DE4433133C1 - Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle zum Senden eines Bündels von Elektronen entlang einer langgestreckten Anode - Google Patents

Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle zum Senden eines Bündels von Elektronen entlang einer langgestreckten Anode

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Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit einer Elek­ tronenquelle zur Erzeugung eines Bündels von Elektronen, die entlang einer langgestreckten Anode fokussiert sind und mit wenigstens einem Kickmagneten zum Erzeugen eines Kickmagnet­ feldes versehen ist, derart, daß die Elektronen im Bereich des Kickmagnetfeldes auf die langgestreckte Anode hin abgelenkt werden.
Aus der DE 41 03 588 C1 ist ein Computertomograph mit einem Röntgenstrahler bekannt, der mit einer Ringanode ausgeführt ist, die zum Erzeugen eines sich drehenden, fächerförmigen Röntgenstrahlenbündels von einem Elektronenstrahl abgetastet wird. Der Elektronenstrahl wird von einer Elektronenkanone erzeugt, der zum Bündeln der Elektronen Fokussierungsspulen nachgeschaltet sind. Eine magnetische Ablenkspule ist vorge­ sehen, über die die Elektronen auf die Ringanode ablenkbar sind. Eine Steuervorrichtung steuert die Ablenkspule in der Weise, daß der Elektronenstrahl vor Beginn eines Abtastvor­ ganges die Röntgenstrahlenquelle konzentrisch zur Ringanode durchsetzt, bis er am geschlossenen Ende auf einen Strahlen­ empfänger auftrifft. Anschließend wird er durch die Ablenk­ spule auf die Ringanode abgelenkt und tastet diese von ihrem einen zu ihrem anderen Ende ab. Der Röntgenstrahler ist an­ nähernd kreisförmig ausgebildet.
Aus der GB 2 044 985 A ist ein Röntgenstrahler bekannt, der ebenfalls eine Elektronenkanone zum Erzeugen eines Elektro­ nenbündels aufweist, das sich entlang einer Ringanode er­ streckt. Die Elektronen werden durch elektrostatische Mittel entlang der Anode geführt und auf diese abgelenkt. Durch das Abtasten der ringförmigen Anode durch den abgelenkten Elek­ tronenstrahl wird ein fächerförmiges Strahlenbündel zum Ab­ tasten eines Untersuchungsobjektes erzeugt.
Bei dem Röntgenstrahler nach der DE 41 03 588 wird es als Nachteil empfunden, daß zur Ablenkung des Elektronenstrahles auf die Anode durch die Ansteuerung der Ablenkspule Energie eingesetzt wird. Zudem ist die Ablenkspule aufwendig in der Herstellung.
Beim Röntgenstrahler nach der GB 2 044 895 A bereiten die ho­ hen Spannungen, die an die elektrostatischen Mittel zu legen sind, Isolationsprobleme.
Aus der EP-0 455 177 A2 ist ein ringförmiger Röntgengenerator bekannt, bei dem die Elektronen durch am Umfang einer Ring­ anordnung vorgesehene ortsfeste Elektromagnete aus ihrer Bahn gekickt werden können. Zur Ablenkung des Elektronenstrahles entlang einer langgestreckten Anode werden die ortsfesten Elektromagnete ein- bzw. ausgeschaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Röntgenstrahler der eingangs genannten Art so auszuführen, daß dieser bei kon­ struktiv geringem Aufwand kostengünstig herstellbar ist, ins­ besondere soll das Elektronenbündel auf einfache Weise und ohne großen Aufwand auf der Anode ablenkbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kickmagnet entlang der langgestreckten Anode mechanisch verstellbar gelagert ist.
