DE69618283T2 - Röntgenquelle mit magnetisch unterstützter Kathode - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlerzeugungsquelle und ein Verfahren zum Aufhängen eines Kathodenmittels mit einer rotierenden Anode und einer stationären Kathode und insbesondere ein Mittel zum magnetischen Abstützen einer Kathode einer Röntgenstrahlerzeugungsquelle mit rotierender Anode.
• Röntgenquellen mit hoher Intensität sind für Anwendungen gefragt, die von der medizinischen Abbildung bis zur zerstörungsfreien Auswertung und zu Beugungsuntersuchungen reichen. In Röntgenstrahlerzeugungsquellen wird eine Wolke von Elektronen, die von einer Kathode ausgesandt werden, auf eine hohe Energie beschleunigt und treffen in einem Brennpunkt auf ein Anodenziel auf. Die Anode sendet als Reaktion auf die auftreffenden Elektronen Röntgenstrahlen aus. Wenn Elektronen auf die Anodenoberfläche auftreffen, wird nur ein kleiner Bruchteil ihrer Energie in Röntgenstrahlen umgewandelt, während der Hauptteil der Energie als Wärme freigesetzt wird, wodurch die Anodentemperatur beim Betrieb erhöht wird. Die Anoden von Röntgenquellen mit feststehender Anode sind im allgemeinen mit einem Kühlfluid oder Luft versehen, um die Wärme zu beseitigen. Eine signifikante Wärme wird an dem ortsfesten Brennpunkt erzeugt, was die Energieausgabe oder die Betriebszeit der Quelle begrenzt.
• Die Lösung für dieses Problem wurde im Drehen der Anode der Röntgenvorrichtung gefunden. Röhren mit rotierender Anode haben feststehende Anoden zum größten Teil ersetzt; siehe A. Ungelenk US-Patent Nr. 2 111 412; M. J. Gross et al.; US-Patent Nr. 2 121 630 für Beispiele solcher Röhren. Die Verwendung einer Rotationsanode verteilt die Wärme über eine große Fläche des Ziels, während ein schmaler Brennpunkt aufrechterhalten wird, und sieht eine erhöhte Ausgangsleistung und längere Betriebszeiten vor. Selbst bei der Rotationsanodenkonstruktion liefern jedoch diese Röhren weiterhin viele bleibende Probleme, wie z. B. geeignete Anodenkühlung, unzureichende Lagerlebensdauer und Probleme bei der Herstellung. Röhren, die nach Ungelenk und Gross entworfen sind, weisen die vorstehend erwähnten Begrenzungen auf. Bei der Ungelenk-Röhre ist eine vakuumdichte Drehdichtung erforderlich, um die Drehbewegung für die Anode vorzusehen, und es wird festgestellt, daß diese Dichtungen über eine Zeitdauer lecken. Die Röhre von Gross sieht ein vakuumdichtes Gehäuse vor, wobei der Stator eines Induktionsmotors außerhalb des Vakuumgehäuses liegt und sein Rotor und die Anode an Lagern innerhalb des Vakuumgehäuses montiert sind. Eine Begrenzung der Gross- Röhre besteht darin, daß die Anode hauptsächlich durch Wärmestrahlung gekühlt wird, die außer bei sehr hohen Temperaturen ineffizient ist. Da die Anodenstruktur in einer Vakuumumgebung arbeitet, können die den Motorrotor und die Anode abstützenden Lager nicht geschmiert werden, nachdem die Röhre versiegelt ist, was zu einer verkürzten Lagerlebensdauer führt.
• Verschiedene Lösungen wurden zum Korrigieren dieser Nachteile vorgeschlagen. Durch Drehen des gesamten Vakuumgehäuses, einschließlich der Anode, die einen Teil der Drehstruktur bildet, kann man beispielsweise ein strömendes Kühlmittel direkt hinter der Anode zirkulieren lassen, um eine effiziente Kühlung in einem vakuumdichten System vorzusehen. Alternativ kann durch Anbringen von Kühlrippen am rotierenden Vakuumgehäuse eine Luftkühlung verwendet werden. In diesen Systemen muß ein Elektronenquellenmittel innerhalb des rotierenden Gehäuses vorgesehen werden, das die Elektronen auf die Anode fokussiert, so daß die Röntgenstrahlen von einer im Raum ortsfesten Position ausgesandt werden. Eine Methode besteht darin, eine Nähefokussierung von einem Heizfaden oder einer Glühkathode zu verwenden, die innerhalb des rotierenden Vakuumgehäuses stationär gehalten wird. Mehrere Strukturen wurden vorgeschlagen, um die Kathode in einer stationären Position innerhalb des rotierenden Vakuumgehäuses abzustützen. Im US-Patent Nr. 4 878 235 verwendet Anderson Faltenbalge, die sich mit dem Vakuumgehäuse drehen und einen Mechanismus vorsehen, um die Kathode im Raum durch Eingriff mit mechanischen Lagern zu befestigen. In den US- Patenten Nrn. 4 788 705; 5 200 985 und 5 274 690 wird die Kathode an Lagern abgestützt, die mit der Rotationsachse des Vakuumgehäuses zusammenfallen. Eine Magnetkraft, die von einem Magneten außerhalb der Drehstruktur erzeugt wird, wird verwendet, um zu verhindern, daß sich die Kathode dreht.
