DE4425691A1 - Röntgenstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit wenigstens einer Kathode zum Erzeugen von Elektronen und mit einem Elek­ trodensystem zum Beschleunigen der Elektronen auf ein Target.

Aus der DE-OS 26 50 237 ist ein Röntgenstrahler bekannt, der einen als Ring ausgeführten, evakuierten Glaskörper aufweist, in dem eine ringförmige Anode sowie eine Vielzahl der Anode gegenüberliegende Kathoden angeordnet sind. Zum Erzeugen von Röntgenstrahlung sind Mittel zum Einschalten der Elektronen­ strahlung zwischen mindestens jeweils einer Kathode und der Anode vorgesehen. Durch schrittweises, aufeinander-folgendes Freigeben der Elektronenstrahlung zwischen jeweils einer Kathode und der Anode kann somit eine Drehbewegung des Rönt­ genstrahlenbündels auf rein elektronischer Art erzeugt wer­ den. Eine mechanische Drehung des Röntgenstrahlers ist somit nicht mehr erforderlich.

Aufgrund der Vielzahl der Kathoden, die zum Erzeugen von Elektronen mit Energie versorgt werden müssen, ist die dem Röntgenstrahler zuzuführende Energie sowie die Ausfallrate der thermisch hochbelasteten Glühkathoden hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Röntgenstrahler der eingangs genannten Art so auszuführen, daß die dem Röntgen­ strahler zuzuführende Energie sowie die Ausfallwahrschein­ lichkeit gering ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kat­ hode ein Elektronenvervielfacher zum Empfangen der Elektronen nachgeschaltet ist und daß der Elektronenvervielfacher wenig­ stens zwei steuerbare, einander seitlich benachbarte und Elektronen vervielfachende Bereiche aufweist.

Vorteil der Erfindung ist, daß durch die Anwendung eines Elektronenvervielfachers die thermische Belastung der Kathode bei vorgegebenen Elektronenstrom in Abhängigkeit vom Verstär­ kungsfaktor des Elektronenvervielfachers reduziert werden kann, so daß die Ausfallwahrscheinlichkeit gering ist. Da der Elektronenvervielfacher wenigstens zwei steuerbare, einander seitliche benachbarte und Elektronen vervielfachende Bereiche aufweist werden durch diese Bereiche somit zwei Sekundär­ kathoden erzeugt, so daß gegenüber einer Anordnung nach dem Stand der Technik eine Primärkathode eingespart werden kann. Hierdurch ist die dem Röntgenstrahler zuzuführende Energie sowie die Ausfallwahrscheinlichkeit erheblich reduziert.

Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn mehrere Kathoden vorgesehen sind denen jeweils zwei steuerbare, einander seit­ liche benachbarte und Elektronen vervielfachende Bereiche des Elektronenvervielfachers zugeordnet sind. Gegenüber dem Stand der Technik halbiert sich somit die Anzahl der Primärkatho­ den.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kathoden steuerbar sind, so daß ein örtlich veränderbares Röntgenstrahlenbündel erzeugt wer­ den kann.

Zur weiteren Reduzierung der Anzahl der Primärkathoden ist es vorteilhaft, wenn jeder Kathode ein Elektronenvervielfacher mit mehreren steuerbaren, seitlich einander benachbarten und Elektronen vervielfachenden Bereichen zugeordnet ist. In Ab­ hängigkeit von der Anzahl der Bereiche kann auch gegenüber einem bekannten Röntgenstrahler die Anzahl der Primärkathoden reduziert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kathoden und der Elektronenver­ vielfacher ringförmig ausgebildet sind, so daß ein sich um ein Zentrum drehendes Röntgenstrahlenbündel erzeugt werden kann.

Sind die Kathoden und die Elektronenvervielfacher zeilenför­ mig angeordnet, so kann vorteilhaft ein sich entlang einer Geraden erstreckendes Röntgenstrahlenbündel erzeugt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kathoden und der Elektronenver­ vielfacher in zumindest annähernd parallelen Reihen angeord­ net sind, da somit ein von einer Fläche ausgehendes Röntgen­ strahlenbündel erzeugt werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie­ les eines Röntgenstrahlers nach der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung eines Röntgenstrahler nach der Erfindung in einer Seitenansicht,

Fig. 2 den Röntgenstrahler nach der Fig. 1 in einer Drauf­ sicht,

Fig. 3 einen ringförmig ausgebildeten Röntgenstrahler nach Fig. 1,

Fig. 4 einen zeilenförmig ausgebildeten Röntgenstrahler nach Fig. 1 und

Fig. 5 einen Röntgenstrahler nach Fig. 1 mit in parallelen Reihen angeordneten Kathoden.

