DE623862C

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DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 6. JANUAR 1936ISSUED ON JANUARY 6, 1936

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21g GRUPPE17 οιCLASS 21g GROUP17 οι

2)r.-3ng. Rudolf Berthold in Berlin-Lichterfelde2) r.-3ng. Rudolf Berthold in Berlin-Lichterfelde

bildenden Anodenflächeforming anode surface

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. November 1933 abPatented in the German Empire on November 12, 1933

Die Bedeutung scharf zeichnender Brennflecke an Röntgenröhren für diagnostische Untersuchungen ist bekannt; um trotz hoher Röhrenbelastbarkeit genügend kleine Brennflecke zu erzielen, hat man beispielsweise nach den Angaben von G ο e t ζ e dem Brennfleck eine längliche Rechteckform gegeben, die in der Aufnahmerichtung zu einem kleinen Quadrat zusammenschrumpft (Strichfokus).The importance of sharply defined focal points on X-ray tubes for diagnostic purposes Investigations are known; around sufficiently small focal spots despite the high tube load capacity to achieve, one has, for example, according to the statements of G ο e t ζ e the focal point given an elongated rectangular shape that becomes a small in the picking direction Square shrinks (line focus).

Man hat ferner vorgeschlagen, die Röhrenbelastung bei gegebener Brennfleckgröße zu steigern, indem man die Anode mit einer Kerbe bzw. hohlkegelförniigen Ausnehmung versah und so einen räumlichen Brennfleck erzielte; doch wird durch diese Formgebung der gewünschte Erfolg für Dauerbelastungen nicht erzielt, weil hinsichtlich der Wärmeabfuhr keine Verbesserung erreicht wird, ja sogar die die Wasserkühlung der Anode unterstützende Wärmeabstrahlung behindert wird.It has also been proposed to increase the tube loading for a given focal spot size increase by making the anode with a notch or hollow cone-shaped recess provided and thus achieved a spatial focal point; but through this shaping the desired success for permanent loads is not achieved because of the heat dissipation no improvement is achieved, and even the heat radiation that supports the water cooling of the anode is hindered will.

Scharf zeichnende Brennflecke sind nicht nur für die medizinische, sondern auch, für die Werkstoffdiagnostik wichtig geworden.Sharp focal points are not only for medical, but also for Material diagnostics have become important.

Die gebräuchlichen doppelpolig betriebenen Röntgenröhren sind für die Werkstoffprüfung häufig ungeeignet, so z. B. zur Untersuchung' zylindrischer oder rohrförnüger Körper zwi^: sehen etwa 70 und 700 mm Durchmesser (durch Rundnähte verschweißte Rohrleitungen, Zylinderkolben U. dgl.).The common double-pole operated X-ray tubes are often unsuitable for material testing, e.g. B. to examine 'cylindrical or rohrförnüger body between ^: see about 70 and 700 mm in diameter (pipes welded by round seams, cylinder pistons, etc.).

Wegen des Durchmessers der Röntgenröhre oder wegen der doppelpoligen Hochspannungszuführungen kann man nämlich (auch bei Verwendung von Hochspannungskabeln) nicht ins Innere der rohrförmigen Körper mit der Röntgenröhre hinein, um die wünschenswerte Durchstrahlung von innen nach außen vorzunehmen. Dasselbe gilt für die Prüfung von Zylinderkolben; auch wegen des in der Mitte der Röntgenröhre angeordneten Brennflecks ist die Durchstrahlung von innen nach außen unmöglich. Die Durchstrahlung solcher Körper von außen nach innen aber !erfordert mindestens drei Röhreneinstellungen zum Erfassen des vollen Umfanges und ist infolgedessen auf alle Fälle unwirtschaftlich, wegen der schräg durchstrahlten Randpartien der Aufnahme außerdem qualitativ ungenügend und mitunter (so bei Rohrverlegungen) überhaupt unmöglich.Because of the diameter of the X-ray tube or because of the double-pole high-voltage leads namely, you cannot go inside the tubular body (even when using high-voltage cables) the X-ray tube into it, in order to achieve the desirable radiation from the inside out to undertake. The same applies to testing cylinder pistons; also because of the The focal point arranged in the middle of the X-ray tube is the irradiation from the inside to the inside outside impossible. The irradiation of such bodies from the outside to the inside, however! at least three tube settings to capture the full circumference and is as a result in any case uneconomical because of the diagonally irradiated edge areas of the In addition, the recording is of insufficient quality and sometimes (as is the case with pipe laying) at all not possible.