• Obwohl sie in gewisser Hinsicht zufriedenstellend sind, sind die vorstehend beschriebenen Konstruktionen insofern nachteilig, als sie eine äußerste Präzision erfordern, um sicherzustellen, daß die Achse der Lager, die die Kathode abstützen, und die Achse der Lager, die die rotierenden Vakuumgehäuse abstützen, genau zusammenfallen. Jegliche seitliche Verschiebung dieser zwei Achsen verursacht, daß sich die Kathode radial bewegt, wenn das Gehäuse gedreht wird. Jegliche Winkelverschiebung der zwei Achsen verursacht, daß die Kathode axial schwankt, so daß die Nähefokussierung des Elektronenstahls gestört werden kann. Außerdem kann eine kleine Menge an Reibung in den Kathodenlagern verursachen, daß die Kathode azimutal schwankt, insbesondere wenn eine Magnetfeldeinspannung verwendet wird. Überdies ist in den Röntgenröhren, die mechanische Lager innerhalb eines Vakuumgehäuses verwenden, eine Wärmeentwicklung in den Lagern eine Hauptursache für einen Röhrenausfall. Die Lager sind zum Schmieren nicht zugänglich, so daß die während der Herstellung angewendete Schmierung die Lebensdauer der Röhre halten muß. Außerdem müssen die Schmiermittel, die verwendet werden können, einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen, um den Betrieb der Röhre nicht zu stören. Wenn sie verschleißen, erzeugen mechanische Lager häufig ein Geräusch, das für die Leute nahe der Röhre störend ist.
• Die Erfindung ist in verschiedenen alternativen Aspekten in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt.
• Beispiele der Erfindung werden nun mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Röntgenquelle mit einem magnetischen Aufhängungssystem zum Abstützen einer Kathodenanordnung.
• Fig. 2A, 2B und 2C sind Diagramme, die drei Querschnittsbereiche von Fig. 1 zeigen und einen Magnetfeld-Vorspannungsfluß darstellen.
• Fig. 3A und 3B sind Diagramme, die alternative Anordnungen zum Erzeugen des Magnetfeld-Vorspannungsflusses darstellen.
• Fig. 4 ist ein teilweises Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels von Fig. 1, das ein alternatives Ausführungsbeispiel zum Erzeugen des Magnetfeld- Vorspannungsflusses und ein Verfahren zum Liefern eines elektrischen Stroms zur Röntgenkathode darstellt.
• Fig. 5 ist eine Darstellung der Beziehung der elektrischen Verbindung der Nähedetektoren und der Spulen, die für das magnetische Aufhängungssystem verwendet werden.
• Fig. 6 ist ein teilweises Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels.
• Mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt eine Röntgenquelle ein Vakuumgehäuse 10, das durch eine zylindrische Wand 12, die für Strahlung durchlässig ist, eine zylindrische Wand 14, die für Magnetfelder durchlässig ist, einen Anodenabschlußkappenabschnitt 16 und einen Kathodenabschlußkappenabschnitt 18 festgelegt ist. Das Vakuumgehäuse ist durch mechanische Lager 22 und 24 abgestützt und kann durch einen Motor mit stationären Statorspulen 32 und einem Rotorelement 34, das an der Anodenabschlußkappe 16 befestigt ist, um eine Z-Achse gedreht werden. Die Lager 22 und 24 können, falls erwünscht, gegen Magnetlager ausgetauscht werden. Die Röntgenanodenbahn 20 innerhalb des Vakuumgehäuses 10 kann durch Luft, Wasser oder ein anderes Kühlfluid, das mit der Anodenbahn 20 in Wärmekontakt steht, gekühlt werden. Das Kühlmittel kann man von einem externen Wärmetauscher (nicht dargestellt) über eine Drehstopfbüchse 40 zum Eingangskanal 36, durch den Kanal 37 hinter der Anodenbahn 20 und den Ausgangskanal 38 im Anodenabschlußkappenabschnitt 16 des Vakuumgehäuses 10 umlaufen lassen. Die Einzelheiten der Konstruktions- und Betriebseigenschaften des Kühlsystems für die Röntgenquelle mit hoher Intensität sind im US- Patent Nr. 4 788 705 von Anderson offenbart.
