DE3840398C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen hat eine Drehanoden-Röntgenröhre zur Verwendung in einem Diffraktometer oder dergleichen eine rotierende, zylindrisch geformte Anode oder Target. Diese Anode ist so angeordnet, daß ihre Umfangsfläche einer Endfläche der Kathode gegenüberliegt. Wenn die Elektronen, die von der Kathode emittiert werden, auf die Umfangsfläche der Drehanode aufschlagen, werden dort Röntenstrahlen erzeugt und von der Anodenoberfläche in verschiedenen Richtungen emittiert. Bei der Röntgenröhre werden die so unter einem kleinen Winkel im Bezug auf die Drehachse der Anode emittierten Röntgenstrahlen herausgeführt und verwendet, wodurch die Röntgenstrahlen, die eine hohe Intensität aufweisen, von einem kleinen wirksamen Brennfleck aus gewonnen werden können.

Bei den herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhren haben jedoch die Röntgenstrahlen, die aus den Fenstern der Röhren austreten, üblicherweise nur eine Wellenlänge, da die Anodenoberfläche aus einer einzigen Materialart besteht.

Eine Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 8 75 975 bekannt, bei der zur Herstellung von stereoskopischen Aufnahmen eine Röntgenröhre mit einer Drehanode vorgesehen ist, der gegenüberliegend zwei Elektronenstrahlquellen zur Erzeugung von zwei Röntgenstrahlenbündeln vom Umfang der Drehanode zugewandt sind, wobei die beiden Röntgenstrahlenbündel durch zwei an einer Seite des Gehäuses der Röntgenröhre ausgebildete Fenster abgestrahlt werden. Allerdings ist es mit einer Röntgenröhre der vorgenannten Art nicht möglich, Röntgenstrahlen verschiedener Wellenlänge zu erzeugen.

Aus der DE-OS 17 64 661 ist ein Drehanodenteller für Röntgenröhren bekannt, bei dem mehrere, konzentrische Elektronenaufprallflächen aus verschiedenen Materialien vorgesehen sind. Mit einer solchen Röntgenröhre können zwar Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt werden, diese Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge können jedoch durch eine solche Röntgenröhre nicht gleichzeitig bereitgestellt werden.

Ein Drehanodenteller mit ebenfalls zwei Flächen als Targetoberfläche ist aus der DE-OS 24 09 526 bekannt, ohne daß ein solcher Drehanodenteller die simultane Bereitstellung von Röntgenstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen gestattet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art anzugeben, mit der es möglich ist, zwei Arten von Röntgenstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, gleichzeitig zu erzeugen und nach außen abzustrahlen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Jede der aus verschiedenen Materialien bestehenden Umfangsflächen des Drehanodentellers wird zur Abstrahlung von zwei Arten von Röntgenstrahlen jeweils durch die gegenüberliegenden Fenster nach außen in unterschiedliche Richtungen von Elektronenstrahlen beaufschlagt.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Drehanoden-Röntgenröhre nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die Drehanoden-Röntgenröhre ist in einem fluiddichten Metallgehäuse 1 in der Form einer polygonalen Säule angeordnet. Das fluiddichte Metallgehäuse 1 ist mit einer Vakuumpumpe verbunden, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist und das Innere des Gehäuses 1 ist in einem evakuierten Zustand gehalten, mit solch einem Evakuierungsgrad, daß seine elektrischen Eigenschaften im wesentlichen unbeeinflußt bleiben durch die Anwesenheit von Restgas oder -dampf. Die Seitenwandung des Gehäuses 1 ist mit einem Lager 2 versehen, durch das eine Drehwelle 3 drehbar gelagert ist. Die Drehwelle 3 besitzt ein Ende, das mit einer Riemenscheibe 4 versehen ist, die einen endlosen Riemen 5 trägt. Der endlose Riemen 5 ist über eine, in Fig. 1 nicht gezeigte, Antriebsriemenscheibe mit einer Antriebsquelle, wie z.B. einem Motor verbunden. Eine Drehanode 6 ist fest mit dem anderen Ende der Drehwelle 3 verbunden und dreht sich gemeinsam mit dieser mit Drehung der Welle 3.

Die Drehanode 6 hat die Form eines Kegelstumpf-Doppelkegels, bei dem jeweils die Kegelflächen mit großem Durchmesser aneinanderliegen, um im wesentlichen ein tonnenförmiges Profil zu bilden. Die Umfangsfläche 7 a, 8 a der beiden Kegelstumpfabschnitte 7, 8 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wie z.B. aus Kupfer und Molybdän. Jede Erzeugende der Kegelstumpfabschnitte 7, 8 ist um ungefähr 6° in bezug auf eine Drehachse P der Drehanode 6 geneigt. Eine Kathode, die zwei Elektronenquellen 9, 10 aufweist, ist innerhalb des Inneren des fluiddichten Metallgehäuses 1 vorgesehen, um Elektronenstrahlen q, r, wie z.B. Thermoelektronen, zu emittieren, die durch unterbrochene Linien in Fig. 1 angedeutet sind. Jede Elektronenquelle 9, 10 umfaßt Wehnelt-Zylinder 11, 12 und Heizwicklungen 13, 14. Leiter 16 A und 16 B sind mit beiden Enden der Spulenheizelemente 13 und 14 verbunden und die Heizspulen 13 und 14 sind hierdurch potential freischwimmend gelagert. Freie Endanschlüsse jener Leiter 16 sind nach außen aus dem Gehäuse 1 herausgeführt. Die Elektronenquelle 9 ist so angeordnet, daß sie der Umfangsfläche 7 a des Gegenstumpfabschnittes 7 mit einem bestimmten Abstand gegenüberliegt.

