DE688829C - Hochleistungsroentgenroehre mit einem gegen die Elektronen-Rueckdiffusion eingekapselten Brennfleck und einem strahlungsgekuehlten Fenster - Google Patents

Hochleistungsroentgenroehre mit einem gegen die Elektronen-Rueckdiffusion eingekapselten Brennfleck und einem strahlungsgekuehlten Fenster

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DE688829C
DE688829C DE1938A0087578 DEA0087578D DE688829C DE 688829 C DE688829 C DE 688829C DE 1938A0087578 DE1938A0087578 DE 1938A0087578 DE A0087578 D DEA0087578 D DE A0087578D DE 688829 C DE688829 C DE 688829C
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DE
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radiation
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DE1938A0087578
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Dr Phys Kurt Lenz
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AEG AG
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AEG AG
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/16Vessels; Containers; Shields associated therewith
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    • HELECTRICITY
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    • H01J2235/16Vessels
    • H01J2235/165Shielding arrangements
    • H01J2235/168Shielding arrangements against charged particles

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  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • Hochleistungsröntgenröhre mit einem gegen die Elektronen-Rückdiffusion eingekapselten Brennfleck und einem strahlungsgekühlten Fenster Röntgenröhren mit einer einfachen Antikathode, bei denen der Brennfleck offenliegt, haben bekanntlich den Nachteil, daß die Glaswand von im Brennfleck reflektierten Elektronen getroffen wird. Zur Vermeidung der dadurch bedingten Übelstände wurde der sog. E-Anodenkopf (Elektronenschutz) eingeführt, bei dem der Elektronenstrahl durch einen Kanal in das Innere der Anode eindringt und durch eine Wolframplatte abgebremst wird. Um die Elektronen allseitig abzuschirmen, jedoch die Röntgenstrahlen in der gewünschten Richtung austreten zulassen, wird die durch die Anodenwanid gebohrte S:trahlenaustrittsäffnung durch das -sog. Fenster abgedeckt, das aus so dünnem Material besteht, daß die Röntgenstrahlen ungehindert hindurchtreten können, die reflektierenden Elektronen jedoch aufgefangen werden.
  • Dieses Fenster bereitet Schwierigkelten, wenn man die Leistung der Röntgenröhren steigern will, und zugleich einen bestimmten Öffnungswinkel des austretenden Röntgenstrahlenbündels einhalten muß. Die im Brennfleck reflektierten und von innen auf den Kanal und auf das- Fenster aufprallenden Elektronen führen nämlich einen beträchtlichen Teil der Anodenleistung mit sich. Während man bei flüssigkeitsgekühlten Röntgenröhren die Wände des E-Kopfes dick machen und die erzeugte Wärme verhältnismäßig einfach zu den gekühlten Stellen dei Anode abführen kann, ist dies bei dem Fenster wegen seiner dünnen Wandstärke schwierig.
  • Es gibt zwei Möglichkeiten, die durch Elektronenaufprall im Fenster entstehende-Wärme abzuführen. Der eine Weg ist der, daß man das Material so dick macht, wie es mit Rücksicht auf die Durchlässigkeit für die Röntgenstrahlen gerade möglich ist, und ihm eine möglichst große Wärmeleitfähigkeit gibt. Die Wärme fließt dann durch das Fensterblech zum Rand und geht dort auf die übrigen Anodenteile über. Dieser Weg wurde bisher bei flüssigkeitsgekühlten Röhren immer beschritten. Das Fenster bestand meistens aus Kupfer. Da dessen Durchlässigkeit für Röntgen-'.' strahlen gering ist, maßte die Wandsität-k(#' sehr klein sein. Bei höherer Belastung bei Bann daher das Kupfer zu schmelzen oder :#ü.: verdampfen. Um das Fenster dicker machen zu können, hat man es aus Metallen hergestellt, die .eine sehr hohe Röntgenstrahlendurch.lässigkeit besitzen, z. B. Beryllium. Dieses läßt sich aber schwer mit dem Anodenmetall gut wärmeleitend verbinden. Die neuerdings von Röntgenröhren geforderten Leistungen lassen sich auf diesem Wege nicht mehr .erreichen.
  • Der andere Weg ist die Strahlungskühlung des Fensters. Hierbei strahlt jedes Flächenelement des Fensters ebensoviel Wärme nach außen und innen ab, wie .es durch Elektronenaufprall empfängt. Die Wärmeleitung zum Rand braucht dabei keinen Beitrag zur Energieabführung zu leisten. Man kann das Fenster mit Leichtigkeit so dünn machen, daß die Röntgenstrählen ungehindert hindurchgehen. Die Flächenbelastung und damit die erforderliche Abstrahlleistung pro Quadratzentimeter wird verkleinert durch Vergrößerung des Anodendurchmessers, da die Elektronendichte mit dem Abstand vom Brennfleck kleiner wird. Somit kann theoretisch jede Leistung von einem geeignet geschalteten Fenster bewältigt werden.
