DE4414687A1 - Röntgenstrahler mit einer Entgasungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Schutzgehäuse, eine in diesem angeordneten Röntgenröhre und eine Entgasungsvorrichtung zur Entgasung der in dem Schutzgehäuse enthaltenen Flüssigkeit mit einer die Flüssigkeit von einem anderen Medium trennenden Wand aufweist.

Ein derartiger Röntgenstrahler ist in der DE 41 01 777 C2 beschrieben. Die Wand der Entgasungsvorrichtung des bekannten Röntgenstrahlers trennt ein Gasvolumen von einem die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum. Außerdem weist die Entgasungsvorrichtung Mittel zur Erzeugung eines Gas-Par­ tialdruckes auf, die bezüglich eines aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gases in dem Gasvolumen einen Gas-Partialdruck erzeugen, der geringer als der Gas-Partialdruck des zu entfernenden Gases in dem die zu entgasende Flüssigkeit aufnehmenden Raum ist. Mittels der Entgasungsvorrichtung ist es möglich, den Wasserstoff aus dem als Flüssigkeit vorgesehenen Isolieröl zu entfernen, der entsteht, weil sich das Isolieröl unter der Einwirkung der Röntgenstrahlung zersetzt. Vorteilhaft ist dabei, daß der Wasserstoff entfernt wird, bevor sich Gasblasen in dem Isolieröl bilden, die dessen Isolierwirkung beträchtlich herabsetzen. Durch Gasblasen verursachte elektrische Überschläge, die den Betrieb des Röntgenstrahlers stören und zu dessen Ausfall führen können, können also nicht auftreten. Allerdings verursachen die Mittel zum Erzeugen eines Gas-Partialdruckes einen ganz erheblichen technischen Aufwand und entsprechend hohe Kosten, da beispielsweise eine Vakuumpumpe erforderlich ist, die im Dauerbetrieb ein ausreichend hohes Vakuum erzeugen kann und möglichst wenig Bauraum in Anspruch nimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rönt­ genstrahler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Entgasungsvorrichtung einfach und kostengünstig aufgebaut ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Schutzgehäuse, eine in diesem angeordneten Röntgenröhre und eine Entgasungsvorrichtung zur Entgasung der in dem Schutzge­ häuse enthaltenen Flüssigkeit mit einer die Flüssigkeit von einem anderen Medium trennenden Wand aufweist, an deren Innenseite die Flüssigkeit und an deren Außenseite das andere Medium angrenzt, wobei die Wand aus wenigstens einem Stoff der Gruppe Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Nickel, Eisen und Titan gebildet ist oder wenigstens eine Seite der Wand mit wenigstens einem Stoff der Gruppe Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Nickel und Titan beschichtet ist. Im Falle der beschichteten Wand ist die Wasserstoff-Permeation von der Flüssigkeit in das andere Medium wesentlich höher als im Falle einer unbe­ schichteten Wand. Im Vergleich zu einer unbeschichteten Wand ändert sich die Permeation von Gasen durch die Wand in die Flüssigkeit nicht wesentlich. Sie nimmt unter Umständen sogar ab. Es wird also deutlich, daß erheblich mehr Wasserstoff aus der Flüssigkeit ab- als anderes Gas zugeführt wird. Damit ist die Abfuhr des schädlichen Wasserstoffes aus der Flüssigkeit gewährleistet und zugleich sichergestellt, das die Isolati­ onswirkung der Flüssigkeit nicht dadurch beeinträchtigt wird, das andere Gase, beispielsweise Sauerstoff, in einem die Wasserstoffabfuhr übersteigenden Maß durch die Wand in die Flüssigkeit eindringen. Anders als im Falle des Standes der Technik, sind offensichtlich keine konstruktiv aufwendigen und kostspieligen Maßnahmen erforderlich, da die Beschichtung der Wand auf kostengünstige Weise möglich ist. Die Beschichtung der Wand kann an sich in beliebiger Weise erfol­ gen, Versuche haben jedoch gezeigt, daß eine besonders geeig­ nete Beschichtungsmethode die ionenstrahlgestützte Ionen­ implantation ist.

Besonders vorteilhaft, weil konstruktiv einfach und doch wirkungsvoll, ist es, wenn als anderes Medium die umgebende Atmosphäre vorgesehen ist. Die Wasserstoff-Permeation durch die Wand in die umgebende Atmosphäre ist dann je nach Be­ schichtung um bis zu 300% höher als im Falle einer unbe­ schichteten Wand. Im Vergleich zu einer unbeschichteten Wand ändert sich die Sauerstoff-Permeation von der umgebenden Atmosphäre in die Flüssigkeit nicht wesentlich. Sie nimmt je nach Beschichtung unter Umständen sogar um bis zu 20% ab. Als anderes Medium kommen übrigens auch Flüssigkeiten in Frage.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Wand mit Palladium beschichtet ist, weil dieser Stoff in besonders hohem Maße H(Wasserstoff)-aktiv ist, d. h., die Kinetik der H- Desorption wenig gehemmt ist.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flüssigkeit im Betrieb der Entgasungsvorrichtung an der Wand entlangströmt. Hierdurch ist eine besonders hohe Effizienz der Entgasungsvorrichtung gewährleistet.