Andererseits ist die Elektronenquelle 10 so angeordnet, daß sie der Umfangsfläche 8 a des Kegelstumpfabschnittes 8 mit einem bestimmten Abstand gegenüberliegt.

Außerdem ist, wie in den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, das Gehäuse 1 mit zwei Fenstern 17, 18 versehen, die es gestatten, daß die Röntgenstrahlen durch diese hindurch nach außen dringen, um auf diese Weise die Röntgenstrahlen an diametral gegenüberliegenden Stellen in bezug auf das Gehäuse 1 aus diesem herauszuführen. Die beiden Fenster 17, 18 liegen den Röntgenstrahlen-Erzeugungsabschnitten As, At an den Kegelstumpfabschnitten 7, 8 gegenüber, wobei auf diese Fläche As, At die Elektronenstrahlen, die von den Elektronenquellen 9, 10 emittiert werden, gerichtet sind, um in diesem Gebiet jeweils die Röntgenstrahlen zu erzeugen. Die Linie La, die durch die Mitte der beiden Fenster 17, 18 verläuft, erstreckt sich parallel zu Drehachse p der Drehanode 6. Die Linie La, die Drehachse p und die Mitte der beiden Elektronenstrahlquellen 9, 10 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Die Mitte des Fensters 17, das benachbart zu der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche As liegt, ist zwischen der Drehachse p und einer geneigten Linie Lb angeordnet. Lb liegt in Verlängerung von der Oberfläche 8 a, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Mitte des Fensters 18, das benachbart zu der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche At angeordnet ist, ist zwischen der Drehachse p und einer geneigten Linie Lc angeordnet, die eine Verlängerung von der Oberfläche 7 a ist, und liegt benachbart bzw. in der Nähe der Linie Lc. Falls erforderlich kann ein geeigneter Schlitz außerhalb des Fensters vorgesehen sein, um alle nur verfügbaren Röntgenstrahlen herauszuführen.

Bei dieser Anordnung sind die Fenster 17 und 18 so angeordnet, daß der Röntgenstrahl-Abstrahlungswinkel durch jedes Fenster ungefähr 6° in bezug auf jede Oberfläche der Anode 6 beträgt. Eine Berylliumplatte ist für diese Fenster verfügbar, da Beryllium hervorragende Röntgenstrahl-Übertragungseigenschaften aufweist. Eine Blende (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um jedes der Fenster für eine Unterbrechung der Röntgenstrahlen zu bedecken und ein Heraustreten der Röntgenstrahlen zu verhindern, wenn der Röntgenstrahl nicht verwendet wird.

Die Arbeitsweise der Drehanoden-Röntgenröhre, die so aufgebaut ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.

Durch den Motor wird die Drehwelle 3 um ihre Achse p durch den endlosen Riemen 5 drehend angetrieben. Die Drehanode 6 wird gemeinsam mit der Drehung der Welle 3 gedreht. Wenn eine Hochspannung an die Elektronenquellen 9, 10 gelegt wird, werden die Heizwendeln 13, 14 erhitzt und Thermoelektronen werden von diesen emittiert. Die Thermoelektronen werden infolge einer Hochspannungsdifferenz zwischen den Elektronenquellen 9, 10 und der Drehanode 6 auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und schlagen unter Erzeugung von Röntgenstrahlen auf die Gebiete As, At auf. Zwei Arten von Röntgenstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, werden von den Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche As, At erzeugt und werden durch die jeweiligen Fenster 17 und 18 gleichzeitig abgestrahlt, da die Drehanode 6 zwei Kegelstumpfabschnitte 7, 8 aufweist, deren Oberflächen 7 a, 8 a aus unterschiedlichen Materialien, wie z.B. aus Kupfer und Molybdän bestehen. Der Röntgenstrahl-Austrittswinkel durch jedes Fenster beträgt ungefähr 6° auf jede Oberfläche der Anode 6.

