DE4402564A1 - Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem Vakuumge­ häuse, Anschlüssen für die Röhrenspannung und einer innerhalb des Vakuumgehäuses befindlichen Kathode, zu welcher einer der Anschlüsse für die Röhrenspannung führt.

Es ist allgemein bekannt, daß bedingt durch nicht vorherseh­ bare Einflüsse unkontrollierte Entladungen zwischen den Elek­ troden einer Röntgenröhre stattfinden können. Diese Erschei­ nung wird auch als Stoßen der Röntgenröhre bezeichnet.

Da das zu einem Anschluß für die Röhrenspannung führende Hochspannungskabel aus Sicherheitsgründen abgeschirmt sein muß, bildet es eine Kapazität, welche im Zuge des Stoßvorgan­ ges schlagartig entladen wird. Da die Betriebsspannungen für Röntgenröhren im kV-Bereich, z. B. 50 bis 150 kV, liegen, ist eine beachtliche Energie in einem Hochspannungskabel gespei­ chert. Während des Stoßvorganges fließen daher sehr hohe Ströme von bis zu 20 kA. Außerdem entstehen Wanderwellen in dem Hochspannungskabel. Es kommt hinzu, daß die während des Stoßvorganges fließenden Ströme einen hohen Anteil hochfre­ quenter Spektralanteile enthalten, die infolge der Antennen­ wirkung des Hochspannungskabels als hochfrequente Störungen abgestrahlt werden.

Durch die hohen Stromstärken besteht die Gefahr von Schädi­ gungen der Anodenoberfläche. Infolge der durch die Wanderwel­ len bedingten Spannungsüberhöhungen besteht die Gefahr von Schädigungen mit der Röntgenröhre elektrisch verbundener Kom­ ponenten. Außerdem müssen die Spannungsüberhöhungen bei der Dimensionierung des Hochspannungskabels berücksichtigt wer­ den. Weiter können die hochfrequenten Störungen zu Betriebs­ störungen der die Röntgenröhre enthaltenden Röntgendiagno­ stikanlage führen oder andere in der Reichweite liegende elektrische oder elektronische Einrichtungen beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gefahr von Schädigungen der Anode zumindest vermindert ist und Beein­ trächtigungen anderer Gerätschaften entgegengewirkt wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genröhre mit einem Vakuumgehäuse, Anschlüssen für die Röhren­ spannung, einer innerhalb des Vakuumgehäuse befindlichen Ka­ thode und einer zwischen die Kathode und den zur Kathode füh­ renden Anschluß für die Röhrenspannung geschalteten, dicht bei der Kathode angeordneten Induktivität. Die Erfindung geht also von der Überlegung aus, daß es nicht unter allen Umstän­ den möglich ist, ein Stoßen der Röntgenröhre sicher zu ver­ hindern und sieht daher eine dicht bei der Kathode angeordne­ ten Induktivität vor, die eine zweifache Funktion hat:

• 1. Infolge der an sich bekannten Wirkung der Induktivität, den Stromanstieg pro Zeiteinheit zu verringern, kann sich die durch das Hochspannungskabel gebildete Kapazität nicht mehr so schnell entladen, mit der Folge einer Abnahme der auftretenden Stromstärken, der durch Wanderwellen beding­ ten Spannungsüberhöhungen und der von dem Hochspannungs­ kabel abgestrahlten hochfrequenten Störungen.
• 2. Infolge der Anordnung der Induktivität dicht bei der Ka­ thode tritt während des Stoßvorganges infolge des Magnet­ feldes der Induktivität eine Defokussierung und/oder Ablenkung des von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahles auf.

