DE4430622A1 - Kathodensystem für eine Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kathodensystem für eine Röntgen­ röhre, welches einen Elektronenemitter und eine zwischen Elektronenemitter und Anode angeordnete weitere Elektrode aufweist.

Die derzeit in Röntgenröhren eingesetzten Kathodensysteme sind bezüglich Lebensdauer und Fokusform an ihren Entwick­ lungsgrenzen angelangt. Für die Zukunft werden jedoch eine längere Lebensdauer und eine sogenannte "gaußförmige" Fokus­ belegung gewünscht. Unter einer gaußförmigen Fokusbelegung versteht man, daß die Intensität der auf die Röntgenröhren­ anode auftreffenden Elektronen und damit die Intensität der vom Fokus ausgehenden Röntgenstrahlung im Zentrum des Fokus maximal ist und zum Rand hin analog zur gauß′schen Glocken­ kurve abfällt.

Es ist ein Kathodensystem der eingangs genannten Art als Elektrodensystem nach Pierce bekannt geworden, das den ge­ nannten Anforderungen zumindest teilweise entspricht. Bei der weiteren Elektrode des bekannten Elektrodensystems handelt es sich um eine Hilfsanode, die derart geformt ist, daß die Aus­ wirkungen der Raumladungen des Elektronenstrahls kompensiert sind. Nachteilig an diesem System ist, daß die Spannungen an der Anode der Hilfsanode und der Elektronenstrom (Röhren­ strom) miteinander verknüpft sind. Der Röhrenstrom ist also nicht mehr frei wählbar, dies bedeutet, daß z. B. zu einer bestimmten Röhrenspannung ein bestimmter Röhrenstrom gehört. Es wäre hier zwar denkbar, durch die Einführung eines weite­ ren kathodennahen Steuergitters Abhilfe zu schaffen, jedoch wäre dies technisch nur sehr aufwendig zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kathodensystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Anoden­ strom unabhängig von den an der Anode und der Hilfsanode an­ liegenden Spannungen und auf einfache Weise zumindest inner­ halb gewisser Grenzen frei wählbar ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Katho­ densystem für eine Röntgenröhre, welches einen Elektronene­ mitter und eine weitere zwischen Elektronenemitter und Anode angeordnete Elektrode aufweist, die mittels einer Schaltein­ richtung mit einem dem jeweils gewünschten Röhrenstrom ent­ sprechenden Puls-/Pausen-Verhältnis an ein von dem Potential des Elektronenemitters abweichendes Potential anschaltbar ist. Es besteht also keine direkte Verknüpfung des Röhren­ stromes mit den Potentialen der Anode und der weiteren Elek­ trode. Vielmehr kann der Röhrenstrom unabhängig von den ge­ nannten Größen über das Puls-/Pausen-Verhältnis gewählt wer­ den.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist das Puls-/Pausen-Verhältnis einstellbar; es sind al­ so unabhängig von den Potentialen der Anode und der Hilfs­ elektrode unterschiedliche Röhrenströme einstellbar.

Gemäß Varianten der Erfindung ist als weitere Elektrode eine Wehnelt-Elektrode und/oder eine Hilfsanode vorgesehen, wobei die Wehnelt-Elektrode mittels der Schalteinrichtung an ein negatives Potential und die Hilfsanode an ein positives Po­ tential anschaltbar ist.

Wenn die Hilfsanode eine Durchtrittsöffnung für den von dem Elektronenemitter ausgehenden Elektronenstrahl aufweist, ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung vorgesehen, daß die Erstreckung der Hilfsanode in Rich­ tung des Elektronenstrahles wenigstens gleich der geringsten lichten Weite der Durchtrittsöffnung ist. Im Falle einer elliptischen Durchtrittsöffnung wäre die Erstreckung der Hilfsanode also wenigstens gleich der kleineren Hauptachse der Durchtrittsöffnung. Durch diese Naßnahme wird eine gute Entkopplung des Anodenpotentials gegenüber dem Elektronene­ mitter erreicht.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dauer eines Schaltzyklus der Schalteinrichtung 10 µs nicht wesentlich übersteigt. Hierdurch wird erreicht, daß für die Drehanode und die mit der Röntgenröhre zusammenwirkenden bilderzeugenden Systeme (z. B. Röntgenbildverstärker/Fernseh- Kette) die Einzelimpulse nicht sichtbar werden, sondern nur der mittlere Strom wirksam wird.

Ein guter Verstellbereich des Röhrenstromes läßt sich reali­ sieren, wenn das Potential, an das die weitere Elektrode an­ schaltbar ist, dem Betrag nach in der Größenordnung von 5 bis 20 kV liegt.

