DE4304142C2

DE4304142C2 - Kathode für eine Röntgenröhre

Info

Publication number: DE4304142C2
Application number: DE4304142A
Authority: DE
Inventors: Emile Gabbay
Original assignee: General Electric CGR SA
Current assignee: General Electric CGR SA
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2013-02-12
Also published as: FR2687504B1; FR2687504A1; DE4304142A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathode für eine Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Röntgenröhre enthält in einem Vakuumraum eine Kathode mit einem Heizdraht und einer Konzentrationseinrichtung. Der Draht gibt einen Elektronenstrahl ab, während die Konzentrationseinrichtung den Strahl auf eine Anode (drehend oder nicht) fokussiert, die ein bezüglich der Kathode sehr hohes positives elektrisches Potential besitzt. Die Elektronenstrahl-Auftrefffläche auf der Anode ist bezüglich der Strahlachse geneigt und bildet den Strahlungsbrennpunkt der erzeugten Röntgenstrahlen.

Bei bestimmten Anwendungen der Röntgenröhren, insbesondere bei den Scannern, ist es erforderlich, mehrere Strahlungsbrennpunkte vorzusehen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften wie z. B. unterschiedliche geometrische Abmessungen besitzen.

In der FR 91 04 731 ist eine Kathode der eingangs genannten Art beschrieben, die es dem Betreiber gestattet, wahlweise den einen oder anderen dieser unterschiedlichen Brennpunkte zu bilden.

Bei dieser bekannten Kathode ist ein geradliniger, über zwei Klemmen versorgter Heizdraht am Boden einer geradlinigen Rine angeordnet, die zwischen zwei Plateaus aus Metall (oder metallisierten Plateaus) vorgesehen ist, die die Konzentrationseinrichtung bilden. Um auf der Anode zwei Strahlungsbrennpunkte unterschiedlicher Länge bilden zu können, ist jeder dieser Abschnitte in drei Abschnitte unterteilt, die gegeneinander isoliert sind, und zwar in einen mittleren Abschnitt und zwei seitliche Abschnitte, die jeweils leicht unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen können, die durch die Form und die Abmessungen festgelegt sind, die für den Strahlungsbrennpunkt gewählt werden.

Eine solche Vorrichtung liefert längs des Drahtes zufriedenstellende Ergebnisse, jedoch nicht über die Breite.

Aus der DE-PS 5 77 796 ist eine Kathodenanordnung für eine Röntgenröhre bekannt, die in Schlitzen einer gemeinsamen Sammelvorrichtung zwei Glühkathoden aufweist, um auf einer Anode zwei nebeneinanderliegende Brennflecke zu erzeugen. Die beiden getrennt voneinander ausgebildeten Glühkathoden werden über Stromzuführungsdrähte gespeist, die an Klemmleisten befestigt sind. Die Glühkathoden werden durch diese gegenüber den Klemmleisten isolierten Stromzuführungsdrähte gehalten.

In der älteren, nachveröffentlichen DE 40 26 299 A1 ist eine Röntgenanordnung beschrieben, deren Kathode aus mehreren einzelnen Scheiben besteht, die jeweils an eine Teilspannung anlegbar sind, so daß die Elektronen abstrahlende Flläche der Kathode veränderbar ist.

Ziel der Erfindung ist es, eine Kathode der eingangs genannten Art mit wenigstens zwei möglichen Strahlungsbrennpunkten zu schaffen, die einfacher und damit kostengünstiger herstellbar ist.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Heizdraht eine ungerade Anzahl von Abschnitten aufweist, daß zusätzliche, isolierte Klemmen mit den Enden der Abschnitte des Heizdrahtes verbunden sind, und daß die Plateaus eine gleiche ungerade Anzahl von Stufen aufweisen, deren Höhe ausgehend von der mittleren Stufe zu den äußeren seitlichen Stufen hin fortschreitend abnimmt und deren Länge jeweils im wesentlichen der Länge des betreffenden Abschnitts des Heizdrahtes entspricht, entlang dem sie sich erstrecken.

Es können beide zusätzliche Klemmen des mittleren Abschnitts isoliert sein, es kann jedoch auch eine dieser Klemmen mit dem Kathodenkopf verbunden sein.

