DE4101777A1 - Roentgenstrahler mit entgasungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Schutzgehäuse und eine in diesem angeordnete Röntgenröhre aufweist.

Ein Röntgenstrahler dieser Art ist in der EP-A-02 48 976 be­ schrieben. Bei dem bekannten Röntgenstrahler, der eine elek­ trisch isolierende Flüssigkeit, nämlich Isolieröl, enthält, tritt das Problem auf, daß sich das Isolieröl unter der Ein­ wirkung der Röntgenstrahlung zersetzt. Hierdurch wird Wasser­ stoff freigesetzt, der zunächst in dem Isolieröl in Lösung geht und nach Erreichen der Sättigung in Form von Gasblasen auf­ tritt. Das Auftreten von Gasblasen ist zum einen deshalb von Nachteil, weil im Falle der Verwendung des Röntgenstrahlers für bildgebende Zwecke die erzielbare Bildqualität leidet, wenn sich Gasblasen im Bereich des Nutz-Röntgenstrahlenbündels be­ finden. Zum anderen wird durch die Anwesenheit von Gasblasen in dem Isolieröl die Isolierwirkung herabgesetzt, so daß die Ge­ fahr von Spannungsüberschlägen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgenstrahler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Zersetzung der in dem Schutzgehäuse enthaltenen Flüssigkeit durch Röntgen­ strahleneinwirkung ohne nachteilige Folgen auf die erzielbare Bildqualität und eventuell die Isolierwirkung der Flüssigkeit bleibt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Entgasungsvorrichtung zur Entgasung der in dem Schutzgehäuse enthaltenen Flüssigkeit vorgesehen ist. Somit können keinerlei Gasblasen in der Flüssigkeit entstehen, die sich nachteilig auf die Bildqualität und - im Falle der Verwendung einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit - auf die Isolierwirkung der Flüssig­ keit auswirken könnten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Entgasungsvorrichtung ein Gasvolumen, einen die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum, eine diesen von dem Gasvolumen trennende flüssigkeitsundurchlässige Wand und Mittel zum Erzeugen eines Gas-Partialdruckes aufweist, die bezüglich eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases in dem Gasvolumen einen Gas-Partialdruck erzeugen, der geringer als der Gas-Partialdruck ist, den das aus der Flüssigkeit zu entfernende Gas in dem die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmen­ den Raum aufweist. Die Moleküle des aus dem in dem genannten Raum befindlichen Volumen der Flüssigkeit zu entfernenden Gases diffundieren dann durch die Wand in das Gasvolumen, so daß die Flüssigkeit allmählich entgast wird. Voraussetzung ist dabei selbstverständlich, daß die Wand eine ausreichende Gasdiffu­ sionsfähigkeit für das aus der Flüssigkeit zu entfernende Gas aufweist. Die Anzahl der pro Zeiteinheit durch die Wand diffun­ dierenden Gasmoleküle ist übrigens annähernd proportional zu dem Produkt aus der Differenz der Gas-Partialdrücke in dem Raum und dem Gasvolumen einerseits und der Größe der wirksamen Wand­ fläche andererseits. Da die beschriebene Entgasungswirkung un­ abhängig davon auftritt, ob die in dem Raum befindliche Flüs­ sigkeit steht oder strömt, ist gemäß einer besonders bevorzug­ ten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Flüssig­ keit den die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum konti­ nuierlich durchströmt. Es ist also möglich, den Entgasungsvor­ gang auch während des Betriebes der Röntgenröhre kontinuierlich fortzusetzen. Wenn die Flüssigkeit in an sich bekannter Weise zur Abfuhr der beim Betrieb der Röntgenröhre anfallenden Ver­ lustwärme durch eine Kühleinrichtung geleitet wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit den jeweiligen Bedürf­ nissen, z. B. der Aufrechterhaltung einer zur Erzielung einer bestimmten Kühlwirkung erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit, entsprechend gewählt werden, ohne daß dies irgendeinen Einfluß auf die Entgasungswirkung hätte. Falls bei der Zersetzung der in dem Schutzgehäuse enthaltenen Flüssigkeit nicht nur ein einziges Gas, sondern mehrere Gase entstehen, ist gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Mittel zum Erzeugen eines Gas-Partialdruckes einen Druck in dem Gasvolumen erzeu­ gen, der geringer als der niedrigste in dem die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum vorliegende Gas-Partialdruck eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases ist.