Es wird also deutlich, daß im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre infolge der Strombegrenzung und der Einwirkung des Magnetfeldes der Spule auf den Elektronenstrahl die Ge­ fahr von schädlichen Überlastungen der Anode vermindert ist. Zugleich wird deutlich, daß infolge der geringeren Stromstär­ ken und somit schwächer ausgeprägten Wanderwellen und hoch­ frequenten Störungen eine Beeinträchtigung der die Röntgen­ röhre enthaltenden Röntgendiagnostikanlage sowie benachbarter Geräte verringert ist. Unter einer Anordnung der Induktivität dicht bei der Kathode ist im vorliegenden Falle übrigens zu verstehen, daß sich die Induktivität so dicht bei der Kathode befindet, daß im Falle des Röhrenstoßens eine nennenswerte Defokussierung und/oder Ablenkung des Elektronenstrahles auf­ tritt. Dies bedeutet, daß der Elektronenstrahl so stark defokussiert wird, daß während des Stoßvorganges zumindest eine Verdoppelung der Brennfleckgröße eintritt, und/oder so stark abgelenkt wird, daß der Brennfleck während des Stoßvor­ ganges außerhalb desjenigen Bereiches der Anode liegt, in dem sich der Brennfleck im normalen Betrieb befindet.

Eine ausreichend dicht bei der Kathode befindliche Position der Induktivität läßt sich leicht realisieren, wenn gemäß ei­ ner besonders vorteilhaften Variante der Erfindung die Induk­ tivität zwischen die Kathode und den zur Kathode führenden Anschluß für die Röhrenspannung geschaltet und innerhalb des Vakuumgehäuse aufgenommen ist. Die Röntgenröhre und die In­ duktivität sind dann in vorteilhafter weise zu einer funk­ tionellen Einheit zusammengefaßt. Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kathode an einem Träger angebracht ist, der von einer die Induktivität bildenden Spule umgeben ist. In diesem Falle kann der Träger in vorteilhafter Weise zugleich als Wickelkörper für die Spule dienen.

Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Indukti­ vität, insbesondere dann, wenn die Kathode an einem zumindest teilweise hohlen Träger angebracht ist, innerhalb des Trägers anzuordnen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der beigefüg­ ten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre im Längsschnitt, und

Fig. 2 in zu der Fig. 1 analoger Darstellung eine weitere erfindungsgemäße Röntgenröhre.

Die Fig. 1 zeigt einen Röntgenstrahler, der ein mit einem beispielsweise flüssigen Kühlmittel gefülltes Schutzgehäuse 1 und eine darin angeordnete erfindungsgemäße Röntgenröhre 2 aufweist, letztere ist als Drehanoden-Röntgenröhre ausgebil­ det und weist demgemäß einen Anodenteller 3, eine festste­ hende Glühkathode 4 und einen Motor zum Antrieb der Drehanode auf. Der Motor ist als Kurzschlußläufermotor ausgebildet und weist einen drehfest mit dem Anodenteller 3 verbundenen Rotor und einen im Bereich des Rotors 5 auf das Vakuumgehäuse 6 aufgesetzten Stator 7 auf. Der Anodenteller 3 und der Rotor 5 sind in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise an einem in das als aus mehreren Teilen zusammengefügtes Me­ tall/Keramik-Gehäuse ausgeführte Vakuumgehäuse 6 der Röntgen­ röhre 2 vakuumdicht eingesetzten Boden 8 drehbar gelagert an­ gebracht.

Das Vakuumgehäuse 6, das in bezug auf die Mittelachse M der Röntgenröhre 2, die zugleich die Drehachse des Anodentellers 3 und des Rotors 5 ist, im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wenn man von einem in Fig. 1 oberen Bereich des Vakuumgehäuses 6 exzentrisch angebrachten Gehäuseansatz 6a absieht. In den Gehäuseabschnitt 6a ist ein Isolator 9 vakuumdicht eingesetzt, der die Glühkathode 4 trägt, die in dem Fokussierungsschlitz eines schematisch angedeuteten Ka­ thodenbechers 10 aufgenommen ist.

Der im Betrieb von der Glühkathode 4 ausgehende Elektronen­ strahl E trifft auf die kegelstumpfförmige Auftrefffläche des Anodentellers 3 auf. Von der Auftreffstelle geht ein Röntgen­ strahlenbündel aus, von dem in der Fig. 1 nur der Zentral­ strahl Z angedeutet ist. Das Nutzröntgenstrahlenbündel tritt durch in dem Vakuumgehäuse 6 und dem Schutzgehäuse 1 vorge­ sehene Strahlenaustrittsfenster 11 bzw. 12.