Darüber hinaus kann ein elektrischer Parallelwiderstand zwischen die beiden Klemmen geschaltet sein, die mit den Enden des mittleren Abschnitts des Heizdrahtes verbunden sind.

Der Grundanordnung der Erfindung zufolge ergibt sich bei einer alleinigen Versorgung des mittleren Abschnitts des Heizdrahtes eine besonders starke Konzentration des von der Kathode abgegebenen Elektronenstrahls, und auf der Anode wird ein schmaler und kurzer, praktisch punktförmiger Strahlungsbrenn punkt mit einer im wesentlichen homogenen Strahlungsintensität gebildet, was bei bestimmten Anwendungen der Röntgenstrahlscanner angestrebt wird.

Der gleichen Grundanordnung zufolge ist bei einer vollständigen Versorgung der drei Abschnitte des Heizdrahtes die Konzentration des Elektronenstrahls in seinem mittleren Teil intensiver, und der auf der Anode erzeugte Strahlungs brennpunkt enthält in seiner Mitte die schmale und kurze Zone, die in dem vorhergehenden Fall erhalten wurde, und an seinen beiden Enden jeweils eine zunehmend erweiterte Zone.

Mit einer solchen Form von Strahlungsbrennpunkt würde man eine nicht homogene Röntgenstrahlungsquelle erhalten, sofern auf jegliche vorhergehende Kompensa tion des Pinch- oder Überkonzentrations-Phänomens verzichtet wird, dem der Elektronenstrahl durch den mittleren Teil des Konzentrationsteils ausgesetzt ist. Diese Kompensation erfolgt über den Parallelwiderstand, der zwischen die Klemmen geschaltet ist, die mit den Enden des mittleren Abschnitts des Heiz drahtes verbunden sind. Infolge dieses Widerstands ist der elektrische Strom, der in dem mittleren Abschnitt des Heizdrahtes fließt, schwächer als der Strom, der durch dessen seitliche Abschnitte hindurchgeht. Der Wert dieses Widerstandes wird experimentell eingestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht eines als Konzentrationsteil dienenden Kathodenkopfes,

Fig. 2 einen Schnitt durch die querverlaufende Symmetrieachse des Kathodenkopfes, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Heizdrahtes und seiner Klemmen.

Nach den Fig. 1 und 2 enthält ein als Konzentrationsteil dienender Kathodenkopf einen Rotationskörper 10, in dem eine diametrale Rinne 12 ausgebil det ist, die über ihre gesamte Länge hinweg zwei steile Seitenwände 14, zwei Schultern 16 und einen Boden 18 aufweist. In dem mittleren Teil 19 dieses Bodens 18 ist ein relativ langer Ausschnitt 20 vorgesehen, der in einen zu der Rinne 12 parallelen Hohlraum 22 mündet. Der Boden 24 dieses Hohlraums 22 ist schmaler als seine Basis. Dieser in den Fig. 1 und 2 durch strichpunktierte Linien dargestellte Hohlraum 22 ist zur Aufnahme eines Trägers 23 (s. Fig. 3) aus isolierendem Material (z. B. Keramik) bestimmt, in dem die Versorgungsklemmen des Heizdrahtes 26 angebracht sind. Die steilen Seitenwände 14 der Rinne 12 bilden mit dem Rotationskörper 10 zwei symmetrische Plateaus 28-32-30, 29-33-31 mit jeweils zwei seitlichen Stufen 28-30 und 29-31 gleicher Höhe und einer mitt leren Stufe 32-33, die etwas höher als die seitlichen Stufen ist. So kann die mittlere Tiefe der Rinne 12 praktisch beispielsweise einige Millimeter und die Überhöhung der mittleren Stufe 32-33 bezüglich der seitlichen Stufen 28-29-30-31 beispielsweise einige Zehntel Millimeter betragen.