  • In der Praxis sind der Vergrößerung des Anodenkopfes Grenzen gesetzt, vornehmlich durch dessen Gewicht, aber auch durch die Forderung, .daß die Röhren möglichst klein werden sollen. Man benutzt daher Fenster, die eine sehr hohe Temperatur vertragen, und wählt als Material dünne Folien aus hitzebeständigem Metall. Die Anwendung solcher strahlungsgekühlten Fenster ist bekannt bei strahlungsgekühlten Anoden, d. h, bei Röntgenröhren, bei denen die Anodenleistung nicht durch ein Kühlmittel abgeführt wird, sondern durch die Abstrahlung von der glühenden Anode. So wurde von der Erfinderin z. B. ein aus Wolfram gesinterter E-Kopf verwendet mit einer Fensterfolie aus dünnem Wolframblech. Die mit solchen Röhren erzielbaren Leistungen reichen aber für die heute gestellten Ansprüche nicht mehr aus.
  • Es ist unbedingt erforderlich, die großen Energiemengen durch eine intensive Flüssigkeitskühlung abzuführen. Um die Wärme vom Brennfleck fortzuleiten, ist ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, -,vie z. B. Kupfer, erforderlich. Setzt man aber in eine,Kupferanode ein Fenster, dessen Temperatur im Betrieb sehr hoch liegt, so wird an den Berührungsstellen des Fensterbleches mit dem Kupfer dieses örtlich überbitzt und zur Verdarnpfung kommen. Der dadurch in der Röhre entstehende Metallniederschlag führt zu >ascher Zerstörung derselben. E,rfindungs-.:g@mäß wird nun das Fenster so in die Wanditmng des Anodenkopfes ,eingesetzt, daß an Deinem Rand ein Streifen von bestimmter Breite durch das Anodenmetall gegen den Elektronenaufprall abgeschirmt wird und keine Wärme empfängt. Während die Mitte des Fensters hell glüht, besteht in dem abgeschirmten Streifen ein sehr starkes Temperaturgefälle nach dem Rand zu, da man ja das Blech äußerst dünn machen kann. Am Rand wird das Fensterblech am besten durch Lötung mit dem Anodenmetall verbunden, so daß überall eine gleichmäßige Wärmeableitung stattfinden kann.
  • Wie bereits gesagt wurde, wird die Flächenbelastung um so kleiner, je größer der Abstand des Fensters vom Brennfleck wird. Bisher setzte man im allgemeinen ein ebenes Fenster in die Anode ein. Will man aber möglichst weit vom Brennfleck abrücken, so wird die Fläche des Fensters durch die Krümmung des Anodenkopfes begrenzt und damit auch der Strahlenöffnungswinkel. Die ebene Fläche der bisher verwendeten Fenster ergab sich aus der besten Herstelhungsmöglichkeit. Ein der Erfindung entsprechendes strahlungsgekühltes Fenster läßt sich aber in einfacher Weise zylindrisch herstellen, wodurch der größtmögliche Strahlenöffnungswink.el gewährleistet ist bei bester Ausnutzung des AnodenduTchmessers. Gleichzeitig wird die abstrahlende Fläche durch die zylindrische Ausbildung gegenüber ;der ebenen noch vergrö'ßer t.
  • Die Abbildungen zeigen ein Ausführüingsbeispiel der Erfindung. Die Abb. r ist das Schnittbild durch den vorderen Teil des Anodenkopfes. Der Elektronenstrahl E tritt durch den Kanal I< in den Anodenleopf aus Kupfer ein und trifft die eingebettete Wolframplatte W im Brennfleck, von dem die Röntgenstrahlen sowie auch die reflektierten Elektronen nach allen Seiten ausgehen. Die konische Bohrung durch das Kupfer läßt senkrecht zur Röhrenachse nur ein bestimmtes Strahlenbündel hindurch, während der durch, den Kanal austretende Anteil durch die nicht gezeichnete Kathode abgefangen wird. Die volle Intensität besitzt das Bündel mit dem öffnungswinkel AB; es wird durch ein Halbschattengebiet CD umgeben. Die Fensterfolie F ist außen auf die Anode aufgelegt und bei a angelötet. Die vom Brennfleck ausgehenden Elektronen können das Fenster nur in dem Teil b-b treffen, der dadurch hocherhitzt wird. In dem ringförmigen Randstreifen von der Breite a-b liegt das Blech nicht am Kupfer an. In diesem Teil tritt daher ein Temperaturabfall auf von der Glühtemperatur im Teil b-b bis auf die Temperatur des Kupfers in der Lötnahta. Würde die Aussparung von der Breite a-b fehlen, so würde die Fensterfolie, die z. B. bei Verwendung von Tantal im Betrieb eine Temperatuir von über 2000° C haben kann, an der Stelle b an Kupfer anliegend dieses örtlich zum Schmelzen bringen; geschmolzenes Kupfer würde sich auf der heißen Folie ausbreiten und verdampfen.
  • Die Abb.2 zeigt einen Schnitt durch die Ebene S-S in der Richtung des Elektronenstrahles gesehen. Man erkennt das vom Brennfleck Br ausgehende Nutzstrahlenbündel AB und den Halbschattenkegel CD. Die zylindrische Membran a-b-b-a vdird im Teil b-b durch Elektronenaufprall erhitzt und im. Teil a-b durch das Kupfer abgedeckt. Die Wärmeabstrahlung des Fensters wird zweckmäßigerweise durch eine besondere Ausbildung der Oberflächea-b-b-r4, wieAufrauhen oder Scbwärzung oder durch andere Mittel, erhöht.