• Die Kathodenanordnung 50, die sich innerhalb des Vakuumgehäuses 10 befindet, umfaßt eine Röntgenkathode 52 und einen Magnetsuszeptor 53. Die Kathodenanordnung 50 bleibt im Raum ortsfest und wird von der Magnetanordnung 70 getragen, die stationär bleibt. Die Röntgenkathode 52 kann ein Heizdraht, eine Oxidkathode, eine Vorratskathode oder ein anderes einen Elektronenstrahl aussendendes Mittel sein und umfaßt ein Mittel zum Fokussieren des ausgesandten Elektronenstrahls auf einen vorbestimmten Bereich der Röntgenanodenbahn 20. Eine induktive Kopplung wie z. B. ein Transformator mit einer Primär- 55 und einer Sekundärspule 56 ist zum Überführen von elektrischer Energie über das rotierende Vakuumgehäuse zur Kathodenanordnung 50 vorgesehen, um die Kathode 52 zu heizen. Eine Röntgenkathoden-Stromversorgung 60 führt die Wechselspannungs- oder RF-Energie der Transformatorprimärspule 55 zu. Von der Kathode 52 ausgesandte Elektronen bewegen sich über den Vakuumraum 58 und treffen auf die Anodenbahn 20 auf, wodurch Röntgenstrahlen erzeugt werden. Der Weg des elektrischen Stroms wird durch den Elektronenfluß durch den Anodenabschlußkappenabschnitt 16, das Anodenlager 22 über den Draht 26 zum positiven Anschluß der Hochspannungsquelle 62 fortgesetzt. Im rotierenden Vakuumgehäuse, das an Magnetlagern abgestützt wird, sieht ein Schleifringkontakt den elektrischen Weg zwischen dem Anodenabschlußkappenabschnitt 16 und dem Draht 26 vor. Der Elektronenstromweg setzt sich vom negativen Anschluß der Hochspannungsquelle 62 über den Draht 28, den Schleifring 42 zur Zusatzkathode 66 fort. Strom von der Zusatzkathoden- Stromversorgung 64, die durch Schleifringe 42 und 44 angekoppelt ist, heizt die Zusatzkathode 66. Von der Zusatzkathode 66 ausgesandte Elektronen bewegen sich über den Vakuumraum 67 zur Zusatzanode 68 und über die Verdrahtung in der Kathodenanordnung 50 weiter zur Röntgenkathode 52. Durch Steuern des Heizstroms für die Zusatzkathode 66 kann die Spannung über dem Vakuumraum 67 auf einem ziemlich niedrigen Wert, typischerweise mehreren Hundert Volt, gehalten werden, während die Spannung über dem Vakuumraum 58 typischerweise 140000 Volt betragen könnte. Das Übertragen des Stroms in einer nicht-leitenden Weise vom negativen Anschluß der Hochspannungsquelle 62 zur Kathodenanordnung 50 kann durch beliebige andere auf dem Fachgebiet bekannte Anordnungen durchgeführt werden.