Für solche Aufnahmen sind einpolig betriebene Röntgenröhren grundsätzlich viel· geeigneter, bei denen der Brennfleck an einem Ende der Röntgenröhre angeordnet ist.Single-pole operated X-ray tubes are fundamentally much more suitable for such recordings. in which the focal point is arranged at one end of the X-ray tube.

Einpolige Röhren sind unter der Bezeichnung . Körperhöhlenröhre bekanntgeworden (s. Fig. 2a). Bei diesen Röhren trifft das Elektronenbündel nach Durchgang durch einen langen Metallkanal auf eine dünne, von außen mit einem Kühlmittel bespülte-Metallwand. Die an der Elektronenatiftreff-Single pole tubes are labeled. Body cavity tube has become known (see Fig. 2a). With these tubes the electron beam hits after passing through a long metal channel on a thin metal wall flushed from the outside with a coolant. The at the Elektronatiftreff-

seite entstehenden Röntgenstrahlen gehen durch die Metallwand hindurch nach außen. Die Metallwand besteht aus einem Material, ' das möglichst gute Wärmeleitfähigkeit, einen hohen Schmelzpunkt und genügende Röntgenstrahlendurchlässigkeit besitzt. Solche Materialien sind u.a. Nickel und Kupfer. Zur Erhöhung der Strahlenausbeute kann die Metallwand auf der Innenseite mit einem ίο dünnen Überzug aus einem hochatomigen Element, beispielsweise Platin, versehen, werden.X-rays generated on the side go through the metal wall to the outside. The metal wall consists of a material that has the best possible thermal conductivity has a high melting point and sufficient X-ray permeability. Such materials include nickel and copper. To the The metal wall on the inside with a ίο thin coating of a highly atomic layer can increase the radiation yield Element, such as platinum, are provided.

Aber alle diese bekannten einpoligen Röntgenröhren shad für die genannten Untersuchungen nicht geeignet: In den Fig. 2a bis 2 c bedeutet 1 das Elektronenstrahlertbündel, das von der Glühkathode 4 ausgeht und auf die Brennfleckfläche 2 auf trifft, die ihrerseits ein Bestandteil des. Elektronenkanals 5 ist. Dieser ist an dem Glasteil 6 angeschmolzen und vom Kühlmantel 7 umgeben. Die Röntgenstrahlen 3 treten je nach Lage der Brennfleckfläche ^mehr nach vorn oder nach der Seite aus. 8 sei die Rundschweißnaht eines über die Röntgenröhre geschobenen Rohres, die durchstrahlt - werden soll. Aus Fig. 2 b mit zur Röhrenlängsrichtung senkrecht stehender Brennfleckfläche ist ersichtlich, daß die Schweißnaht niemals senkrecht, d. h. in der günstigen Richtung geringster Wanddicke durchstrahlt werden kann, weil der praktisch verwendbare Öffnungswinkel des Strahlenkegels weniger als i8o^p beträgt. In .praxi beträgt er sogar höchstens 150⁰, weil die Armatur des Kühlmantels die seitliche Ab- ■ strahlung behindert. In Fig. 2 c ist das Anodenende einer "Einpolröhre gemäß Fig. 2a mit abgeschrägter BrennfLeckfläche dargestellt ; dann allerdings kann man die Schweißnaht 8. senkrecht durchstrahlen, aber, wie ohne weiteres ersichtlich, nur auf einem Teil des Umfanges mit einer Aufnahme. Bei der praktischen Durchführung würde man wieder drei Aufnahmen zum Erfassen der vollen 4-5 Schweißnaht benötigen.However, none of these known single-pole X-ray tubes are suitable for the examinations mentioned: In FIGS. 2a to 2c, 1 denotes the electron beam that emanates from the hot cathode 4 and strikes the focal point surface 2, which in turn is part of the electron channel 5 . This is fused to the glass part 6 and surrounded by the cooling jacket 7. The x-rays 3 emerge more to the front or to the side, depending on the position of the focal spot area. 8 is the circular weld seam of a pipe pushed over the X-ray tube, which is to be irradiated. From Fig. 2b, with the focal point surface perpendicular to the longitudinal direction of the tube, it can be seen that the weld seam can never be irradiated vertically, ie in the most favorable direction of the smallest wall thickness, because the practically usable opening angle of the beam cone is less than i8o ^p . In practice it even amounts to a maximum of 150 ⁰ , because the armature of the cooling jacket hinders the ■ radiation from the side. In Fig. 2c the anode end of a "single-pole tube according to Fig. 2a is shown with a beveled focal surface; then, however, the weld seam 8 can be irradiated vertically, but, as can be readily seen, only on part of the circumference with a receptacle practical implementation one would again need three recordings to capture the full 4-5 weld seam.

