DE4425683C2 - Elektronenerzeugungsvorrichtung einer Röntgenröhre mit einer Kathode und mit einem Elektrodensystem zum Beschleunigen der von der Kathode ausgehenden Elektronen - Google Patents

Description

Es sind Röntgenröhren bekannt, die eine Elektronenerzeu­ gungsvorrichtung mit einer Kathode als Elektronenemitter aus Wolframdraht aufweisen, der wendel- oder mäanderförmig ausge­ bildet ist. Zur Emission von Elektronen muß dieser Wolfram­ draht auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, insbesondere dann, wenn hohe Elektronenstromdichten erreicht werden müssen. Bei diesen Temperaturen dampft Wolfram ab und wird spröde, wodurch die Lebensdauer der Röntgenröhre begrenzt ist. Zudem bildet sich ein Belag aus Wolfram auf der inneren Wand des Glaskörpers der Röntgenröhre, was ebenfalls uner­ wünscht ist.

Zur Verlängerung der Lebensdauer einer Röntgenröhre wurde in der DE 40 26 298 A1 vorgeschlagen, den Elektronenemitter aus einem Kathodenmaterial mit geringer Elektronenaustrittsarbeit herzustellen. Hierdurch kann bei gleicher Elektronenemission die Kathodentemperatur abgesenkt und damit die Lebensdauer erhöht werden.

Aus der DE-PS 3 31 424 ist eine Lilienfeldröhre, insbesondere eine Röntgenröhre, mit durchbohrter Elektrode bekannt, an deren die Öffnung begrenzenden Wänden durch einen primären Vorgang Elektronen ausgelöst werden. Der primäre Vorgang wird von einer Primärentladung, die zwischen einer Glühlampe und der Röntgenkathode besteht, ausgelöst. Durch Ausgestaltung der Öffnung sollen für jedes von der Kathode aufgenommene Elektron so viele Elektronen wie nur irgend möglich ausgelöst werden.

Aus der US-Zeitschrift: The Review of Scientific Instruments, Vol. 43, No. 1, January 1972, S. 167 und 168, ist ein Rönt­ gengenerator mit einer Elektronenerzeugungsvorrichtung be­ kannt, die eine Photokathode, einen Elektronenvervielfacher, ein Elektrodensystem zum Beschleunigen und Fokussieren der von einer Lichtquelle gesteuerten Photokathode ausgehenden Elektronen auf eine Anode aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektronenerzeugungsvor­ richtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Lebensdauer gegenüber bekannten Vorrichtungen erhöht ist und daß der Elektronenstrom im Hinblick auf die Regelung bzw. Einstellung der Dosisleistung verändert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteil der Erfindung ist, daß somit von der Kathode ausge­ hende Elektronen durch das Elektrodensystem auf den Elektro­ nenvervielfacher beschleunigt und von diesem vervielfacht werden. In Abhängigkeit vom Vervielfachungsfaktor kann bei gegenüber dem Stand der Technik gleicher Elektronenstrom­ dichte die von der Kathode emittierte Elektronenstromdichte reduziert werden, wodurch sich deren Lebensdauer erheblich erhöht.

Es ist vorteilhaft, wenn die vom Elektronenvervielfacher aus­ gehenden Elektronen durch ein nachgeschaltetes fokussierendes Elektrodensystem auf ein Target fokussiert sind. Die vom Elektronenvervielfacher ausgehenden Elektronen können somit auf das Target konzentriert werden.

Für die genannten Zwecke ist es vorteilhaft, wenn der Elek­ tronenvervielfacher als Multi-Channel-Plate oder als Loch­ plattenstapel ausgeführt ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Elektronenvervielfacher steuerbar ist, so daß der Verstärkungsfaktor eingestellt und/oder verändert werden kann. Um die Temperaturverteilung im Elektronenvervielfacher günstig einstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn dessen Kanäle über eine Steuervorrichtung steuerbar sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie­ les anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprü­ chen.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein erstes,

Fig. 2 ein zweites und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Elektronener­ zeugungsvorrichtung nach der Erfindung in Prinzip­ darstellung.