• Das magnetische Aufhängungssystem, das die Kathodenanordnung 50 abstützt, umfaßt eine Magnetanordnung 70, einen Magnetsuszeptor 53, der an der Kathodenanordnung 50 montiert ist und aus einem Material mit magnetischer Suszeptibilität beseht, Nähesensoren 81, 82, 86 und 87 und ein elektronisches Regelsystem. Die Magnetanordnung 70 umfaßt zwei Ringe von Elektromagneten, einen A-Ring in der Ebene A-A und einen B-Ring in der Ebene B-B von Fig. 1. Jeder Ring weist 4 oder 8 Spulen an den jeweiligen Speichen auf. Einige mögliche Anordnungen der Systeme mit 4 Spulen werden mit Bezug auf die Fig. 2A, 2B, 3A, 3B, 4B und 4C beschrieben. Eine Beschreibung des Systems mit 8 Spulen wird mit Bezug auf Fig. 6 durchgeführt. Die Nähesensoren und ihre Regelelektronik werden von einer Anzahl von Firmen hergestellt, einschließlich Kaman Instrument Corporation in Colorado Springs, CO, ACVON-Advanced Controls Technology, Inc. Northridge, CA, und Electro Corporation in Sarasota, FL. Das Sensorausgangssignal wird so aufgefaßt, daß es das Ausgangssignal des Sensors bedeutet, nachdem das Sensorsignal von seiner Regelelektronik verarbeitet wurde. Die Verwendung von elektronischen Regelsystemen mit Rückkopplung, um Magnetkörper aufzuhängen, war auf dem Fachgebiet bekannt. F. T. Holms beschreibt ein solches System in seinem Dokument "Axial Magnetic Suspensions", Rev. Sci. Instr. 8, S. 444 (1937). Solche Systeme dienen als Basis für die Funktion von Magnetlagern. Eine Quelle für Hintergrundinformationen über magnetische Aufhängungssysteme mit Magnetlagern ist das Buch "Magnetic Bearings", G. Schweitzer, Hrsg. Springer-Verlag (1988). Eine neuere Information steht in der Veröffentlichung "Proceedings of MAG '93 Magnetic Bearings, Magnetic Drives and Dry Gas Seals Conference & Exhibition" (29.-30. Juli 1993, Alexandria, Virginia), Technomec Publishing Co. Inc., Lancaster, PA.
• Beim Betrieb wird die Kathodenanordnung 50 ohne irgendeinen physischen Kontakt mit dem umgebenden Vakuumgehäuse 10 magnetisch abgestützt. Da die elektromagnetischen Stellglieder, die dieses Aufhängungssystem bilden, ohne Rückkopplung instabil sind, wird ein Rückkopplungsregelungssystem verwendet, um die Stabilität sicherzustellen. Die Kraft zwischen einem Magneten und einem magnetischen Material ist von Natur aus anziehend. Die Kräfte sind zum Quadrat des Spalts zwischen dem Magneten und dem magnetischen Material umgekehrt proportional. Wenn sich das magnetische Material näher an den Magneten bewegt, nimmt die Kraft folglich zu, was bewirkt, daß sich das Material noch näher bewegt, bis ein Kontakt erreicht ist. Um eine stabile Abstützung vorzusehen, ist eine geschlossene Regelschleife des Magnetstroms erforderlich. Diese wird durch Abtasten der Position des magnetischen Materials unter Verwendung von mindestens einem Nähesensor erreicht. Faseroptische Sensoren, die sich auf reflektiertes oder gestreutes Licht verlassen, und Wirbelstrom- oder induktive Sensoren, die sich auf eine Änderung der Induktivität oder Impedanz einer Spule, die mit hoher Frequenz angesteuert wird, verlassen, können als Nähesensoren verwendet werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können induktive oder Wirbelstromsensoren verwendet werden. Mindestens ein Sensor ist erforderlich, um jeden Freiheitsgrad der Kathodenanordnung mit dem Magnetsuszeptor zu messen, obwohl typischerweise zwei Sensoren verwendet werden, die auf entgegengesetzten Seiten der abgestützten Strukturen angeordnet sind. Unter Verwendung der Differenz der Ausgangsspannung von entgegengesetzten Sensoren minimiert man die Drift- und Verschiebungssignale von den Sensoren, um ein genaueres Steuersignal zu erzeugen. Die Spulen, die die aufgehängte Kathodenanordnung umgeben, arbeiten auch paarweise. Das Aufhängungssystem wird vorzugsweise in einer vorgespannten Betriebsart betrieben, so daß ein von Null verschiedenes Magnetfeld in dem Spalt zwischen dem Magneten und dem magnetischen Material aufrechterhalten wird. Das Steuersignal erhöht oder verringert dann den magnetischen Fluß im Spalt, ohne eine Nettoflußumkehr zu durchlaufen. Diese Art Betrieb macht das Regelsystem linearer. Die Magnetfeldvorspannung sieht auch die Stabilisierung der Position der Kathodenanordnung vor, was eine Bewegung entlang der Z-Achse verhindert und eine Drehung um die Z-Achse verhindert.