Beim Röntgenstrahler nach der Erfindung ist der Kickmagnet mit geringem mechanischen Aufwand entlang der Anode verstellbar. Die Kosten werden reduziert da nur ein Kickmagnet vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kickmagnet als Dauermagnet ausgeführt ist. Es brauchen gegenüber dem Stand der Technik keine Elektromagnetspulen vorgesehen werden, denen eine Energie zum Ablenken des Elektronenbündels zuzuführen ist. Zudem ist ein Dauermagnet einfach in der Herstellung und kann auf konstruktiv einfache Weise vorteilhaft entlang der Anode verstellt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Röntgenstrahlers nach der Erfindung anhand der Figuren.
Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Röntgenstrah­ lers nach der Erfindung in einer Seitenansicht,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 in einem Querschnitt,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Röntgenstrah­ lers nach der Erfindung und
Fig. 4 einen Querschnitt durch den Röntgenstrahler nach den Fig. 1 und 3 mit einem verkippten Kickmagnetfeld.
In der Fig. 1, 2 ist in prinzipieller Weise ein Ausführungsbei­ spiel eines Röntgenstrahlers nach der Erfindung gezeigt, der eine Elektronenquelle 1 zum Einkoppeln eines Bündels von Elektronen 2 in ein Vakuumgefäß 3 aufweist. Im Vakuumgefäß 3 ist eine langgestreckte, im Ausführungsbeispiel stabförmige Anode 4 sowie erfindungsgemäß ein Dauermagnet 5, als Kickmag­ net zum Erzeugen eines Kickmagnetfeldes angeordnet. Inner- oder außerhalb des Vakuumgefäßes 3 kann ein Magnetelement 6 zum Erzeugen eines Führungsmagnetfeldes 7 und/oder eine Fokussierungseinrichtung derart vorgesehen sein, daß die Elektronen 2 hierdurch in einem Abstand zur langgestreckten Anode 4 als Elektronenbündel geführt werden. Das Magnet­ element 6 ist bei einer ringförmigen nicht jedoch zwingend bei einer linearen Anodenanordnung erforderlich.
Das Magnetfeld des Dauermagneten 5 ist als Kickmagnetfeld so ausgerichtet, daß die Elektronen 2 zum Erzeugen von Röntgen­ strahlung auf die langgestreckte Anode 4 gelenkt werden.
Im Rahmen der Erfindung kann der Dauermagnet 5 oder aber auch ein Elektromagnet entlang einer Führungsschiene 8 verstellbar gelagert sein. Zur Verstellung des Dauermagneten 5 entlang der Führungsschiene 8 ist außerhalb des Vakuumgefäßes 3 eine Magneteinrichtung 9 zum Erzeugen eines Magnetfeldes derart vorgesehen, daß der Dauermagnet 5 durch das von der Magnet­ einrichtung 9 ausgehende Magnetfeld entlang der Führungs­ schiene 8 verstellt wird. Hierzu kann die Magneteinrichtung 9 einen verstellbaren Dauermagnet oder einzeln ansteuerbare Elektromagnetelemente aufweisen. Die Position des Dauer­ magneten 5 kann somit entlang der langgestreckten Anode 4 eingestellt werden. Es ist somit möglich, die Elektronen 2 von einem Ende 10 zum anderen Ende 11 hin und auch in umge­ kehrter Richtung entlang der Anode 4 abzulenken, so daß ein ortsveränderliches Strahlenbündel erzeugbar ist. Zur Ablen­ kung der Elektronen 2 kann auch eine Anordnung von Elektro­ magneten 22 zum Erzeugen eines Wanderfeldes vorgesehen werden durch das die Elektronen 2 auf die stabförmige Anode 4 und von dem Ende 10 zum Ende 11 und in umgekehrter Richtung ge­ lenkt werden können.
Einem verstellbaren Elektromagnet kann die Energie zur Ablen­ kung des Elektronenbündels vorteilhaft induktiv oder über Schleifringe zugeführt werden.