In der Fig. 1 ist das Gehäuse einer nur schematisch darge­ stellten Röntgenröhre mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Im Gehäuse 1 ist eine Glühkathode 2 angeordnet, die an eine Heizspannungsquelle 3 anschließbar ist. Erfindungsgemäß ist der Glühkathode 2 ein Elektronenvervielfacher 4 als Breit­ bandkathode nachgeschaltet, der als Multi-Channel-Plate oder auch als Lochplattenstapel ausgeführt sein kann. Eine solche Multi-Channel-Plate ist beispielsweise in der GB-PS 14 05 256 und ein Lochplattenstapel, beispielsweise in der DE-OS 27 15 483 offenbart. Zwischen den Elektronenvervielfacher 4 und die Glühkathode 2 ist eine Spannung einer zweiten Spannungsquelle 5 legbar, so daß von der Glühkathode 2 ausgehende Elektronen als Primärelektronen 6 zum Elektronenvervielfacher 4 be­ schleunigt werden. An den Elektronenvervielfacher 4 ist eine dritte Spannungsquelle 7 anschließbar, in Abhängigkeit von deren Spannung der Verstärkungsfaktor eingestellt werden kann. Die vom Elektronenvervielfacher 4 ausgehenden Elektro­ nen werden als Sekundärelektronen durch eine an eine Anode 8 als Target und an den Elektronenvervielfacher 4 legbare Span­ nung einer vierten Spannungsquelle 9 zur Anode 8 beschleu­ nigt. Vorzugsweise ist zwischen dem Elektronenvervielfacher 4 und der Anode 8 ein Elektronen fokussierendes Elektroden­ system 10 angeordnet, das mehrere Elektroden als Ring- oder Lochscheiben aufweist, an die Spannungen einer fünften Span­ nungsquelle 11 legbar sind. Die Sekundärelektronen werden somit auf die Anode fokussiert. Die Anode 8 kann zur Erzeu­ gung von Röntgenstrahlung als Fest- oder als Drehanode ausge­ führt sein.

Beim in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Elek­ tronenerzeugungsvorrichtung einer Röntgenröhre sind Elemente, die bereits in der Fig. 1 mit Bezugszeichen versehen worden sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unter­ schied zum Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist die Kathode der Vorrichtung nach der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 12 ge­ kennzeichnet und ist als Photokathode ausgeführt. Die Photo­ kathode 12 empfängt Strahlung 13 einer Strahlenquelle 14, die im Ausführungsbeispiel als Lichtquelle ausgeführt und an eine sechste Spannungsquelle 15 angeschlossen ist. Die von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahlung tritt durch ein Fenster 16 im Gehäuse 1 auf die Photokathode 12 und erzeugt Primärelektronen, die von einer an die Photokathode 12 und den Elektronenvervielfacher 4 angelegte Spannung einer sieb­ ten Spannungsquelle 17 auf den Elektronenvervielfacher 4 be­ schleunigt werden. Die vom Elektronenvervielfacher 4 ausge­ henden Sekundärelektronen werden über das bereits erläuterte Elektrodensystem 10 fokussiert und durch die zwischen dem Elektronenvervielfacher 4 und die Anode 8 anlegbare Spannung auf die Anode 8 beschleunigt.