In der Fig. 1 (Fig. 2) ist in prinzipieller Weise ein Aus­ schnitt aus einem Röntgenstrahler nach der Erfindung gezeigt. Hierbei sind drei Kathoden 1, 2, 3 gezeigt, die zum Erzeugen von Elektronen an eine nicht gezeigte Spannungsquelle an­ schließbar sind. Die Kathoden 1, 2, 3 werden von Elektroden 4, 5, 6 umgeben an die eine Spannung einer nicht gezeigten steuerbaren Spannungsquelle anlegbar ist. Zwischen die Katho­ den 1, 2, 3 und einen Elektronenvervielfacher 7 ist eine Span­ nung einer weiteren steuerbaren Spannungsquelle legbar, so daß die von den Kathoden 1, 2, 3 ausgehenden Elektronen auf den Elektronenvervielfacher 7 beschleunigt werden. Die Kathoden 1, 2, 3 sind als Primärkathoden, beispielsweise als Glühkatho­ den ausgeführt und bilden mit den Elektroden 4, 5, 6 Primär­ zellen, die eine Breite im Bereich von 10 bis 50 Millimeter haben.

Der Elektronenvervielfacher 7 kann als Multi-Channel-Plate oder als Lochplattenstapel ausgeführt sein, und weist wenig­ stens zwei vorzugsweise mehrere steuerbare, einander seitlich benachbarte und Elektronen vervielfachende Bereiche auf. Die Verstärkung der Bereiche bzw. des Elektronenvervielfachers 7 kann über eine daran angelegte Spannung einer Spannungsquelle eingestellt werden kann. Es ist hierbei möglich die Span­ nungsquelle so auszuführen, daß die Spannung veränderbar ist um somit unterschiedliche Verstärkungsfaktoren einstellen zu können.

Es ist möglich, eine einzelne Multi-Channel-Plate oder einen einzigen Lochplattenstapel vorzusehen, jedoch kann insbeson­ dere zur Erhöhung der Verstärkung vorgesehen sein, daß mehre­ re Multi-Channel-Plates oder Lochplattenstapel hintereinan­ dergeschaltet sind. Ebenso ist es möglich, den Elektronenver­ vielfacher als Kombination wenigstens einer Multi-Channel- Plate mit wenigstens einem Lochplattenstapel auszuführen.

Im Ausführungsbeispiel sind der Kathode 2 die Bereiche 8-12 des Elektronenvervielfachers 7 zugeordnet. Auch den weiteren Kathoden 1 und 3 sind entsprechende Bereiche des Elektronen­ vervielfachers 7 zugeordnet.

Im Ausführungsbeispiel ist gezeigt, das die Elektroden 4 und 6 an ein positives Potential gelegt sind, so daß die von den Kathoden 1 und 3 ausgehenden Elektronen auf die Elektroden 4 und 6 beschleunigt und diese Primärzellen somit gesperrt wer­ den. Die Elektrode 5 ist an ein negatives Potential und der Bereich 8 an ein positives Potential gelegt, so daß die von der Kathode 2 ausgehenden Elektronen, als Primärelektronen auf den Bereich 8 beschleunigt werden. Diese Primärelektronen werden im Bereich 8 vervielfacht. Die vom Bereich 8 ausgehen­ den Sekundärelektronen werden durch eine zwischen den Elek­ tronenvervielfacher 7 und eine Anode 13 angelegte Beschleuni­ gungsspannung einer nicht gezeigten steuerbaren Spannungs­ quelle auf die Anode 13 zum Erzeugen von Röntgenstrahlung beschleunigt. Durch eine nicht gezeigte Steuerschaltung kann der Bereich 8 an eine negative Spannung und der Bereich 9 auf eine positive Spannung gelegt werden, so daß die von der Kathode 2 ausgehenden Primärelektronen dann auf den Bereich 9 beschleunigt werden. Diese Primärelektronen werden dann im Bereich 9 vervielfacht und als Sekundärelektronen auf die Anode 13 beschleunigt, so daß sie dort Röntgenstrahlung er­ zeugen. Es ist somit möglich einen Röntgenstrahlenbündel zu erzeugen, daß sich in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Bereiche 8-12 schrittweise entlang der Anode 13 erstreckt.