Es wurden jedoch auch andere Röhren bekannt, bei denen die Anode, vom Brennfleck aus gesehen, konkav gewölbt ist, jedoch mit einem so- großen Durchmesser der Wölbung, daß die gewünschte Erzeugung scharf zeich- ^: nender, hoch belastbarer Brennflecke damit unmöglich ist. Beide Vorzüge., nämlich die hohe Belastbarkeit bei scharf zeichnendem Brennfleck und die Abstrahlung· nach allen Richtungen, werden durch die erfiridungsgemäße Röhrenausbildung vereinigt. Sie besteht darin, daß bei einer einpolig zu betreibenden Röntgenröhre mit einer einen Teil der Außenwand bildenden Anodenfläche, die, von der Kathode aus gesehen, konkav gewölbt ist und von "den Röntgenstrahlen durch drungen wird, nunmehr die von den Kathodenstrahlen symmetrisch getroffene Anodenfläche halbkugel- oder kegelmantelförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser bzw. eine Basis aufweist, die nur. wenig größer als der Durchmesser des einen scharf zeichnenden Brennfleck erzeugenden Kathodenstrahl-.bündels ist. Die Anodenfläche ist, vom Brennfleck aus gesehen, konkav nach außen gewölbt, bildet 'einen Teil der Röhrenwand und kann in ihrer vollen Ausdehnung vonaußen gekühlt werden. Man erreicht dies zweckmäßig durch räumliche Ausbildung des Brennflecks, z. B. in Form eines Kreiskegels mit beispielsweise 6o° Öffnungswinkel; denn während eine ebene Kreisfläche von 4 mm Durchmesser nur 12 mm² beträgt, ist die der Abkühlung dienende Mantelfläche eines solchen Kreiskegels 28 mm² groß, wenn der Durchmesser des Grundkreises ebenfalls 4 mm beträgt. Die Erhöhung der Belastbarkeit beträgt bei gleicher Brennfleckschärfe also rund das 2,3f,ache, verglichen mit einem flächenhaften Rundfokus. In Fig. 1 bedeutet ι das Elektronensrrahlbundel, das von einer spiralig gewickelten, kreisförmigen Glühkathode-erzeugt wird. 2 ist eine dünnwandige, kreisfcegelförmige Anode, durch deren Wandung die Röntgenstrahlen 3 nach außen treten.There are, however, known also other tubes in which the anode, viewed from the focal spot of, is concave, however, that the desired production sharp drawings with a so large diameter of ^curvature: nender, highly resilient focal spots is thus impossible. Both advantages, namely the high load capacity with a sharply defined focal point and the radiation in all directions, are combined by the tube design according to the invention. It consists in that in a single-pole to be operated X-ray tube with a part of the outer wall forming the anode surface which, as viewed from the cathode, a concave curvature and the X-rays is of "by penetrated, now arranged symmetrically taken by the cathode ray anode surface hemispherical or is conical and has a diameter or a base which is only slightly larger than the diameter of the cathode ray bundle which produces a sharply defined focal point Part of the tube wall and can be cooled in its full extent from the outside. This can be achieved by the spatial formation of the focal point, e.g. in the form of a circular cone with, for example, a 60 ° opening angle; while a flat circular area of 4 mm diameter only 12 mm ² is, the surface area of such a circular cone used for cooling is 28 mm ² gr oß if the diameter of the base circle is also 4 mm. With the same focal point sharpness, the increase in load capacity is around 2.3 times, compared to a flat, round focus. In Fig. 1, ι denotes the electron beam that is generated by a spirally wound, circular hot cathode. 2 is a thin-walled, circular cone-shaped anode, through the walls of which the X-rays 3 pass to the outside.