Die Anschlüsse für die Röhrenspannung befinden sich einer­ seits im Bereich das Gehäuseansatzes 6a, wo die Anschlußdräh­ te der Glühkathode 4 vakuumdicht durch den Isolator 9 nach außen geführt sind und andererseits im in Fig. 1 unteren Be­ reich des Vakuumgehäuses, und zwar im Bereich des Bodens 8, der mit der Anode 3 in elektrisch leitender Verbindung steht. Im Bereich des Bodens 8 ist das Vakuumgehäuse 6 in nicht näher dargestellter Weise derart ausgebildet, daß es mit einem an einem strichliert angedeuteten Kabel 13 angebrach­ ten, ebenfalls strichliert angedeuteten Stecker 14 nach Art einer Steckverbindung zusammenwirken kann. Die Anode 3 und auch das Vakuumgehäuse 6 sind mittels des Kabels 13 und des Steckers 14 auf Erdpotential 15 gelegt.

Da es sich bei der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 demnach um eine einpolige Röntgenröhre handelt, ist über ein strichliert an­ gedeutetes Hochspannungskabel 16 ist dem einen Anschlußdraht der Glühkathode 4 negative Hochspannung -U_R, z. B. -125 kV, zugeführt. Außerdem liegt zwischen den beiden Anschlußdrähten der Glühkathode 4 die Heizspannung U_H.

Das Hochspannungskabel 16 weist drei Leiter auf, wobei der Leiter 16b die negative Röhrenspannung führt, zwischen dem Leiter 16b und dem als Rückleiter dienenden Leiter 16a die Heizspannung anliegt, und der Leiter 16c lediglich als Schir­ mung dient. Auch das Hochspannungskabel 16 ist mit einem strichliert angedeuteten Stecker 17 versehen, der mit der im Bereich des Gehäuseansatzes 6a entsprechend ausgebildeten Röntgenröhre 2 nach Art einer Steckverbindung zusammenwirkt.

Das Schutzgehäuse 1 ist übrigens derart ausgebildet, daß die mit den Steckern 14 und 17 zusammenwirkenden Bereiche der Röntgenröhre durch in dem Schutzgehäuse 1 vorgesehene Öffnun­ gen 18 bzw. 19 nach außen ragen. Um den Austritt des in dem Schutzgehäuse 1 befindlichen Kühlmittels zu verhindern, sind entsprechende Abdichtmaßnahmen getroffen.

Um zu verhindern, daß beim Stoßen der Röhre die durch das Hochspannungskabel 16 gebildete Kapazität schlagartig entla­ den wird, ist eine im Inneren des Vakuumgehäuses 6 angeord­ nete Induktivität vorgesehen, bei der es sich beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel um eine Luftspule 20 handelt. Die Luftspule 20 ist in einer entsprechenden Ausnehmung des Isolators 9 aufgenommen.

Infolge der Induktivität der Luftspule 20 ist die Entladege­ schwindigkeit der durch das Hochspannungskabel 16 gebildeten Kapazität begrenzt, mit der Folge, der Abnahme der auftreten­ den Stromstärken, der durch Wanderwellen bedingten Spannungs­ überhöhungen und der von dem Hochspannungskabel 16 abge­ strahlten hochfrequenten Störungen. Hinzu kommt, daß infolge der Anordnung der Luftspule 20 im Vakuumgehäuse dicht bei der Glühkathode 4 während des Stoßvorganges infolge des Magnet­ feldes der Luftspule 20 eine Defokussierung und Ablenkung des von der Glühkathode 4 ausgehenden Elektronenstrahls E auf­ tritt.

Es wird also deutlich, daß die eingangs genannten Nachteile im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre allenfalls in vermindertem Umfang auftreten können.