Falls die Wand beschichtet ist, eignen sich als Material für die Wand Metalle, z. B. Eisen oder Titan, oder polymere Werk­ stoffe. Als polymere Werkstoffe eignen sich z. B. syntheti­ scher und natürlicher Gummi. Es hat sich gezeigt, daß die Entgasungsvorrichtung besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn die Wand aus synthetischem Gummi gebildet ist, weil dann die Permeation von Wasserstoff einen sehr hohen Wert aufweist.

Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, daß die Wand als Leitung, insbesondere als Schlauch oder Rohr, ausgeführt ist. Es ist also leicht möglich, eine ohne­ hin vorhandene Leitung für die Flüssigkeit als Entgasungsvor­ richtung auszubilden. Insbesondere dann, wenn die Wand als Leitung ausgebildet ist, ist es technologisch einfach und damit kostengünstig, die Außenseite der Wand zu beschichten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler in grob sche­ matischer Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Variante des erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers in zu der Fig. 1 analoger Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler, der ein mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit, z. B. Iso­ lieröl, gefülltes Schutzgehäuse 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 Elektromotor zum Antrieb der Drehanode enthält, der einen Rotor 5 und einen außerhalb des Glaskörpers der Rönt­ genröhre 2 angeordneten Stator 6 aufweist. Das Schutzgehäuse 1 ist mit einem Strahlenaustrittsfenster 7 für die vom An­ odenteller 3 ausgehende Röntgenstrahlung versehen. Außerdem ist eine Entgasungsvorrichtung für das Isolieröl vorgesehen, die durch zwei Leitungen 9 und 10 am Schutzgehäuse 1 ange­ schlossen ist und durch die das Isolieröl in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Eine Umwälzpumpe 12 für das Isolieröl ist an der dem Stator 6 benachbarten Stirnfläche des Schutzgehäuses 1 angebracht. Die Leitungen 9 und 10 sind flüssigkeitsdicht durch die Wandung 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. Hierdurch ergeben sich innerhalb des Schutzgehäuses 1 Strömungsverhältnisse, die sicherstellen, daß mittels der Umwälzpumpe 12 das gesamte innerhalb des Schutzgehäuses 1 befindliche Isolieröl durch die Entgasungsvorrichtung geleitet wird.

Die Entgasungsvorrichtung ist durch eine Wand gebildet, die als die Leitung 10 mit der Umwälzpumpe 12 verbindende Leitung 13 ausgeführt ist und das Isolieröl von der umgebenden Atmo­ sphäre, d. h. der umgebenden Luft, trennt. Die Leitung 13 ist in aus den Fig. 1 und 2 ersichtlicher Weise in mehreren Win­ dungen spiralförmig aufgewunden und vor der die Umwälzpumpe 12 tragenden Stirnfläche des Schutzgehäuses 1 derart angeord­ net, daß sich die spiralförmigen Windungen in dem mittels eines Gebläses 15 erzeugten Luftstrom befinden, wobei die Leitung 13 als auch das Gebläse 15 unter einer im Bereich ihrer Stirnfläche perforierten Abdeckhaube 16 angeordnet sind. Um temperaturbedingte Volumenschwankungen des in dem Schutzgehäuse 1 befindlichen Isolieröls ausgleichen zu kön­ nen, ist dieses an seinem einen Ende in an sich bekannter Weise mittels einer nachgiebigen Membran 34 verschlossen.

Die als Leitung 13 ausgeführte Wand, bei der es sich um ein aus einem polymeren Werkstoff, insbesondere synthetischem oder natürlichem Gummi, gebildetes Rohr handelt, ist in nicht dargestellter Weise an ihrer Außenwand mit wenigstens einem Metall der Gruppe Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Nickel und Titan beschichtet. Vorzugsweise ist die Leitung 13 an ihrer Außenseite mit Palladium be­ schichtet. Die Beschichtung kann z. B. durch Sputtern erfol­ gen. In diesem Zusammenhang sei auf die Literaturstelle "Effect of ion/plasma-assisted treatment of polymer membranes on hydrogen permeability", L Ya Alimova et al., in Vacuum, volume 43, mumber 5-7, pages 767 to 768, 1992, Pergamon Press Ltd., verwiesen. Die jeweils erforderliche Schichtdicke kann übrigens leicht experimentell ermittelt werden.