• Während des Betriebs wird die Kathodenanordnung 50 vollständig von den Magnetfeldern abgestützt, die durch die Magnetanordnung 70 des magnetischen Aufhängungssystems erzeugt werden. Wenn die Röhre nicht arbeitet, wird die Kathodenanordnung 50 durch Sicherungslager 92 und 93 abgestützt. Vorzugsweise bestehen diese Lager aus einem festen Kunststoffmaterial wie z. B. Kevlar. Sie schützen auch das System im Fall eines Stromausfalls während des Betriebs durch Vorsehen einer Sicherungsabstützung für die Kathodenanordnung 50, während das Vakuumgehäuse 10 noch in Bewegung ist. Beim normalen Betrieb sehen die Sicherungslager 92 und 93 keine Abstützung für die Kathodenanordnung vor, da kein mechanischer Kontakt zwischen den jeweiligen Außenteilen der Lager, die am Vakuumgehäuse 10 befestigt sind, und dem jeweiligen Innenteil der Lager, der an der Kathodenanordnung 50 befestigt ist, existiert.
• Fig. 2A und 2B zeigen zwei Querschnittsansichten der Röntgenquelle in den durch die Linien A-A bzw. B-B von Fig. 1 angegebenen Ebenen. In Fig. 2A sind Spulen 73 und 74 entlang der Y-Achse angeordnet und in einem Winkel von 90 Grad gegenüber den Spulen 71 bzw. 72, die entlang der X- Achse angeordnet sind, versetzt. Jedes Paar von Spulen 71- 72 und 73-74 ist an dem jeweiligen Paar von gegenüberliegenden Speichen montiert. Vorspannungsfelder werden durch Leiten von positiven Strömen durch die Spulen 71 und 72 und negativen Strömen durch die Spulen 73 und 74 aufgebaut. Die Linien 110 geben den Weg und die Richtung der Magnetflußlinien an, die durch die Vorspannungsströme durch diese Spulen erzeugt werden. Die Konvention hinsichtlich des Vorzeichens des Spulenstroms und der Richtung der Flußlinien ist jene, daß ein positiver Strom durch irgendeine der Spulen bewirkt, daß die Flußlinien eine Richtung von der Außenseite der Magnetanordnung 70 zur Innenseite aufweisen. In Fig. 2B sind Spulen 78 und 79 um einen Winkel von 90 Grad gegenüber Spulen 76 bzw. 77 versetzt. Vorspannungsfelder werden durch Leiten von positiven Strömen durch die Spulen 76 und 77 und negativen Strömen durch 78 und 79 erzeugt. Die Linien 110 geben den Weg und die Richtung der Magnetflußlinien an, die durch die Vorspannungsströme durch diese Spulen erzeugt werden.
• Die Quelle für die elektrischen Ströme zum Ansteuern der Spulen wird vom Regler-Verstärker 100, der in Fig. 5 gezeigt ist, abgeleitet. Die elektrischen Ströme weisen zwei Komponenten auf, eine feststehende Komponente, die die Vorspannungsfelder erzeugt, und eine variable Komponente, die eine stabile Position der Kathodenanordnung 50 regelt und aufrechterhält.
• Nähesensoren 81, 82, 86 und 87 (Fig. 1) bleiben ortsfest, während sich die magnetisch durchlässige Wand 14 des Vakuumgehäuses 10 dreht. Die Sensoren mit Regelelektronik liefern eine Ausgangsspannung, die vom Abstand des jeweiligen Sensors zur naheliegenden jeweiligen Metalloberfläche des Elements 80, das an der Kathodenanordnung 50 befestigt ist, abhängt. Das Element 80 besteht aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Aluminium. Wenn sich die Kathodenanordnung 50 beispielsweise in die negative X-Richtung oder in der Ebene A-A von Fig. 1 abwärts bewegt, nimmt die Ausgangsspannung des Sensors 81 zu, da der Spalt zwischen dem Sensor und der Platte zunimmt, und die Spannung vom Sensor 82 nimmt ab, da der Spalt zwischen diesem und der jeweiligen Platte abnimmt. Diese zwei Sensorausgangssignale werden mit dem Regler-Verstärker 100 (Fig. 5) gekoppelt, wobei der Sensor 81 mit dem nicht-invertierenden Eingangskabel 101 des Regler-Verstärkers 100 gekoppelt ist und der Sensor 82 mit dem invertierenden Eingangskabel 102 gekoppelt ist. Diese Signale vereinigen sich im Regler-Verstärker 100, um ein positives Ausgangssignal auf dem Kabel 103 zu erzeugen, das mit der Spule 71 verbunden ist, wodurch ihr magnetischer Fluß weiter verstärkt wird. Ein negatives Ausgangssignal erscheint auf dem Kabel 104, das mit der Spule 72 verbunden ist, wodurch ihr magnetischer Fluß verringert wird. Die. Nettozunahme des Flusses durch die Spule 71 und die Nettabnahme von der Spule 72 bringt gewöhnlich die Kathodenanordnung in ihre ursprüngliche Position zurück. In ähnlicher Weise stellen die Spulen 76 und 77, die Eingangssignale empfangen, die von den Sensoren 86 und 87 abgeleitet sind, die vertikale Bewegung der Kathodenanordnung in der Ebene des Querschnitts B-B zurück. Das Verringern oder Verhindern der vertikalen Bewegung in diesen zwei Ebenen schließt jegliche Verschiebung oder Neigung der Kathodenanordnung 50 in der vertikalen Ebene aus, d. h. verringert oder verhindert die Bewegung in der X- Richtung und die Drehung um die Y-Achse.
