Kathode angelegt und die Anode mit Masse verbunden.

Fig. 6A ist eine schematische Darstellung der Anode 10 und der Fadenwicklung 5. Die thermischen Elektronen treffen auf den Abschnitt der Anode 10 auf, der durch Schraffur linien 17 bezeichnet ist (dieser Abschnitt wird als "realer Fokus" bezeichnet), von welchem der Röntgenstrahl erzeugt wird. Die Länge der Fadenwicklungen, die Abmessungen der Nuten und die Entfernung zwischen der Kathode 2 und der Anode 10 werden so festgelegt, daß die Größe des realen Fokus auf der Anode 10 beispielsweise 1×10 mm² beträgt. Ein linienfokussierter Röntgenstrahl kann aus dem Fenster 13 (nicht in Fig. 6A dargestellt) entnommen werden, welches parallel zur Längserstreckung der Faden wicklung 5 angeordnet ist. Der derart abgenommene linien fokussierte Röntgenstrahl weist einen Querschnitt von etwa 0,1×10 mm² auf (was als "effektiver Fokus" bezeich net wird), da die Breitenerstreckung des Röntgenstrahls mit realem Fokus auf etwa ein Zehntel verringert wird, wenn er in einem Betrachtungswinkel oder Austrittswinkel α von 6° gesehen wird.

Wenn durch Schalten der gekuppelten Schalter 14 und 15 die Fadenwicklung 6 mit der Batterie 16 verbunden ist, treffen die thermischen Elektronen auf den Abschnitt der Anode 10 auf, der durch gestrichelte Linien 19 in Fig. 6B bezeichnet ist. In diesem Fall kann ein punkt fokussierter Röntgenstrahl mit einem Querschnitt von 1×1 mm² aus demselben Fenster 13 (nicht dargestellt) entnommen werden, welches senkrecht zur Längserstreckung der Fadenwicklung 6 angeordnet ist, da der Betrachtungs winkel β klein ist, beispielsweise etwa 6°.

Der Röntgenstrahlerzeugungsabschnitt 19 auf der Anode 10 kann gesehen werden, wie durch schraffierte Linien 20 in Fig. 6B angedeutet ist.

Es kommt daher auf die Röntgenstrahlerzeugungsabschnitte 17, 19 in bezug auf die Fenster an. Die Röntgenstrahl abschnitte 17, 19 in Fig. 6B, 6B sind beispielsweise 1×10 mm² groß und rechteckig. Betrachtet man den Abschnitt 17 in Fig. 6A durch ein Fenster, so wird seine Breitenaus dehnung auf 1/10 verringert und seine Längsausdehnung bleibt erhalten. Wird der Abschnitt 19 in Fig. 6B durch dasselbe Fenster betrachtet, so bleibt seine Breitenaus dehnung erhalten und seine Längsausdehnung wird auf 1/10 verringert.

Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, daß um die Röntgenstrahlröhre herum kein großer Raum zum Installieren einer Halterung freigehalten werden muß, da die Röntgenstrahlquelle gemäß der Erfindung von einer punktfokussierenden Betriebsweise in eine linienfokus sierende Betriebsweise oder umgekehrt umschalten kann. Weiterhin muß die Röntgenstrahlröhre nicht gedreht werden, wenn ein derartiger Wechsel der Betriebsart vorgenommen wird.

Zwar sind bei den voranstehend beschriebenen Ausführungs formen die Fadenwicklungen so angeordnet, daß sie einander schneiden, jedoch ist Fachleuten auf diesem Gebiet offen bar, daß dieselbe Wirkung erhalten werden kann, wenn die Fadenwicklungen L-förmig oder T-förmig angeordnet sind.

Claims

1. Röntgenstrahlquelle gekennzeichnet durch eine Röntgenstrahlröhre zur Ausstrahlung eines Röntgenstrahls, die eine Kathode und eine Anode aufweist, wobei die Kathode eine Einrichtung zur Erzeugung thermischer Elektronen bei ihrer Erhitzung aufweist und mit einer Oberfläche versehen ist, in welcher zwei einander in rechtem Winkel schneidende Nuten vorgesehen sind, die Erzeugungseinrichtung für thermische Elektronen in die Nuten eingepaßt ist, und die Oberfläche der Kathode so angeordnet ist, daß sie der Anode gegenüberliegt und die von der Erzeugungseinrichtung für thermische Elektronen erzeugten thermischen Elektronen auf die Anode auf treffen, worauf die Anode einen Röntgenstrahl erzeugt, und daß eine Schalteinrichtung zur selektiven Erhitzung der Erzeugungseinrichtung für thermische Elektronen in einer der beiden Nuten vorgesehen ist.

2. Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsein richtung für thermische Elektronen zwei Fadenwicklun gen aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind, sowie eine Batterieeinrichtung, und daß jede der beiden Fadenwicklungen erhitzt wird und thermische Elektronen abgibt, wenn sie mit der Batterieeinrich tung verbunden ist.

3. Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung selektiv die Batterieeinrichtung mit einer der beiden Fadenwicklungen verbindet.

4. Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Faden wicklungen so angeordnet sind, daß sie einander in einem zentralen Abschnitt jeder der beiden Faden wicklungen schneiden.

5. Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Faden wicklungen T-förmig angeordnet sind.

6. Röntgenstrahlquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Faden wicklungen L-förmig angeordnet sind.