Die weiterführende Aufgabe, eine Röntgenröhre so auszubilden, daß der Röhrenstrom auf einfache Weise und unabhängig von den an einer Hilfselektrode und der Anode anliegenden Potentialen frei wählbar ist, wird nach der Erfindung durch eine Röntgen­ röhre mit einer Anode und einem Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 in grob schematischer Darstellung die wesentlich­ sten Bestandteile einer Röntgenröhre mit einem er­ findungsgemäßen Kathodensystem, und

Fig. 2 in zu der Fig. 1 analoger Darstellung eine Variante der Erfindung.

In Fig. 1 sind von einer Röntgenröhre die Anode 1 und das insgesamt mit 2 bezeichnete Kathodensystem geschnitten darge­ stellt. Die in Fig. 1 nicht dargestellten Komponenten der Röntgenröhre, also zum Beispiel das Vakuumgehäuse, sind kon­ ventionell aufgebaut. Bei der Anode 1, von der nur ein klei­ ner Bereich dargestellt ist, kann es sich in an sich bekann­ ter Weise um eine Dreh- oder Festanode handeln.

Das Kathodensystem 2 enthält einen schematisch dargestellten Elektronenemitter 3, bei dem es sich beispielsweise um eine direkt oder indirekt beheizte Glühkathode handeln kann. Zwi­ schen dem Elektronenemitter 3 und der Anode 1 liegt in der in Fig. 1 schematisch angedeuteten Weise die Röhrenspannung U_R an. Ist der Elektronenemitter 3 aktiv, geht von diesem ein in Fig. 1 strichliert angedeuteter Elektronenstrahl E aus und trifft auf die Anode 1 auf. Vom Auftreffpunkt des Elektronen­ strahls E auf der Anode 1, dem sogenannten Fokus F der Rönt­ genröhre, geht Röntgenstrahlung aus.

Neben dem Elektronenemitter 3 und der Anode 1 sind zwei wei­ tere Elektroden vorgesehen, nämlich eine etwa tulpenförmig gestaltete Wehnelt-Elektrode 4 und eine schalenartig ge­ krümmte Hilfsanode 5, die jeweils eine Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl E aufweisen. Die Wehnelt-Elektrode 4 und die Hilfsanode 5 sind über die Leitungen 6 bzw. 7 auf - jeweils bezogen auf das Potential des Elektronenemitters 3 - ein negatives Potential -U_W bzw. ein positives Potential +U_H von jeweils größenordnungsmäßig 5 bis 20 kV gelegt.

In die Leitungen 6 bzw. 7 sind insgesamt mit 8 bzw. 9 be­ zeichnete Schalteinrichtungen geschaltet, die jeweils einen vorzugsweise elektronischen Schalter 10 bzw. 11 und einen diesem zugeordneten Taktgenerator 12 bzw. 13. Die Taktgenera­ toren 12 bzw. 13 liefern jeweils ein Taktsignal, das den ent­ sprechenden Schalter 10 bzw. 12 derart steuert, daß die Weh­ nelt-Elektrode 4 bzw. die Hilfsanode 5 abwechselnd an das Potential -U_W bzw. +U_H angeschaltet und von diesem getrennt wird. Die Taktgeneratoren 12 bzw. 13 sind derart ausgebildet, daß das Puls-/Pausen-Verhältnis des jeweils erzeugten Taktsi­ gnals einstellbar ist. Dies ist in Fig. 1 durch Regler 14 und 15 angedeutet.

Es ist so möglich, den im Betrieb der Röntgenröhre fließenden mittleren Röhrenstrom unabhängig von den Potentialen, auf denen die Anode 1, die Wehnelt-Elektrode 4 und die Hilfsanode 5 liegen, zu wählen bzw. einzustellen, und zwar durch die im Falle der Schalteinrichtungen 8 und 9 vorliegenden Puls-/Pau­ sen-Verhältnisse.

Die Röhrenspannung U_R und die Potentiale U_H und U_W haben also nur insoweit Einfluß auf den Röhrenstrom, als sie die Grenzen festsetzen, innerhalb deren der mittlere Röhrenstrom durch Veränderung der Puls-/Pausen-Verhältnisse der Schalteinrich­ tungen 8 und 9 verändert werden kann. Eine Verknüpfung des Röhrenstromes beispielsweise mit der Röhrenspannung U_B in dem Sinne, daß sich für eine bestimmte Röhrenspannung ein be­ stimmter Röhrenstrom ergibt, existiert nicht. Vielmehr können innerhalb der genannten Grenzen für die gleiche Röhrenspan­ nung unterschiedliche Röhrenströme eingestellt werden bzw. der gleiche Röhrenstrom bei unterschiedlichen Röhrenspannun­ gen realisiert werden.