• Die horizontalen Bewegungen der Kathodenanordnung 50 werden durch eine ähnliche Anordnung von Magnetspulen und Sensoren entlang der Y-Achse in den zwei Ebenen A-A und B-B geregelt. Diese Spulen sind 73 und 74 im Querschnitt A-A (Fig. 2A) und 78 und 79 im Querschnitt B-B (Fig. 2B). Zusammen mit ihren Regler-Verstärkern und Sensoren (nicht dargestellt) bilden sie ein Regelungssystem, um jegliche Bewegung oder Neigung der Kathodenanordnung 50 in der horizontalen Richtung von Fig. 1 einzuschränken oder stark zu verringern oder auszuschließen, d. h. die Bewegung in der Y-Richtung und die Drehung um die X-Achse stark zu verringern.
• Das vorstehend beschriebene System sieht aktive Rückstellkräfte vor, die 4 Freiheitsgrade einschränken: die Bewegung entlang der X- und der Y-Achse und die Drehung um die Y- und die X-Achse. Eine passive magnetische Einspannung wird auch durch die Vorspannungsflüsse vorgesehen, welche eine Bewegung entlang der Z-Achse oder eine Drehung um die Z-Achse verhindert. Wie in Fig. 2A und 2B zu sehen ist, vergrößert jegliche Drehung des Magnetsuszeptors 53 um die Z-Achse die magnetische Weglänge der Flußlinien und erhöht dadurch die magnetische Energie, was eine Rückstellkraft verursacht. In ähnlicher Weise, wie in Fig. 1 zu sehen ist, erhöht jegliche Bewegung entlang der Z-Achse auch die magnetische Energie, was eine Rückstellkraft verursacht.
• Mittel sind vorgesehen, um die Kathodenanordnung 50 so zu positionieren, daß sie sich im korrekten Winkelquadranten befindet, so daß, wenn an die Magnetanordnung 70 Strom angelegt wird, die Kathode korrekt positioniert wird. Man nehme nun auf Fig. 2C Bezug, die ein Querschnitt in C-C von Fig. 1 ist. Ein Metallpunkt 83, der sich an der Kathodenanordnung 50 befindet, liegt direkt unter Sensoren 85, wenn sich die Röntgenkathode in der korrekten Position für den Betrieb befindet. Bevor die Magnetanordnung 70 erregt wird, wird das Vakuumgehäuse 10 langsam gedreht, was bewirkt, daß sich die Kathodenanordnung 50 mit diesem dreht. Wenn die Sensoren 85 den Metallpunkt 83 erkennen, wird an die Magnetanordnung 70 Strom angelegt, was bewirkt, daß die Kathodenanordnung 50 innerhalb des Vakuumgehäuses 10 aufgehängt wird. Die Geschwindigkeit der Drehung des Vakuumgehäuses wird dann erhöht und eine Hochspannungsleistung wird eingeschaltet, um Röntgenstrahlen zu erzeugen.
• Man nehme nun auf Fig. 5 Bezug, die eine Schaltung zeigt, die die Prinzipien des Betriebs des Rückkopplungsregelungssystems darstellt. Im vorstehend beschriebenen System sind vier solche Regler-Verstärker- Systeme wie in Fig. 5 gezeigt entsprechend den Sensoren, die die vier Freiheitsgrade regeln, die mit aktiver Rückkopplung stabilisiert werden, erforderlich. Der Regler- Verstärker 100 kann Kombinationen von analogen und digitalen Schaltungen, einschließlich Digitalsignalprozessoren, verwenden. Seine Konstruktion muß die speziellen physikalischen und elektrischen Eigenschaften der Nähesensoren, der Magnetspulen, der magnetischen Materialien, des Magnetkreises und die verschiedenen physikalischen Abmessungen und die Massenverteilung der aufgehängten Kathodenanordnung berücksichtigen. Sie muß auch die zweckmäßigen Vorspannungsströme der Magnetspulen liefern. Die Konstruktion von elektromechanischen Rückkopplungssystemen ist gut bekannte Technik. Siehe beispielsweise "Control System Synthesis", John G. Truxal, McGraw-Hill (1955) oder "Digital Control of Dynamic Systems", G. F. Franklin, J. D. Powell & M. L. Workman, Addison-Wesley Publishing Company (1990).