Ein besonders einfacher Aufbau der Mittel zum Erzeugen eines Gas-Partialdruckes ergibt sich, wenn diese Mittel zum Eva­ kuieren des Gasvolumens, beispielsweise eine Vakuumpumpe, auf­ weisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wand aus Polytetrafluoräthylen besteht. Dieses Material, das im folgenden der Einfachheit halber mit seinem Handelsnamen Teflon (eingetragenes Warenzeichen) be­ zeichnet werden wird, besitzt ausreichende Festigkeitseigen­ schaften und zugleich eine sehr gute Gasdiffusionsfähigkeit, insbesondere auch für Wasserstoff, der bei der Zersetzung von Isolieröl entsteht, so daß sich eine sehr gute Entgasungswir­ kung ergibt.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, daß die zu entgasende Flüssigkeit und das Gasvolumen in einem eine Außen- und eine Innenwand aufweisenden doppelwandigen Schlauch oder Rohr aufgenommen sind und daß die Wand durch die Innenwand ge­ bildet ist. Diese Maßnahme ist insbesondere bei solchen Rönt­ genstrahlern mit Vorteil einzusetzen, bei denen die in dem Schutzgehäuse enthaltene Flüssigkeit durch eine Kühleinrichtung geleitet wird, da dann allein durch Ersatz der zu der Kühlein­ richtung führenden Schlauch- oder Rohrleitungen durch eine ge­ eignete doppelwandige Schlauch- oder Rohrleitung und die Be­ reitstellung einer Vakuumpumpe eine wirkungsvolle Vorrichtung zur Entgasung der Flüssigkeit realisiert werden kann. Insbeson­ dere eine solche Entgasungsvorrichtung kann leicht mit dem Röntgenstrahler in vorteilhafter Weise zu einer Baueinheit ver­ bunden werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler in grob schematischer Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2, und

Fig. 4 und 5 Varianten eines Details des Röntgenstrahlers ge­ mäß den Fig. 2 und 3.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler, der ein mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit, z. B. Iso­ lieröl, gefülltes Schutzgehäuse 1 aufweist, in dem eine Rönt­ genröhre 2 angeordnet ist. Diese ist als Drehanoden-Röntgen­ röhre ausgebildet, die einen Anodenteller 3, eine Kathode 4 und einen Motor zum Antrieb der Drehanode enthält, der einen Rotor 5 und einen außerhalb des Glaskörpers der Röntgenröhre 2 ange­ ordneten Stator 6 aufweist. Das Schutzgehäuse 1 besitzt ein Strahlenaustrittsfenster 7 für die vom Anodenteller 3 ausgehen­ de Röntgenstrahlung. Außerdem ist eine insgesamt mit 8 be­ zeichnete Entgasungsvorrichtung für das Isolieröl vorgesehen, die einen durch zwei Leitungen 9 und 10 am Schutzgehäuse 1 an­ geschlossenen Behälter 11 und eine Umwälzpumpe 12 für das Iso­ lieröl aufweist, wobei das Isolieröl in einem geschlossenen Kreislauf durch den Behälter 11 zirkuliert. Die Umwälzpumpe 12 ist an der dem Stator 6 benachbarten Stirnfläche des Schutzge­ häuses 1 angebracht. Die Leitungen 9 und 10 sind flüssigkeits­ dicht durch die Wendung des Schutzgehäuses 1 geführt. Innerhalb des Schutzgehäuses 1 endet die Leitung 9 im Bereich des Stators 6 und die Leitung 10 im Bereich des kathodenseitigen Endes der Röntgenröhre 2. Hierdurch ergeben sich innerhalb des Schutzge­ häuses 1 Strömungsverhältnisse, die sicherstellen, daß mittels der Umwälzpumpe 12 das gesamte innerhalb des Schutzgehäuses 1 befindliche Isolieröl durch den Behälter 11 der Entgasungsvor­ richtung 8 geleitet wird.