Um Störungen durch die Schaltvorgänge der Schalteinrichtungen 8 und 9 zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn die Dauer eines Schaltzyklus (Pulsdauer plus Pausendauer) 10 µs nicht wesent­ lich übersteigt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß die Wehnelt-Elek­ trode 5′ und die Hilfsanode 5′ jeweils rohrförmig ausgebildet sind. Im Falle der Hilfsanode 5′ ist die Länge L in Richtung des Elektronenstrahles E gemessen größer als die lichte Weite 1 der Durchtrittsöffnung, und zwar im Interesse einer guten Entkopplung des Anodenpotentials gegenüber dem Elektronene­ mitter 3. Um eine gute Entkopplung zu erreichen, sollte die Länge L wenigstens gleich der lichten Weite 1 sein. Im Falle einer nicht rotationssymmetrischen Ausbildung der Hilfsanode 5′ bzw. eines über der Länge L der Hilfsanode 5′ nicht kon­ stanten Querschnitts der Durchtrittsöffnung ist deren gering­ ste lichte Weite maßgebend.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind jeweils zwei weitere Elektroden, nämlich die Wehnelt-Elektrode 4 bzw. 4′ und die Hilfsanode 5 bzw. 5′ vorhanden. Dabei ist im Falle beider weiterer Elektroden die Möglichkeit gegeben, diese mittels einer Schalteinrichtung 8 bzw. 9 mit einem einem je­ weils gewünschten Röhrenstrom entsprechenden Puls-/Pausen- Verhältnis an ein von dem Potential des Elektronenemitters abweichendes Potential U_W bzw. U_H anzuschalten. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, nur im Falle einer weiteren Elektrode die Möglichkeit vorzusehen, diese mittels einer Schalteinrichtung in der beschriebenen Weise an ein von dem Potential des Elektronenemitters abweichendes Potential abzuschalten. Außerdem besteht die Möglichkeit, nur eine ein­ zige weitere Elektrode vorzusehen, die dann selbstverständ­ lich in der beschriebenen Weise mit einer Schalteinrichtung versehen sein muß.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist das Puls- /Pausen-Verhältnis der Schalteinrichtung(en) einstellbar, um den Röhrenstrom einstellen zu können. Falls eine Einstellbar­ keit des Röhrenstromes nicht gewünscht ist, kann auch vorge­ sehen sein, daß das Puls-/Pausen-Verhältnis der Schaltein­ richtung(en) dem gewünschten Röhrenstrom entsprechend fest vorgegeben ist.

Claims (8)

1. Kathodensystem für eine Röntgenröhre, welches einen Elek­ tronenemitter (3) und eine zwischen Elektronenemitter (3) und der Anode (1) der Röntgenröhre angeordnete weitere Elektrode aufweist, die mittels einer Schalteinrichtung (8, 9) mit ei­ nem dem jeweils gewünschten Röhrenstrom entsprechenden Puls- /Pausen-Verhältnis an ein von dem Potential des Elektronen­ emitters (3) abweichendes Potential (U_W, U_H) anschaltbar ist.

2. Kathodensystem nach Anspruch 1, bei welchem das Puls-/Pau­ sen-Verhältnis einstellbar ist.

3. Kathodensystem nach Anspruch 1 oder 2, welches als weitere Elektrode eine Wehnelt-Elektrode (4; 4′) enthält, die mittels der Schalteinrichtung (8) an ein negatives Potential (U_W) an­ schaltbar ist.

4. Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches als weitere Elektrode eine Hilfsanode (5, 5′) enthält, die mittels der Schalteinrichtung (9) an ein positives Potential (U_H) anschaltbar ist.

5. Kathodensystem nach Anspruch 4, wobei die Hilfsanode (5′) eine Durchtrittsöffnung für den von dem Elektronenemitter (3) ausgehenden Elektronenstrahl (E) aufweist und die Erstreckung (L) der Hilfsanode (5′) in Richtung des Elektronenstrahls (E) wenigstens gleich der geringsten lichten Weite (1) der Durch­ trittsöffnung ist.

6. Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Dauer eines Schaltzyklus der Schalteinrichtung (8, 9) 10 µs nicht wesentlich übersteigt.

7. Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Potential (U_W, U_H) an das die weitere Elektrode anschalt­ bar ist, dem Betrag nach in der Größenordnung von 5 bis 20 kV liegt.

8. Röntgenröhre mit einer Anode und einem Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7.