Gemäß Fig. 3 enthält der Heizdraht 26 drei Abschnitte, und zwar einen mittle ren Abschnitt 34 und zwei seitliche Abschnitte 36-38, wobei die Länge des mittleren Abschnitts 34 in etwa gleich der Länge der mittleren Stufe 32-33 der beiden sich entlang der Rinne 12 erstreckenden Plateaus 28-32-30, 29-33-31 ist. Die Enden der drei Abschnitte des Heizdrahtes 26 sind mit vier Klemmen 40, 42, 44, 46 ver bunden, die in dem isolierenden Träger 23 angebracht sind. Zwischen die beiden Klemmen 42-44, über die der mittlere Abschnitt 34 des Heizdrahtes 26 versorgt wird, ist ein Parallelwiderstand 48 geschaltet. Zwei weitere Parallelwiderstände 50-52 können gegebenenfalls zwischen die Klemmen 40-42 bzw. 44-46 geschaltet sein. Die Klemme 46 ist mit dem Rotationskörper 10 verbunden. Die beiden Klemmen 40-46 sind dazu bestimmt, mit den Klemmen der Sekundärwicklung eines ersten Transformators verbunden zu werden, während die Klemmen 42-44 dazu bestimmt sind, mit jenen eines zweiten Transformators verbunden zu werden (keiner der beiden Transformatoren ist dargestellt).

Die Funktionsweise einer solchen Kathode ist relativ einfach. Wird nur der mittlere Abschnitt 34 des Heizdrahtes 26 durch den elektrischen Strom erhitzt, der diesem über die Klemmen 42-44 zugeführt wird, so wird ein besonders konzentrierter Elektronenstrahl von der Kathode abgegeben. Beim Verlassen des erhitzten Heizdrahtes 26 werden die negativen Elektronen nämlich von dem Boden und den Wänden der Rinne 12 zur Längssymmetrieebene dieser Rinne zurückgestoßen, was darauf zurückzuführen ist, daß dieser Boden und diese Wände ein negatives Potential gegenüber der Anode aufweisen, die einem sehr hohen positiven Potential ausgesetzt ist, das diese anzieht. Während ihres Durchlaufs zwischen den Wänden der mittleren Stufen 32-33 werden die nur von dem mittleren Abschnitt 34 des Heizdrahtes 26 ausgestrahlten Elektronen sowohl durch die relativ hohen Wände dieser beiden mittleren Stufen als auch durch die weniger hohen Wände der seitlichen Stufen 28-29-30-31, die die Funktion einer seitlichen Sperrwand für die Querränder des Strahls übernehmen, wirksam konzentriert. Unter diesen Bedingungen wird durch die Auftrefffläche auf der Anode ein relativ schmaler und kurzer Röntgenstrahlungsbrennpunkt geschaffen, der die Form eines kleinen Rechtecks besitzt, das leicht abgerundete Ecken aufweist.

Wird der gesamte Heizdraht 26 durch den ihm über die Klemmen 40-46 zugeführten elektrischen Strom erhitzt und werden die Parallelwiderstände 50 und 52 entfernt, so daß nur noch der Parallelwiderstand 48 verbleibt, so besitzt der erzeugte Elektronen strahl auf der Anode eine Auftrefffläche, die in der Mitte die kleine schmale und kurze Zone enthält, die in dem vorhergehenden Fall erhalten wurde, und an jedem Ende eine größere, angenähert kreisförmige Zone aufweist, die mit der mittleren Zone verbunden ist. Diese beiden Endzonen der Elektronenstrahl- Auftrefffläche auf der Anode sind breiter als die mittlere Zone, da die Wände der seitlichen Stufen 28-29-30-31 niedriger als die der mittleren Stufe 32-33 sind. Überdies sind sie deutlich stärker abgerundet als die schmale und kurze Zone im vorhergehenden Fall, da die seitlichen Sperrwände für den bei dem gesamten Heizdraht 26 abgegebenen Elektronenstrahl eine kleinere Ausdeh nung besitzen als die, die den einzigen mittleren Abschnitt 34 desselben Heizdrahtes betreffen.

Der Parallelwiderstand 48 zwischen den Klemmen 42, 44 des mittleren Abschnitts 34 des Heizdrahtes 26 bewirkt, daß die Elektronenstrahlungsenergie von diesem Abschnitt verringert wird. Indem die mehr oder weniger gleichmäßige Schwärze mehrerer Aufnahmen beobachtet wird, die unter der Wirkung der Röntgenstrahlen erhalten werden, die durch eine Röhre mit einer erfindungsgemäßen Bezugskathode erzeugt werden, ist es relativ einfach, den optimalen Wert des Parallelwiderstands 48 zu bestimmen, der es gestattet, auf der Anode der Röhre einen homogenen Strah lungsbrennpunkt zu erzeugen.