• Zusätzlich zur Bereitstellung von stabilen Rückkopplungs- und Dämpfungseigenschaften kann der Regler-Verstärker auch Vorwärtsregelungsinformationen über das System empfangen, das die Röntgenquelle beinhaltet. In Systemen, in denen die Orientierung der Röntgenquelle während des Betriebs geändert wird, wird ein Signal mit Orientierungsinformation dem Regler-Verstärker zugeführt, welcher die Ströme in den Spulen einstellt, um die Änderung der Orientierung zu kompensieren und die Position der Kathodenanordnung 50 aufrechtzuerhalten. Diese Orientierungsinformation wird von einem oder mehreren Winkelcodierern 105 erhalten, wird durch die Schaltung 106 verarbeitet, um ein Vorwärtsregelungssignal über das Kabel 107 zum Verstärker- Regler 100 und über Kabel 108 zu anderen Verstärker-Reglern zur Regelung des Stroms in den entsprechenden Magnetspulen zu erbringen. In CT-Abtastern ist die Röntgenquelle beispielsweise in einem Rollengerüst angeordnet, das sich um den untersuchten Patienten dreht. Diese Drehung kann zwei nachteilige Wirkungen auf die Röntgenquelle haben. Erstens ändert sich die Richtung des Erdgravitationsfeldes bezüglich der aufgehängten Kathode, wenn sich die Röntgenquelle dreht. Zweitens besteht eine Zentrifugalkraft an der Kathodenanordnung proportional zum Abstand, in der sich die Anordnung von der Drehachse befindet, zur Masse der Kathodenanordnung und zum Quadrat der Drehwinkelgeschwindigkeit. Eine bessere Stabilisierung der aufgehängten Kathodenanordnung 50 wird unter Verwendung dieser Information erreicht. Winkelcodierer 105, die am drehbaren Rollengerüst befestigt sind, erfassen die Rollengerüstorientierung und -drehgeschwindigkeit. Diese Information wird mit der Schaltung 106 gekoppelt, die Kompensationssignale hervorbringt, die jedem der vier Verstärker-Regler zugeführt werden. Die Kompensationssignale berücksichtigen die Zentrifugalkraft an der Kathodenanordnung 50 und die Richtung des Erdgravitationsfeldes bezüglich der aufgehängten Kathodenanordnung 50, wenn sich das Rollengerüst dreht. Korrektursignale für jeden Regler-Verstärker werden von der Schaltung 106 hervorgebracht und mit den entsprechenden Regler-Verstärkern durch Kabel 107 und 108 gekoppelt. Die Regler-Verstärker legen Ströme an die Spulen an, die sie regeln, und stellen dadurch die Magnetfeldstärke ein, die die Kathodenanordnung abstützt, um die scheinbare sich ändernde Richtung des Erdgravitationsfeldes und die Zentrifugalkraft zu kompensieren.
• In dem vorstehend mit Bezug auf Fig. 2A und 2B beschriebenen System wurden dieselben Spulen 71-74 im A- Ring und 76-79 im B-Ring verwendet, um die Vorspannung zu erzeugen und die Magnetfelder zu regeln. Sowohl die Vorspannungs- als auch die Regelströme zum Erzeugen dieser Felder werden durch die Regler-Verstärker 100 erzeugt. In Fig. 3A und 3B werden die Regelfelder immer noch durch die Spulen 71-74 im A-Ring und 76-79 im B-Ring erzeugt, die durch Ströme von den Regler-Verstärkern 100 angesteuert werden. Es besteht eine Anzahl von alternativen Weisen zum Erzeugen der magnetischen Vorspannungsfelder. In Fig. 3A wird das Vorspannungsfeld unter Verwendung von separaten Spulen 112 im äußeren Umfang der Magnetanordnung 70 erzeugt. Die in Fig. 3A gezeigte Struktur stellt diejenige alternative Struktur dar, die sowohl im A-Ring als auch im B-Ring von Fig. 1 verwendet wird. Ströme, die die Vorspannungsspulen 112 ansteuern, werden durch eine separate Stromversorgung (nicht dargestellt) erzeugt.