Claims (4)

  1. PATE NTANSPRÜCHE E: i. Hochleistu@agsröntgenröhre mit :einem gegen die Elektronen-Rückdiffusion eingekapselten Brennfleck und einem strahlungsgekühlten Fenster, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster aus einer horch hitzebeständigen Folie so. eingesetzt ist, daß ein Streifen an seinem Rand, der mit dein. Anodenmetall verbunden ist, durch einen nach innen überstehenden Teil des Anodenkörpers gegen Elektronenaufprall abgeschirmt wird, so daß ein starkess Temperaturgefälle in diesem Randstreifen auftritt.
  2. 2. Anodenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die das Fenster bildende Folie so dünn ist, daß die Wärmeableitung durch den Folienquerschnitt klein ist gegen die Abstrahlung von der Oberfläche.
  3. 3. Anodenanordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlung des Fensters durch besondere Ausbildung der Oberfläche, wie Aufrauhen, Schwärzung o. dgl., erhöht wird.
  4. 4. Anodenanordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster nicht eben ist, sondern einen Teil eines Zylindermantels bildet.
DE1938A0087578 1938-07-23 1938-07-24 Hochleistungsroentgenroehre mit einem gegen die Elektronen-Rueckdiffusion eingekapselten Brennfleck und einem strahlungsgekuehlten Fenster Expired DE688829C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2723874A1 (de) * 1976-05-26 1977-12-01 Tokyo Shibaura Electric Co Festanoden-roentgenstrahlroehre

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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