Man verbessert noch die Abstrahlbarkeit, wenn man den Brennfleck an das Ende eines Kanals legt, dessen Außendurchmesser in der Nähe des Brennflecks den Brennfleckdurchmesser nur unwesentlich überschreitet. Da- mit erhält man einen Strahlenöfrhungswinkel von mehr als i8o° bei praktisch gleichbleibender Strahlenintensität innerhalb dieses Öffnungswinkels. The emittability is improved if the focal point is at the end of a Channel places whose outer diameter in the vicinity of the focal spot only slightly exceeds the focal spot diameter. There- with one obtains a beam opening angle of more than 180 ° with practically the same Beam intensity within this opening angle.

Dies geht aus Fig. 3a und 3'b deutlich hervor; dabei bedeutet 1 das Elektronenstrahlbündel, 2 die räumliche Brennfleckfläche am Ende eines Kanals kleinen Durchmessers, 3 die austretenden Röntgenstrahlen, 4 die Glühkathode, S einen die Kathode überall konzentrisch um- tos gebenden, im Betrieb an Erde liegenden Metallmantel, der an dem Glasteil 6 wie üblich angeschmolzen ist. 7 ist ein Kühlmantel, der sich der Form des metallischen Anodenkörpers ungefähr anschließt und im Betrieb von Wasser durchflossen ist. In Fig. 3 b ist der Anodenteil vergrößert wiedergegeben· Die konzentrische Führung von Kathode und Anode gewährleistet leine gleichmäßige Feldverteilung; an der Stelle, wo der Anodenylinder in den Glaskörper übergeht, kann der Feldübergang durch stufenweises Aufwickeln ieines Halbleiters gemildert werden. Dies ist schematisch unter der Ziffer 9 in Fig. 3a angedeutet.This can be seen clearly from FIGS. 3a and 3'b; where 1 means the electron beam, 2 the spatial focal point area at the end of a small diameter channel, 3 the exiting X-rays, 4 the hot cathode, S one that circulates concentrically around the cathode and is connected to earth during operation Metal jacket which is fused to the glass part 6 as usual. 7 is a cooling jacket, which approximates the shape of the metallic anode body and im Operation is traversed by water. In Fig. 3b the anode part is shown enlarged. The concentric guidance of the cathode and anode ensures a uniform field distribution; at the point where the anode cylinder merges into the glass body the field transition can be alleviated by gradually winding up a semiconductor. This is indicated schematically under the number 9 in Fig. 3a.

Die Verlegung des Bnennflecks an das Ende eines Kanals Ideinen Durchmessers hat aberHowever, the relocation of the nominal spot to the end of a channel I has a diameter

noch einen weiteren Vorteil. Für manche Prüfungen ist es nämlich zweckmäßig, den Brennfleck so nahe wie irgend möglich an eine Fläche des zu untersuchenden Werk-Stückes heranzubringen. Dies gilt z. B. für die röntgenographische Prüfung von Kehlnähten. Es hat sich gezeigt, daß man Schweißungen möglichst in Richtung der Bindeflächen durchstrahlen muß, um die sehr feinen Bindefehler ausfindig zu machen. Diese Forderung kann aber bei Kehlnähten. meist nicht erfüllt werden, weil man mit dem Brennfleck der Röntgenröhre nicht nahe genug an eine der verschweißten Blechwände herankommen kann. Dabei würde auch der kleine Abstand zwischen Prüfobjekt und Brennfleck stören, der durch den Wasserspiegel>,über der AnDdan,-fläche verursacht ist.yet another benefit. For some exams it is useful to use the Focal spot as close as possible to a surface of the work piece to be examined bring up. This applies e.g. B. for the radiographic examination of fillet welds. It has been shown that welds can be made as far as possible in the direction of the bonding surfaces must shine through in order to locate the very fine binding errors. This requirement but can with fillet welds. mostly not met because you are dealing with the focal point the X-ray tube cannot get close enough to one of the welded sheet metal walls can. The small distance between the test object and the focal point would also interfere, that through the water level>, above the anDdan, surface is caused.