Außer den genannten Bestandteilen weist die Entgasungsvorrich­ tung 8 eine Vakuumpumpe 13 auf, deren Saugseite mit dem Behäl­ ter 11 verbunden ist. Die Menge des Isolieröls ist so gewählt, daß sich, so wie dies schematisch angedeutet ist, innerhalb des Behälters 11 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Isolieröls ein flüssigkeitsfreier Raum ergibt, der mittels der Vakuumpumpe 13 mit Unterdruck beaufschlagt wird. Auf diese Weise findet kontinuierlich eine Entgasung des Isolieröls statt, so daß die Zersetzung des Isolieröls, die infolge der durch das Isolieröl verlaufenden Röntgenstrahlung auftritt, nicht zur Bildung von Gasblasen, insbesondere von Wasserstoff-Gasblasen, führen kann. Die Zersetzung des Isolieröls bleibt somit ohne nachteilige Folgen auf die erzielbare Bildqualität und die Isolierwirkung des Isolieröls. Es versteht sich, daß die Entgasungsvorrichtung 8 und der Röntgenstrahler nur dann eine Baueinheit bilden kön­ nen, wenn der Röntgenstrahler während des Betriebes nur so ge­ ringfügige Lageänderungen erfährt, daß ausgeschlossen ist, daß die Vakuumpumpe 13 Isolieröl aus dem Behälter 11 ansaugt. Bei größeren Lageänderungen des Röntgenstrahlers muß der Behälter 11 ortsfest angeordnet und über flexible Leitungen mit dem Röntgenstrahler verbunden sein.

Der in Fig. 2 dargestellte Röntgenstrahler stimmt als solcher mit dem zuvor beschriebenen überein, weshalb gleiche Teile gleiche Bezugsziffern tragen. Der Röntgenstrahler gemäß Fig. 2 ist jedoch mit einer sich von der des zuvor beschriebenen unterscheidenden, völlig lageunabhängig arbeitenden Entgasungs­ vorrichtung 14 versehen. Außerdem ist in aus der EP-A-02 48 976 an sich bekannter Weise eine Umlaufkühleinrichtung für das Iso­ lieröl vorgesehen, um die beim Betrieb der Röntgenröhre 2 an­ fallende und an das Isolieröl abgegebene Verlustwärme gut ab­ führen zu können. Zu diesem Zweck ist die Rohrleitung 10 in aus der Fig. 2 ersichtlicher Weise in mehreren Windungen spiralför­ mig aufgewunden und vor der die Umwälzpumpe 12 tragenden Stirn­ fläche des Schutzgehäuses 1 derart angeordnet, daß sich die spiralförmigen Windungen der Leitung 10 in dem mittels eines Gebläses 15 erzeugten Luftstrom befinden, wobei sowohl die Windungen der Leitung 10 als auch das Gebläse 15 unter einer im Bereich ihrer Stirnfläche perforierten Abdeckhaube 16 angeord­ net sind.

Die Entgasungsvorrichtung 14 weist einen doppelwandigen Schlauch 17 auf, der einen Abschnitt der Leitung 10, und zwar deren äußerste spiralförmige Windung, bildet. Der doppelwandige Schlauch 17 weist gemäß Fig. 4, in der er der Einfachheit hal­ ber gerade dargestellt ist, eine als metallischer Faltenbalg 18 ausgeführte Außenwand und eine als Teflon-Schlauch 19 ausge­ führte Innenwand auf. Der Faltenbalg 18 und der Teflon-Schlauch 19 sind mit insgesamt mit 20 bzw. 21 bezeichneten Anschlußtei­ len derart vakuumdicht verbunden, daß der Faltenbalg 18 und der Teflon-Schlauch 19 ein Gasvolumen begrenzen, das mittels einer an einen an dem Anschlußteil 21 vorgesehenen Anschlußstutzen 22 mittels einer Leitung 35 angeschlossenen Vakuumpumpe 23 mit Unterdruck beaufschlagbar bzw. evakuierbar ist. Im Inneren des Teflon-Schlauches 19 strömt das mittels der Umwälzpumpe 12 ko­ ntinuierlich umgewälzte zu entgasende lsolieröl. Das zwischen dem Faltenbalg 18 und dem Teflon-Schlauch 19 begrenzte Gasvolu­ men wird mittels der Vakuumpumpe 23 so weit evakuiert, daß der in dem Gasvolumen vorliegende Druck den im Inneren des Teflon- Schlauches 19 vorliegenden Gas-Partialdruck desjenigen aus dem Isolieröl zu entfernenden Gases unterschreitet, das im Inneren des Teflon-Schlauches 19 den geringsten Gas-Partialdruck auf­ weist. Da Teflon zwar flüssigkeitsdicht ist, jedoch eine hohe Gasdiffusionsfähigkeit aufweist, diffundieren dann alle aus dem jeweils im Inneren des Teflon-Schlauches 19 befindlichen Iso­ lieröl zu entfernenden Gase, insbesondere der bei der Zerset­ zung des Isolieröls hauptsächlich entstehende Wasserstoff, all­ mählich durch die Wand des Teflon-Schlauches 19 in das durch den Faltenbalg 18 und den Teflon-Schlauch 19 begrenzte Gas­ volumen, wo sie mittels der Vakuumpumpe 23 entfernt werden. Da das Isolieröl mittels der Umwälzpumpe 12 kontinuierlich umge­ wälzt wird und durch die Entgasungsvorrichtung 14 strömt, wird das Isolieröl ständig entgast, so daß Gasblasen, insbesondere Wasserstoff-Gasblasen, nicht auftreten können.

