DE4430622C2 - Kathodensystem für eine Röntgenröhre - Google Patents
Kathodensystem für eine RöntgenröhreInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kathodensystem für eine Röntgen
röhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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 be
stimmten Röhrenspannung ein bestimmter Röhrenstrom gehört. Es
wäre hier zwar denkbar, durch die Einführung eines weiteren
kathodennahen Steuergitters Abhilfe zu schaffen, jedoch wäre
dies technisch nur sehr aufwendig zu realisieren.
Röntgenröhren mit einem Kathodensystem der eingangs genannten
Art sind in der DE 34 26 623 C2, der US 5 077 771 und der
DE 35 14 700 A1 beschrieben.
Außerdem ist in der DE 32 28 816 A1 ein Verfahren zur Rönt
gen-Computertomographie beschrieben, bei dem zur Erzielung
eines verbesserten Signal-Rausch-Abstandes ohne Erhöhung der
Strahlungsdosis mit getasteten Röntgen-Strahlenimpulsen gear
beitet wird, die durch Tastung des Elektronenstromes in der
Röntgenröhre mittels des Wehnelt-Zylinders erzeugt werden.
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 weiteren Elek
trode anliegenden Spannungen und auf einfache Weise zumindest
innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst. Es be
steht also keine direkte Verknüpfung des Röhrenstromes mit
den Potentialen der Anode und der weiteren Elektrode. Viel
mehr kann der Röhrenstrom unabhängig von den genannten Größen
über das Puls-/Pausen-Verhältnis gewählt werden.
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 Maßnahme 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/Fern
seh-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 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 UR
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 -UW bzw. ein positives Potential +UH
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 umfassen. 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 -UW bzw. +UH 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 UR und die Potentiale UH und UW 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 UB 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 4' 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-Ver
hältnis an ein von dem Potential des Elektronenemitters
abweichendes Potential UW bzw. UH 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
anzuschalten. 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 (7)
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 mit einem von dem Potential des Elektronen
emitters (3) abweichenden Potential (UW, UH) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
weitere Elektrode mit dem von dem Potential des Elektro
nenemitters (3) abweichenden Potential (UW, UH) mittels einer Schalt
einrichtung (8, 9) verbunden ist, mittels derer die weitere
Elektrode mit einem einem jeweils gewünschten Röhrenstrom
entsprechenden Puls-/Pausen-Verhältnis an das von dem Poten
tial des Elektronenemitters (3) abweichende Potential (UW,
UH) anschaltbar ist.
2. Kathodensystem nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Puls-/Pausen-Verhältnis
einstellbar ist.
3. Kathodensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kathodensystem als
weitere Elektrode eine Wehnelt-Elektrode (4; 4') enthält, die
mittels der Schalteinrichtung (8) an ein negatives Potential
(UW) anschaltbar ist.
4. Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß das
Kathodensystem als weitere Elektrode eine Hilfsanode (5, 5')
enthält, die mittels der Schalteinrichtung (9) an ein positi
ves Potential (UH) anschaltbar ist.
5. Kathodensystem nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß 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, da
durch gekennzeichnet, daß die Dauer
eines Schaltzyklus der Schalteinrichtung (8, 9) 10 µs nicht
wesentlich übersteigt.
7. Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das
Potential (UW, UH), an das die weitere Elektrode anschaltbar
ist, dem Betrag nach in der Größenordnung von 5 bis 20 kV
liegt.
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