Infolge der Beschichtung diffundiert durch die als Leitung 13 ausgeführte Wand mehr Wasserstoff aus dem innerhalb des Schutzgehäuses befindlichen Isolieröl in die an die Außenwand der Leitung 13 angrenzende umgebende Atmosphäre als Gase, insbesondere Sauerstoff, aus der umgebenden Atmosphäre durch die Wand in das Isolieröl diffundiert. Damit ist sicherge­ stellt, daß der Wasserstoff, der infolge der Zersetzung des Isolieröls durch Röntgenstrahlung entsteht, kontinuierlich aus dem Isolieröl abgeführt wird. Es können also keine sich negativ auf die Hochspannungsfestigkeit des Röntgenstrahlers negativ auswirkenden Gasblasen in dem Isolieröl entstehen.

Da der Vorgang der Wasserstoffabfuhr aus dem Isolieröl von der Größe der in der beschriebenen Weise beschichteten Fläche der Wand bzw. der Leitung 13 abhängig ist, versteht es sich, daß dafür gesorgt werden muß, daß eine ausreichend große beschichtete Fläche vorhanden ist. Die erforderliche Größe der beschichteten Fläche kann für den jeweiligen Röntgen­ strahler-Typ leicht experimentell bestimmt werden.

Obwohl dies mit einem erhöhten technologischen Aufwand ver­ bunden ist, besteht auch die Möglichkeit, statt der Außenwand der Leitung 13 deren Innenwand bzw. deren Innen- und Außenwand zu beschichten.

Die Leitung 13 muß übrigens nicht notwendigerweise als Rohr ausgeführt sein. Es kann vielmehr auch so wie im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 eine als Schlauch ausge­ führte Leitung 13′ vorgesehen sein. Im Falle der Fig. 3 ist übrigens die die Wand bildende Leitung 13′ nicht beschichtet. Vielmehr ist die die Wand bildende Leitung 13′ aus wenigsten einem Metall der Gruppe Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmi­ um, Iridium, Platin, Nickel, Eisen und Titan gebildet. Dies bietet gegenüber einer Beschichtung den Vorteil, daß weder Stickstoff (N₂) noch Sauerstoff (O₂) in den Röntgenstrahler eindiffundieren können.

Die Leitung 13 bzw. 13′ muß nicht notwendigerweise in der beschriebenen Weise spiralförmig aufgewickelt sein. Diese Maßnahme ist allerdings zum einen dann von Vorteil, wenn die Leitung 13 bzw. 13′ in der beschriebenen Weise auch zu Kühl­ zwecken dienen soll. Zum anderen bzw. außerdem kann die spiralförmige Anordnung gewählt werden, um eine ausreichend große beschichtete Fläche zu erhalten.

Anstelle der Leitung 13 kann übrigens auch eine gewöhnliche, beispielsweise ebene Wand vorgesehen sein, die das Isolieröl von dem an die Außenseite der Wand angrenzenden Medium trennt.

Weiter muß es sich bei dem an die Außenseite der Wand angren­ zenden Medium nicht notwendigerweise um Luft bzw. die um­ gebende Atmosphäre handeln. Andere gasförmige oder flüssige Medien sind möglich.

Claims (7)

1. Röntgenstrahler, welcher ein mit einer Flüssigkeit gefüll­ tes Schutzgehäuse (1), eine in diesem angeordnete Röntgen­ röhre (2) und eine Entgasungsvorrichtung zur Entgasung der in dem Schutzgehäuse (1) enthaltenen Flüssigkeit mit einer die Flüssigkeit von einem anderen Medium trennenden Wand (13, 13′) aufweist, an deren Innenseite die Flüssigkeit und an deren Außenseite das andere Medium angrenzt, wobei die Wand (13′) aus wenigstens einem Stoff der Gruppe Ruthenium, Rho­ dium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Nickel, Eisen und Titan gebildet oder wenigstens eine Seite der Wand (13) mit wenigstens einem Stoff der Gruppe Ruthenium, Rhodium, Palla­ dium, Osmium, Iridium, Platin, Nickel und Titan beschichtet ist.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anderes Medium die umgebende Atmosphäre vorgesehen ist.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (13) auf dem Wege der ionenstrahlgestützte Ionenimplantation beschichtet ist.

4. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Betrieb der Entgasungsvorrichtung an der Wand (13, 13′) entlangströmt.

5. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (13) beschichtet ist und aus einem Metall, vorzugsweise Eisen oder Titan, gebildet ist.

6. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (13) beschichtet ist und aus einem polymeren Werkstoff gebildet ist.

7. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand als Leitung (13, 13′), insbesondere als Schlauch oder Rohr, ausgeführt ist.