Ein wichtiger Vorteil der Entgasungsvorrichtung 14 besteht dar­ in, daß sie einen äußerst einfachen Aufbau aufweist, da keiner­ lei verschleiß- bzw. störungsanfällige Bauteile, z. B. Ventile und dergleichen, erforderlich sind und auch eine Steuerung oder dergleichen nicht benötigt wird. Der metallische Faltenbalg 18 stellt übrigens in vorteilhafter Weise einen Schutzmantel für den Teflon-Schlauch 19 dar. Da auch die Vakuumpumpe 23 an der einen Stirnfläche des Schutzgehäuses 1 befestigt ist, sind die Entgasungsvorrichtung 14, die Umlaufkühleinrichtung und der Röntgenstrahler in vorteilhafter Weise zu einer lageunabhängig betreibbaren Baueinheit zusammengefaßt.

Die Verbindung des Faltenbalges 18 und des Teflon-Schlauches 19 mit den Anschlußteilen 20 und 21 erfolgt übrigens in der Weise, daß der Teflon-Schlauch 19 mit seinen Enden jeweils über einen zylindrischen Ansatz des Grundteiles 24 bzw. 25 des Anschluß­ teiles 20 bzw. 21 geschoben wird, erforderlichenfalls unter Zwischenfügung eines geeigneten Dichtmittels. Anschließend wird, erforderlichenfalls ebenfalls unter Zwischenfügung eines geeigneten Dichtmittels, jeweils ein Überwurfteil 26 bzw. 27 mit dem Grundteil 24 bzw. 25 verschraubt, zwischen dessen zylindrischer Innenwand und dem zylindrischen Ansatz des Grund­ teiles 24 bzw. 25 der Teflon-Schlauch 19 vakuumdicht aufge­ nommen ist. Der Faltenbalg 18 ist an seinen Enden jeweils mit einem Hülsenteil 28 bzw. 29 vakuumdicht verlötet. Das freie Ende der Hülsenteile 28 bzw. 29 wird mit dem entsprechenden freien Ende des Überwurfteiles 26 bzw. 27 ebenfalls vakuumdicht verlötet. Der Anschlußstutzen 22 ist übrigens an dem Überwurf­ teil 27 angebracht.

Anstelle des doppelwandigen Schlauches 17 kann auch, falls dies zweckmäßig ist, ein doppelwandiges Rohr 30 verwendet werden, ohne daß dies auf die beschriebene Funktionsweise der Ent­ gasungsvorrichtung von Einfluß wäre. Dies in den Fig. 2 und 3 dadurch verdeutlicht, daß zusätzlich zu dem Bezugszeichen 17 das in Klammern gesetzte Bezugszeichen 30 vorgesehen ist. Wie aus der Fig. 5 deutlich wird, ist im Falle des doppelwandigen Rohres 30, das in Fig. 5 der Einfachheit halber gerade darge­ stellt ist, anstelle des Faltenbalges 18 ein metallisches Außenrohr 31 und anstelle des Teflon-Schlauches 19 ein even­ tuell faserverstärktes Teflon-Rohr 32 vorgesehen. Hinsichtlich des Aufbaus der Anschlußteile 20 und 21 stimmt das doppelwan­ dige Rohr 30 mit dem doppelwandigen Schlauch 17 überein.