Eine Kombination eines Dauermagneten zur Verstellung bzw. Ab­ lenkung mit einem Elektromagneten zur Ablenkung bzw. Verstel­ lung liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rönt­ genstrahlers nach der Erfindung gezeigt, wobei in einem ring­ förmigen Vakuumgefäß 12 eine ebenfalls ringförmige Anode 13 sowie erfindungsgemäß ein an einer ringförmigen Führungs­ schiene 14 verstellbar gelagerter Dauermagnet 5 angeordnet ist. Eine Elektronenquelle ist ebenfalls mit dem Bezugszei­ chen 1 gekennzeichnet und dient zur Erzeugung und Einkop­ plung von Elektronen 2 in das ringförmige Vakuumgefäß 12. Die Elektronen 2 werden von wenigstens einem Magnetelement, vorzugsweise von mehreren und außerhalb des ringförmigen Vakuumgefäßes 12 angeordneten Magnetelemente 6 auf eine ring­ förmige Elektronenbahn 15 gezwungen, die einen Abstand zur ringförmigen Anode 13 hat. Ebenfalls außerhalb des ringför­ migen Vakuumgefäßes 12 ist eine Magneteinrichtung (nicht gezeigt) für die Verstellung des Dauermagneten 5 entlang der ringförmigen Führungsschiene 14 vorgesehen. In Abhängigkeit von der Position des Dauermagneten 5 können auch hierbei, wie gezeigt, die Elektronen 2 auf die ringförmige Anode 13 zur Erzeugung eines Strahlenbündels 16 gelenkt werden. Durch das Verstellen des Dauermagneten 5 entlang der ringförmigen Füh­ rungsschiene 14 aufgrund eines von der Magneteinrichtung aus­ gehenden Drehmagnetfeldes, wird auch ein rotierendes Strah­ lenbündel 16, beispielsweise zur Abtastung eines im Zentrum des Röntgenstrahlers angeordneten Untersuchungsobjektes 17, erzeugt. Das Strahlenbündel 16 trifft, in bei Computertomo­ graphen bekannter Weise, auf eine, dem Dauermagneten 5 gegen­ überliegend angeordnete Detektorzeile 18, die mit dem Dauer­ magneten 5 um das Zentrum des Röntgenstrahlers rotiert oder die als Ring ausgebildet sein kann. Im Rahmen der Erfindung kann, wie eingangs bereits erläutert, der Dauermagnet 5 durch einen verstellbaren Elektromagnet oder durch eine Kombination von Dauer- und Elektromagnet ersetzt sein.
In der Fig. 4 sind Elemente, die bereits in den Fig. 1 bis 3 mit Bezugszeichen versehen worden sind, mit denselben Bezugs­ zeichen versehen. Aus der Fig. 4 ergibt sich, daß das Magnet­ element 6 als Elektromagnet ausgeführt ist und eine Spule 19 aufweist, die von einer nicht gezeigten Ansteuereinrichtung ansteuerbar ist. Das Magnetelement 6 weist hierbei einen U- förmigen Kern auf, von dessen Polenden 20 das Führungsmagnet­ feld 7 ausgeht. Im Bereich des Dauermagneten 5 wirkt das vom Dauermagnet 5 ausgehende Magnetfeld 21, als Kickmagnetfeld, auf die Elektronen 2, so daß diese aus ihrer Bahn auf die Anode 13 gelenkt werden. Das Kickmagnetfeld 21 kann antipa­ rallel oder bevorzugt in bezug zum Führungsmagnetfeld 7 der­ art verkippt sein, daß die Elektronen 2 möglichst senkrecht auf die Oberfläche der Anode 13 treffen. Die Verkippung sollte vorzugsweise so gewählt werden, daß aus einem elliptisch geformten Elektronenstrahl 2 ein kreisrunder Brennfleck auf der Anode 13 erzeugen wird.