Auch bei der in der Fig. 3 gezeigten Elektronenerzeugungsvor­ richtung sind Elemente, die bereits in den Fig. 1 und Fig. 2 mit Bezugszeichen versehen worden sind, mit-denselben Bezugs­ zeichen gekennzeichnet. Diese Elektronenerzeugungsvorrichtung weist eine dem Elektronenvervielfacher 4 vorgeschaltete Strahlenabsorptionsschicht 18 auf, die von der Anode 8 ausge­ hende Röntgenstrahlung 19 in Lichtstrahlung wandelt und die beispielsweise aus CsJ (Na) oder NaJ (Tl) etc. bestehen kann. Diese Lichtstrahlung wird von der der Strahlenabsorptions­ schicht 18 nachgeschalteten Photokathode 12 in Primärelektro­ nen gewandelt. Die Strahlenquelle 14 ist hierbei als Zünd­ lampe ausgeführt, die so angeordnet ist, daß hiervon aus­ gehendes Licht durch das Fenster 16 auf die Photokathode 12 zum Zünden der Röntgenröhre durch das Erzeugen von Primär­ elektronen trifft. Durch die erzeugten Primärelektronen wer­ den, wie bereits erläutert, Sekundärelektronen erzeugt, die auf die Anode 8 beschleunigt und darauf fokussiert werden. Da die von der Anode 8 ausgehende Röntgenstrahlung nicht voll­ ständig aus der Röntgenröhre ausgekoppelt wird, trifft auch die mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichnete Röntgenstrahlung auf die Strahlenabsorptionsschicht 18 auf, wodurch vom hier­ von ausgehenden Licht in der Photokathode 12 wiederum Primär­ elektronen erzeugt werden. Die Strahlenquelle 14 dient somit zum Zünden und Steuern der Röntgenröhre.

Die Geometrie des Brennfleckes, d. h. die Auftreffstelle der Sekundärelektronen auf der Anode 8 ist somit nicht mehr ab­ hängig von der Größe und der Form der Glühkathode einer be­ kannten Röntgenröhre, sondern kann durch die Geometrie des Elektronenvervielfachers 4 und dem nachgeschalteten Elektro­ densystem 10 eingestellt bzw. verändert werden. Die Glüh­ kathode der in der Fig. 1 gezeigten Elektronenerzeugungs­ vorrichtung kann somit relativ groß ausgebildet werden, so daß die Elektronenstromdichte der Glühkathode reduziert und damit deren Lebensdauer erheblich verlängert werden kann.

Im Rahmen der Erfindung kann der Elektronenvervielfacher 4 steuerbare Kanäle aufweisen, so daß Bereiche des Elektronen­ vervielfachers 4 zur Emission von Sekundärelektronen gesteu­ ert werden können. Hierdurch kann die thermische Belastung des Elektronenvervielfachers 4 in Abhängigkeit vom Betriebs­ zustand der Röntgenröhre günstig beeinflußt werden. Vorzugs­ weise sind auch die Spannungen der Spannungsquellen 3, 5, 7, 9 über eine nicht gezeigte Steuervorrichtung einstellbar bzw. veränderbar.

Ferner ist es im Rahmen der Erfindung möglich, auch zwei oder mehrere Lochplattenstapel und/oder Multi-Channel-Plates oder eine Kombination von Lochplattenstapeln und Multi-Channel- Plates hintereinanderzuschalten, um somit die Verstärkung zu erhöhen.

Claims (11)

1. Elektronenerzeugungsvorrichtung einer Röntgenröhre mit einer Kathode (2) und mit einem Elektrodensystem zum Be­ schleunigen der von der Kathode (2) ausgehenden Elektronen, wobei der Kathode (2) ein Elektronenvervielfacher (4) nach­ geschaltet ist, der über eine Steuervorrichtung steuerbar ist.

2. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Elektronenvervielfacher (4) ausgehenden Elektro­ nen durch ein nachgeschaltetes, fokussierendes Elektroden­ system (10) auf ein Target (8) fokussiert werden.

3. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfacher (4) Kanäle aufweist, die über die Steuervorrichtung steuerbar sind.

4. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfacher (4) als Multi-Channel-Plate ausgeführt ist.

5. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfacher (4) als Lochplattenstapel ausgeführt ist.

6. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kathode als Glühkathode (2) ausgebildet ist.

7. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kathode als Photokathode (12) ausgebildet und von einer Strahlenquelle (14) steuerbar ist.

8. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (14) als Lichtquelle ausgeführt ist.

9. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (14) zum Senden von Lichtimpulsen aus­ geführt ist.

10. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektronenvervielfacher (4) eine Strahlenabsorptions­ schicht (17) vorgeschaltet ist.

11. Elektronenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenabsorptionsschicht (18) der Photokathode (12) vorgeschaltet ist.