Rechnerische Überlegungen zeigen nun, daß bei 'einer Röhre gemäß der Erfindung der Kühlmantel bis etwa zu einer Röhrenbelastung von 500 Watt nicht notwendigerweise über den Brennfleck gezogen werden muß (direkte Wasserbespülung der Anode), sondern daß der Kühlmantel unmittelbar hinter dem Brennfleck beginnen kann (Fig. 3 c). Die Wärmeableitung ist bei so kleinen Entfernungen von der eigentlichen Erwärmungszone noch groß genug, um unzulässige Temperaturen im Brennfleck zu verhindern. -Dadurch erreicht man aber das erstrebte Ziel, den Brennfleck unmittelbar an die Wand des Prüflings heranbringen zu können. In Fig. 4 ist 1 der Anodanteil der Röntgenröhre, 2 die Bindefläche zwisehen den verschweißten Blechen 3 und 4. Die Durchstrahlung erfolgt nun praktisch in Richtung der Bindefläche 2.Computational considerations now show that in 'a tube according to the invention Cooling jacket not necessarily over up to a tube load of about 500 watts the focal point must be drawn (direct water flushing of the anode), but that the cooling jacket can begin immediately behind the focal point (Fig. 3 c). The heat dissipation at such a small distance from the actual heating zone is still large enough to avoid impermissible temperatures in the To prevent focal point. -However, this achieves the desired goal, the focal point to be able to bring it directly to the wall of the test object. In Fig. 4, 1 is the anode fraction the X-ray tube, 2 the bonding surface between the welded sheets 3 and 4. The Radiation now takes place practically in the direction of the binding surface 2.

Da die ohne direkte Kühlung zulässige Belastung von rund 500 Watt für viele Fälle nicht ausreicht, können auswechselbare Kühlmäntel vorgesehen werden.Since the load of around 500 watts permitted without direct cooling for many cases is not sufficient, replaceable cooling jackets can be provided.

Die beschriebene Röhre, also mit 'einem räumlichen an einem Ende der Röhre vorgesehenen Brennfleck, läßt endlich in besonders bequemer Weise die wirksame Brennfleckgröße und -form begrenzen. Man kann nämlich auswechselbare kleine Bleikörper über den Brennfleck setzen mit Bohrungen, deren Innendurchmesser der gewünschten Brennfleckgröße entspricht. Man kann auf diese Weise auch strichförmige oder überhaupt beliebige Brennfleckformen ausblenden, wobei allerdings die Gesamtbelastung des Brennflecks unbeachtet der Größe des ausgeblendeten Brennflecks immer gleichbleibt. Die Möglichkeit, eine solche wirksame Ausblendung vorzunehmen, ist gegenüber anderen Röhren dadurch gegeben, daß die Blende fast unmittelbar am Brennfleck angebracht werden kann.The tube described, that is, with a spatial one provided at one end of the tube Focal spot, finally leaves the effective focal spot size in a particularly convenient way and shape. You can namely use interchangeable small lead bodies Set the focal spot with bores, the inside diameter of which corresponds to the desired focal spot size is equivalent to. In this way, you can also use lines or any Hide focal spot shapes, but the total load on the focal spot remains the same regardless of the size of the faded out focal point. The possibility of such an effective masking compared to other tubes is that the diaphragm is attached almost directly to the focal point can.

Daß auch die Strahlenaustrittsrichtung durch solche Blenden beliebig gewählt werden kann, ist ohne weiteres einleuchtend. In Fig·. 5 ist die erläuterte Möglichkeit der Ausblendung an einem Beispiel dargestellt. Dabei ist wiederum 2 die Brennfleckfläche, 3 das Röntgenstrahlenbündel und 10 ein beliebig gewählter Blendenkörper z.B. aus Blei.That the beam exit direction can also be chosen arbitrarily through such diaphragms can is obvious. In Fig. 5 is the explained possibility of masking shown in an example. Again, 2 is the focal spot area, 3 is the X-ray beam and 10 any chosen visor body, e.g. made of lead.

Claims

Patent claims:

1. Single-pole operated X-ray tube with a part of the outer wall Anode surface which, as seen from the cathode, is concave and penetrated by the X-rays, characterized in that the anode surface hit symmetrically by the cathode rays is hemispherical or cone-shaped is formed and has a diameter or a base that is only slightly larger than the diameter of the a cathode ray beam producing a sharply defined focal point.

2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the focal spot is arranged at the end of a channel, the diameter of which in the vicinity of the focal spot only slightly exceeds the focal spot diameter.

3. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the * anode cooling jacket begins behind the focal point area.

4. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the tube with exchangeable anode cooling jackets is provided.

5. X-ray tube according to claim i, characterized in that on the anode side the tube aperture heads made of lead with different holes are attached, which allow different effective focal spot sizes and beam exit directions to be selected.

1 sheet of drawings