Im Falle der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Röntgenstrahler ist übrigens innerhalb des Schutzgehäuses 1 eine Querwand 33 vorgesehen, an der eine den Innenraum des Schutzgehäuses 1 flüssigkeitsdicht verschließende nachgiebige Membran 34 ange­ bracht ist, die dazu dient, temperaturbedingte Volumenschwan­ kungen des Isolieröls aufzunehmen.

Die im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 5 beschriebene Ent­ gasungsvorrichtung kann übrigens nicht nur im Zusammenhang mit Röntgenstrahlern Verwendung finden, die wie der gemäß den Fig. 2 und 3 eine Kühlvorrichtung für das Isolieröl aufweisen. Es besteht vielmehr auch die Möglichkeit, den doppelwandigen Schlauch 17 bzw. das doppelwandige Rohr 30 lediglich zur Ver­ bindung des Innenraumes des Schutzgehäuses 1 mit der Umwälz­ pumpe 12 vorzusehen.

Die Länge des doppelwandigen Schlauches 17 bzw. des doppel­ wandigen Rohres 30 sowie der Durchmesser des Teflon-Schlauches 19 bzw. des Teflon-Rohres 32 sind übrigens derart zu wählen, daß die zur Entgasung wirksame Wandfläche des Teflon-Schlau­ ches 19 bzw. des Teflon-Rohres 32 bei allen Betriebszuständen des Röntgenstrahlers ausreicht, um das Isolieröl so wirksam zu entgasen, daß keine Gasblasen entstehen können.

Grundsätzlich ist es auch möglich, ein doppelwandiges Rohr oder einen doppelwandigen Schlauch zu verwenden, bei dem die zu ent­ gasende Flüssigkeit zwischen der Außen- und der Innenwand strömt und das innerhalb der aus Teflon gebildeten Innenwand befindliche Gasvolumen mit der Vakuumpumpe verbunden ist.

Claims (10)

1. Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Schutzgehäuse (1) und eine in diesem angeordnete Röntgenröhre (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entgasungsvorrichtung (8, 14) zur Entgasung der in dem Schutzgehäuse (1) enthaltenen Flüssigkeit vorgesehen ist.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flüssigkeit die Entgasungs­ vorrichtung (8, 14) kontinuierlich durchströmt.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsvorrichtung (14) ein Gasvolumen, einen die zu entgasende Flüssigkeit auf­ nehmenden Raum, eine diesen von dem Gasvolumen trennende flüs­ sigkeitsundurchlässige Wand (19, 32) und Mittel (23) zum Er­ zeugen eines Gas-Partialdruckes aufweist, die bezüglich eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases in dem Gasvolumen einen Gas-Partialdruck erzeugen, der geringer als der Gas-Par­ tialdruck des zu entfernenden Gases in dem die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum ist.

4. Röntgenstrahler nach den Ansprüchen 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flüssig­ keit den die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum kon­ tinuierlich durchströmt.

5. Röntgenstrahler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (23) zum Erzeu­ gen eines Gas-Partialdruckes einen Druck in dem Gasvolumen er­ zeugen, der geringer als der niedrigste im dem die zu ent­ gasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum vorliegende Gas-Partial­ druck eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases ist.

6. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines Gas-Partialdruckes Mittel (23) zum Evakuieren des Gasvolumens aufweisen.

7. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wand aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) gebildet ist.

8. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wand durch einen Schlauch (19) oder ein Rohr (32) gebildet ist.

9. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die zu ent­ gasende Flüssigkeit und das Gasvolumen in einem eine Außen- und eine Innenwand (18 bzw. 31, 19 bzw. 32) aufweisenden doppel­ wandigen Schlauch (17) oder Rohr (30) aufgenommen sind und daß die Wand durch die Innenwand (19, 32) gebildet ist.

10. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ent­ gasungsvorrichtung (8, 14) und der Röntgenstrahler zu einer Baueinheit verbunden sind.