Zur Weiterführung des Röntgenstrahlenbündels ist die Elek­ trode 5 und der Bereich 14 an ein positives Potential und die Elektrode 6 sowie der Bereich 12 an ein negatives, jeweils geeignetes Potential zu legen. Die von der Kathode 2 aus­ gehenden Primärelektronen werden somit auf die Elektrode 5 und die von der Elektrode 6 ausgehenden Primärelektronen zum Bereich 14 des Elektronenvervielfachers 7 zum Erzeugen von Sekundärelektronen beschleunigt. Diese Sekundärelektronen werden dann, wie bereits erläutert, zum Erzeugen von Röntgen­ strahlung auf die Anode beschleunigt. Durch entsprechende Fortschaltung und Ansteuerung der Kathoden und der Bereiche des Elektronenvervielfachers 7 kann somit ein ortsveränder­ liches Röntgenstrahlenbündel erzeugt werden.

Im Rahmen der Erfindung können die Bereiche 8-12 als separate Elektronenvervielfacher ausgeführt sein, es aber auch möglich einen Elektronenvervielfacher 7 vorzusehen der einzelne steu­ erbare Bereiche aufweist, wobei jeder Bereich bzw. jeder Elektronenvervielfacher beispielsweise eine Breite von 0,5 bis 5 vorzugsweise 1 Millimeter und eine Länge im Bereich von 10-20 Millimeter haben kann. Hierzu wird auf die Fig. 2 ver­ wiesen.

In den weiteren Figuren sind Elemente, die bereits in der Fig. 1 mit Bezugszeichen versehen worden sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

In der Fig. 3 ist in prinzipieller Weise ein ringförmig ausge­ bildeter Röntgenstrahler gezeigt. Die Kathode ist hierbei als langgestreckte Kathode 15 ausgeführt, der der Elektronenver­ vielfacher 7 und eine langgestreckte Anode 16 zugeordnet ist.

Beim in der Fig. 4 gezeigten Röntgenstrahler sind die einzel­ nen Kathoden in einem Kathodenring 17 angeordnet. Diesem Kathodenring 17 ist ein ringförmig ausgebildeter Elektro­ nenvervielfacher 18 sowie eine Ringanode 19 zugeordnet.

Im Rahmen der Erfindung können die Kathoden 20 und die den Kathoden zugeordnete Bereiche 21 in zumindest annähernd parallelen Reihen angeordnet sein. Ein solches Ausführungs­ beispiel ist in der Fig. 5 gezeigt. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, die Kathoden 20 und/oder die Bereiche 21 in zueinander versetzten Reihen und/oder in zueinander beabstandeten Reihen anzuordnen.

Claims (7)

1. Röntgenstrahler mit wenigstens einer Kathode (1, 2, 3, 15, 17, 20) zum Erzeugen von Elektronen und mit einem Elektrodensystem zum Beschleunigen der Elektronen auf ein Target (7, 13), dadurch gekennzeichnet, daß der Kathode (1, 2, 3) ein Elektronenvervielfacher (7) zum Empfangen der Elektronen nachgeschaltet ist und daß der Elektronenvervielfacher (7) wenigstens zwei steuer­ bare, einander seitlich benachbarte und Elektronen verviel­ fachende Bereiche (8-12) aufweist.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kathoden (1, 2, 3, 15, 17, 20) vorgesehen sind denen jeweils wenigstens zwei steuerbare, einander seitlich benach­ barte und Elektronen vervielfachende Bereiche (8-12) des Elektronenvervielfachers (7) zugeordnet sind.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (1, 2, 3, 15, 17, 20) steuerbar sind.

4. Röntgenstrahler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kathode (1, 2, 3, 15, 17, 20) ein Elektronenvervielfa­ cher (7) mit mehreren steuerbaren, seitlich einander benach­ barten und Elektronen vervielfachenden Bereichen (8-12) zuge­ ordnet ist.

5. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (1, 2, 3, 15, 17, 20) und der Elektronenverviel­ facher (7) ringförmig angeordnet sind.

6. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (1, 2, 3, 15, 17, 20) und der Elektronenverviel­ facher (7) zeilenförmig angeordnet sind.

7. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (1, 2, 3, 15, 17, 20) und der Elektronenverviel­ facher (7) in zumindest annähernd parallelen Reihen angeord­ net sind.