Die Röntgenröhre gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der zu­ vor beschriebenen zunächst dadurch, daß es sich um eine zwei­ polige Röntgenröhre handelt. Demnach liegt das Vakuumgehäuse 6 auf Erdpotential 15, während am Anodenteller 3 positive Hochspannung +U, z. B. 65 kV, anliegt. Daher ist anstelle des Bodens 8 ein Isolator 21 vorgesehen, durch den in an sich be­ kannter Weise ein mit dem Anodenteller 3 elektrisch leitend verbundener Kontaktstift 22 vakuumdicht nach außen geführt ist. Dem Kontaktstift 22 ist, wie in Fig. 2 strichliert ange­ deutet, über ein mit einem Stecker 23 versehenes Hochspan­ nungskabel 24 die positive Hochspannung +U zugeführt. Die Ka­ thode liegt auf negativer Hochspannung -U, die dem Betrag nach der positiven Hochspannung +U vorzugsweise gleich ist.

Weiter unterscheidet sich die Röntgenröhre gemäß Fig. 2 von der zuvor beschriebenen dadurch, daß die wieder als Luftspule 25 ausgeführte Induktivität auf die äußere Mantelfläche eines anstelle des Isolators 9 als Träger für die Glühkathode 4 vorgesehenen Isolators 26 gewickelt ist. Dabei dient der Iso­ lator 26 sozusagen als Wickelkörper für die Induktivität. Um dies zu ermöglichen, ist der Isolator 26 mit zwei Durchbre­ chungen 27, 28 versehen, durch die die beiden Anschlußenden der Luftspule 25 zu dem Mittelleiter 16a des Hochspannungs­ kabels 16 bzw. dem entsprechenden Anschluß der Glühkathode 4 geführt sind.

Das Hochspannungskabel 24 ist übrigens als Koaxialkabel aus­ geführt.

Bei der Röntgenröhre gemäß Fig. 2 kann es unter Umständen sinnvoll sein, auch anodenseitig eine Induktivität innerhalb des Vakuumgehäuses vorzusehen.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist als Anode jeweils eine Drehanode vorgesehen. Die Erfindung kann aber auch im Zusammenhang mit Röntgenröhren eingesetzt werden, de­ ren Anode als Festanode ausgeführt ist.

Außerdem kann die Erfindung auch bei solchen Röntgenröhren zum Einsatz kommen, die anders als die vorgeschriebenen Rönt­ genröhren mehr als eine Glühkathode aufweisen, beispielsweise zur Erzeugung von Brennflecken unterschiedlicher Größe. In diesem Zusammenhang kann es erforderlich sein, jeder Kathode ihre eigene Induktivität zuzuordnen, um sicherstellen zu kön­ nen, daß unabhängig davon, im Zusammenhang mit welcher der Kathoden der Röntgenröhre ein Stoßen auftritt, eine Indukti­ vität wirksam wird.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist als Ka­ thode jeweils eine Glühkathode vorgesehen. Es können aber auch andere Kathodenarten, z. B. indirekt beheizte Kathoden, vorgesehen sein.

Im Falle der Anordnung der Induktivität außerhalb des Vakuum­ gehäuse 6 ist bei einer ansonsten gemäß der Fig. 1 oder 2 aufgebauten Röntgenröhre eine Plazierung der Induktivität in­ nerhalb des Steckers 17 als günstig anzusehen, da dann si­ chergestellt ist, daß der Elektronenstrahl in ausreichendem Maße durch das Magnetfeld der Induktivität beeinflußt wird.

Claims (4)

1. Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (6), Anschlüssen für die Röhrenspannung, einer innerhalb des Vakuumgehäuses (6) befindlichen Kathode (4) und einer zwischen die Kathode (4) und den zur Kathode (4) führenden Anschluß für die Röhren­ spannung geschalteten, dicht bei der Kathode (4) angeordneten Induktivität (20, 25).

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, deren Induktivität (20, 25) zwischen die Kathode (4) und den zur Kathode (4) führenden Anschluß für die Röhrenspannung geschaltet und innerhalb des Vakuumgehäuses (6) aufgenommen ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, deren Kathode (4) an einem Träger (26) angebracht ist, der von einer die Induktivität (25) bildenden Spule umgeben ist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 2, deren Kathode (4) an einem hohlen Träger (9) angebracht ist, innerhalb dessen die Induk­ tivität (20) angeordnet ist.