Im Rahmen der Erfindung können mehrere aneinandergereihte Ma­ gnetelemente 6 ein statisches oder aber ein dynamisches Führungsmagnetfeld 7 erzeugen. Es ist möglich, nur einen ein­ zigen, entlang der Anode 4, 13 verstellbaren Dauermagneten 5 vorzusehen oder aber auch entlang der Anode 4, 13 mehrere, aneinandergereihte Dauermagnete 5 anzuordnen und die Ablen­ kung der Elektronen 2 auf die Anode 4, 13 dadurch zu bewirken, daß an einer vorbestimmten Stelle der Anode 4 von dem ent­ sprechend zugeordneten Magnetelement 6 kein Führungsmagnet­ feld 7 ausgeht, so daß die Elektronen 2 durch Einwirkung des Kickmagnetfeldes 21 an dieser Stelle auf die Anode 4, 13 ge­ lenkt werden. Durch sukzessive Ansteuerung der Magnetelemente 6 einer solchen Anordnung kann ebenfalls ein rotierendes Strahlenbündel 16 erzeugt werden. Wesentlich für die Erfin­ dung ist also, daß ein dynamisches Führungsmagnetfeld 7 und ein statisches Kickmagnetfeld 21 zur Ablenkung der Elektronen herangezogen wird.
Im Rahmen der Erfindung kann das Magnetelement 6 durch ein Elektrodensystem ersetzt werden.

Claims (16)

1. Röntgenstrahler mit einer Elektronenquelle (1) zur Erzeu­ gung eines Bündels von Elektronen (2),
die entlang einer langgestreckten Anode (4, 13) fokussiert sind
und mit wenigstens einem Kickmagneten (5) zum Erzeugen eines Kickmagnetfeldes (21) versehen ist,
derart, daß die Elektronen (2) im Bereich des Kickmagnetfel­ des (21) auf die langgestreckte Anode (4, 13) hin abgelenkt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kickmagnet (5) entlang der langgestreckten Anode (4, 13) mechanisch verstellbar gelagert ist.
2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, wobei der Kickmagnet als Elektromagnet ausgeführt ist.
3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, wobei der Kickmagnet als Dauermagnet (5) ausgeführt ist.
4. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, wobei der Kickmagnet einen Dauermagneten für die Verstellung entlang der langgestreckten Anode (4, 13) und einen Elektromagnet für die Ablenkung der Elektronen (2) aufweist.
5. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, wobei der Kickmagnet einen Elektromagneten für die Verstellung entlang der langgestreckten Anode (4, 13) und einen Dauermagnet für die Ablenkung der Elektronen (2) aufweist.
6. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit wenigstens einem Magnetelement (6) zum Erzeugen eines Führungsmagnetfeldes (7) derart, daß die Elektronen (2) in einem Abstand zur langgestreckten Anode (4, 13) geführt wer­ den.
7. Röntgenstrahler nach Anspruch 6, wobei das Magnetelement (6) von mehreren separaten Einzelele­ menten gebildet ist.
8. Röntgenstrahler nach Anspruch 6, wobei die Einzelelemente als Elektromagnete zum Erzeugen eines dynamischen Führungsmagnetfeldes (21) einzeln ansteuer­ bar sind.
9. Röntgenstrahler nach Anspruch 6, wobei das Magnetelement (6) von einem Dauermagnet gebildet ist.
10. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kickmagnetfeld (21) in bezug zum Führungsmagnetfeld (7) verkippt ist.
11. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kickmagnetfeld (21) in bezug zum Führungsmagnetfeld (7) derart verkippt ist, daß die Elektronen (2) einen zumindest annähernd kreisförmigen Brennfleck auf der Anode (4, 13) erzeugen.
12. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Kickmagnetfeld (21) antiparallel zum Führungsma­ gnetfeld (7) ausgerichtet ist.
13. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die langgestreckte Anode (4) stabförmig ausgebildet ist.
14. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die langgestreckte Anode (13) bogenförmig ausgebildet ist.
15. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die langgestreckte Anode (13) als Ring ausgebildet ist.
16. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Computertomographen.
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