Ebenso ist es ausgehend von verfügbaren Transformatoren und Heizdrähten relativ einfach, die Dichte pro Auftreffflächeneinheit der Elektronen auf der Anode auf einen gewünschten Wert einzustellen, indem zusätzliche Parallelwiderstände 50-52 verwendet werden, um auch die seitlichen Abschnitte 36-38 des Heizdrah tes 26 zu überbrücken.

Es ist z. B. auch möglich, den Heizdraht 26 in fünf Abschnitte und die beiden sich entlang der diametralen Rinne 12 erstreckenden Plateaus in fünf Stufen zu unterteilen, deren Höhe von der Mitte zu den Rändern abnimmt. Die Längen der Drahtabschnitte sind im wesentlichen gleich denen der diesen gegenüberliegen den Stufen. Vorzugsweise sind die seitlichen Konzentrationsstufen und Drahtabschnitte symmetrisch, es können jedoch zwei aneinandergrenzende Ab schnitte und zwei aneinandergrenzende Stufen unterschiedliche Abmessungen besitzen. Dasselbe gilt auch für die Werte der seitlichen Parallelwiderstände. So können wahlweise mit der gleichen Kathode auf der Anode drei Röntgenstrahlungsbrennpunkte mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen erzeugt werden. Eine Verallgemeinerung ist möglich.

Claims

1. Kathode für eine Röntgenröhre, mit

a) einen metallischen Kopf (10), der ein Elektronenstrahl-Konzentrationsteil bildet und
b) zwei symmetrische Plateaus (28-32-30, 29-33-31) sowie
c) eine gerade Rinne (12) aufweist, die die Plateaus (28-32-30, 29-33-31) voneinander trennt,
d) einem in der Rinne (12) angeordneten, eine Elektronenquelle bildenden geradlinigen Heizdraht (26) und
e) zwei mit den beiden Ende des Heizdrahtes (26) verbundenen Klemmen (40, 46) zu dessen elektrischer Versorgung, von denen eine elektrisch gegenüber dem Kathodenkopf (10) isoliert ist, während die andere mit diesem Kathodenkopf (10) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
f) daß der Heizdraht (26) eine ungerade Anzahl von Abschnitten (34, 36, 38) aufweist,
g) daß zusätzliche, isolierte Klemmen (42, 44) mit den Enden der Abschnitte (34, 36, 38) des Heizdrahtes (26) verbunden sind, und
h) daß die Plateaus (28-32-30, 29-33-31) eine gleiche ungerade Anzahl von Stufen (28-29, 30-31, 32-33) aufweisen, deren Höhe ausgehend von der mittleren Stufe (32-33) zu den äußeren seitlichen Stufen (28-29, 30-31) hin fortschreitend abnimmt und deren Länge jeweils im wesentlichen der Länge des betreffenden Abschnitts (34, 36, 38) des Heizdrahtes (26) entspricht, entlang dem sie sich erstrecken.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

i) daß wenigstens einem mittleren Abschnitt (34) des Heizdrahtes (26) ein jeweiliger Widerstand (48) parallelgeschaltet ist.

3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

j) daß die seitlichen Abschnitte (36, 38) des Heizdrahtes (26) bezüglich einer zu der Rinne (12) senkrechten Achse symmetrisch sind und
k) daß auch die seitlichen Stufen (28-29, 30-31) der Plateaus (28-32-30, 29-33-31) des Kathodenkopfes (10) bezüglich der senkrechten Achse symmetrisch sind.

4. Kathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

l) daß sie im wesentlichen gleiche Parallelwiderstände (50, 52) für die symmetrischen seitlichen Abschnitte (36, 38) des Heizdrahtes (26) enthält.

5. Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

m) daß der Heizdraht (26) drei Abschnitte (34, 36, 38) aufweist und daß die Plateaus (28-32-30, 29-33-31) des Kathodenkopfes (10) drei Stufen (28-29, 32-33, 30-31) aufweisen, wobei die Höhe der mittleren Stufe (32-33) jeweils etwas größer als die der seitlichen Stufen (28-29, 30-31) ist.