Bei dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel ist, wie oben beschrieben, die Drehanode 6 in Form eines Doppel-Kegelstumpfes ausgeführt. Dabei sind die Kegelstumpfgrundflächen mit großem Durchmesser miteinander verbunden, um ein im wesentlichen tonnenförmiges Profil zu bilden. Die Umfangsflächen 7 a, 8 a der beiden Kegelstumpfabschnitte 7, 8 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, die sich voneinander unterscheiden, wie z.B. aus Kupfer und Molybdän. Daher sind die Röntgenstrahlen, die durch das Fenster 17 oder den Spalt außerhalb der Drehanoden-Röntgenröhre hindurchtreten, auf Röntgenstrahlen beschränkt, die von der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche As erzeugt werden und die Röntgenstrahlen, die durch das Fenster 18 hindurchtreten, sind ebenfalls beschränkt auf solche Röntgenstrahlen, die von der Röntgenstrahl-Erzeugungsfläche At erzeugt werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine Analysiereinrichtung, wie z.B ein Diffraktometer, mit der Drehanoden-Röntgenröhre nach der vorliegenden Erfindung, erläutert.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, enthält das Diffraktometer die Drehanoden-Röntgenröhre T, Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtungen 20, 21 mit Goniometer, Szintillationszähler, sowie Datenverarbeitungseinheit oder dergleichen. Die Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtungen 20, 21 sind so angeordnet, daß sie jeweils den Fenstern 17, 18 gegenüberliegen. Die Röntgenstrahlen werden aus den Fenstern 17, 18 in eine Richtung herausgeführt, die senkrecht zur Längsachse Ld der Drehanoden-Röntgenröhre verläuft. Das heißt die Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 20 ist so angeordnet, daß die Röntgenstrahlen, die aus dem Fenster 17 austreten, in das Innere der Vorrichtung 20 eintreten, während die Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 21 so angeordnet ist, daß die Röntgenstrahlen, die aus dem Fenster 18 austreten, in das Innere der Vorrichtung 21 eintreten.

Durch diese Anordnung treffen in der Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 20, die benachbart zu dem Fenster 17 angeordnet ist, charakteristische Röntgenstrahlen auf der Grundlage des Materials der Oberfläche 7 a des Gegenstumpfabschnittes 7 auf eine Probe 22 und gebeugte Röntgenstrahlen, die von dieser reflektiert werden, und werden durch das Goniometer oder den Szintillationszähler erfaßt und verarbeitet, um hierdurch eine Elementaranalyse auszuführen.

Außerdem werden, wenn anstelle des Diffraktometers als Erfassungsvorrichtung 20 eine Laue-Kamera verwendet wird, die gebeugten Röntgenstrahlen, die durch die Probe 22 hindurchtreten, direkt durch die Laue-Kamera aufgezeichnet, um hierdurch eine Kristallstruktur zu analysieren.

In gleicher Weise werden in der Röntgenstrahl-Erfassungsvorrichtung 21, die benachbart zu dem Fenster 18 vorgesehen ist, andere charakteristische Röntgenstrahlen auf der Grundlage des Materiales der Oberfläche 8 a des Kegelstumpfabschnittes 8 verwendet und wird eine Elementaranalyse oder Kristallstrukturanalyse ausgeführt.

Zwei Arten von Röntgenstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, werden gleichzeitig aus den beiden getrennt voneinander vorgesehenen Fenstern der Röntgenröhre herausgeführt. Außerdem verlassen die Röntgenstrahlen die Röntgenröhre durch die Fenster in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Drehachse der Röntgenröhre. Entsprechend hat die fertige Analysiereinrichtung, die die Drehanoden-Röntgenröhre nach der vorliegenden Erfindung anwendet, einen einfachen und kompakten Aufbau.

Claims (3)

1. Drehanoden-Röntgenröhre zur Erzeugung von mehreren Röntgenstrahlenbündeln, mit einem Gehäuse (1) mit zumindest zwei Fenstern (17, 18) einer Drehanode (6), die zumindest einen Kegelstumpfabschnitt (7, 8) aufweist, dessen Umfangsfläche unter einem spitzen Winkel zur Drehachse der Drehanode (6) verläuft, mit zumindest zwei, der Drehanode gegenüberliegend zugewandten Elektronenstrahlquellen (9, 10), um zumindest zwei Elektronenstrahlenbündel (g, r) auf den Umfang der Drehanode zu emittieren, zur Erzeugung von Röntgenstrahlenbündeln, die jeweils durch ein zugehöriges Fenster (17, 18) nach außen treten, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fenster (17, 18) einander im Gehäuse (1) diametral gegenüberliegen und die Drehanode (6) von zwei Kegelstumpfabschnitten (7, 8) begrenzt ist, deren Umfangsflächen (7 a, 8 a) aus unterschiedlichem Material bestehen, wodurch die Röntgenstrahlen der Röntgenstrahlenbündel unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehanode (6) einen Doppelkegelstumpf (7, 8) bildet, derart, daß die Kegelstumpfabschnitte mit ihren Grundflächen einander zugewandt sind und die Drehanode (6) in ihrem röntgenstrahlerzeugenden Teil ein tonnenförmiges Profil besitzt.

3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kegelstumpfabschnitt (7) der Drehanode (6) aus Kupfer und der andere Kegelstumpfabschnitt (8) der Anode (6) aus Molybdän besteht.