• Eine weitere alternative Anordnung zum Erzeugen der magnetischen Vorspannungsfelder findet mit Permanentmagneten statt. Permanentmagnete 114 von Fig. 3B werden am äußeren Umfang anstelle der Spulen von Fig. 3A verwendet. "N" bezieht sich auf Nordpole und "S" auf Südpole. Mit Permanentmagneten ist keine Zusatzstromversorgung erforderlich und die Regler- Verstärker 100 müssen keinen Vorspannungsstrom zuführen. Die Spulen 112 von Fig. 3A und die Permanentmagnete 114 von Fig. 3B erzeugen dasselbe Muster des magnetischen Flusses wie das durch die Magnetspulen von Fig. 2A und 2B erzeugte.
• Fig. 4A stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel dar, das Permanentmagnete zum Erzeugen der Vorspannungsfelder verwendet. In Fig. 4A ist nur der linke Teil der Röntgenquelle gezeichnet, da der rechte Teil derselbe ist wie der in Fig. 1 gezeigte. Permanentmagnete 120 werden zum Erzeugen der Vorspannungsfelder verwendet. Die Permanentmagnete 120 erstrecken sich vom Umfang des Rings im Querschnitt E-E zum Ring im Querschnitt D-D. Typischerweise werden vier Permanentmagnete verwendet, die jeweils um 90 Grad um den Ring beabstandet sind. Mehr Permanentmagnete können verwendet werden, falls erwünscht, oder ein einzelner Permanentmagnet in Form eines kurzen Zylinders kann verwendet werden. Die Flußwege 111 von dieser Anordnung sind von den vorstehend erörterten anderen verschieden. Die Richtungen der Vorspannungsflußlinien durch die Spulen müssen berücksichtigt werden, wenn die Verbindungen zwischen den Regler-Verstärkern und den Spulen festgelegt werden. Um eine Kraft zu erzeugen, die dazu neigt, den Spalt zwischen einer Spule und der Kathodenanordnung zu schließen, muß der Spulenstrom in einer Richtung fließen, die den magnetischen Fluß durch die Spule steigert. Um den Spalt zu vergrößern, muß der Strom im Spulenstrom in einer Richtung fließen, um einen Fluß entgegen dem Vorspannungsfluß, der die Spule durchsetzt, zu erzeugen. Die Magnetanordnung 70 mit den Permanentmagneten 120 arbeitet, wie mit Bezug auf Fig. 1 erläutert.
• Mit der Permanentmagnetvorspannung bleibt die Orientierung der Kathodenanordnung eingeschränkt, selbst wenn dem System kein Strom zugeführt wird. Die Orientierung wird korrekt ausgewählt, wenn das Röntgenvakuumgehäuse 10 in die Magnetanordnung 70 eingesetzt wird, entweder während der Herstellung oder des Feldaustauschs. Mit Permanentmagneten mit ausreichender Stärke überlebt die korrekte Orientierung einen Stromausfall, während sich das Vakuumgehäuse 10 dreht. In diesen Systemen ist die Orientierungsabtastung von Fig. 2C nicht erforderlich.
• Fig. 4A stellt auch eine alternative Weise zum Vervollständigen der elektrischen Schaltung dar, um einen Elektronenstrom vom negativen Anschluß der Hochspannungs- Stromversorgung 62 über den Draht 28 zum Lager 24, durch den Schleifring 46 zur Metallplatte 48 und dann durch die Verdrahtung in der Kathodenanordnung 50 zur Röntgenkathode (in Fig. 4 nicht dargestellt) fließen zu lassen. Der Schleifring 46 ist sehr geringfügig federbelastet, so daß er die Kathodenanordnung 50 nicht wesentlich verschiebt.
• Bei den vorstehend beschriebenen Systemen durchsetzt der Rückweg des durch eine Spule erzeugten magnetischen Flusses eine andere Spule. Dies erzeugt ein relativ einfaches System mit einer Einsparung von Spulen. Für einige Anwendungen, insbesondere jene, die eine Magnetflußdichte verwenden, die sich der Sättigungsgrenze des magnetischen Materials nähert, ist es besser, daß ein separater Flußrückweg vorhanden ist, der die anderen Magnetspulen nicht durchsetzt. Nahe der Sättigung ist das magnetische Material nicht-linear, was eine gewisse Wechselwirkung zwischen den Kräften, die in verschiedenen Richtungen aufgebracht werden, verursachen kann.
• Fig. 6 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle mit unabhängigen Flußrückwegen für jeden der separaten Elektromagnettreiber des magnetischen Aufhängungssystems, das die Kathodenanordnung abstützt. Für diese Röntgenquelle ist die Breitseiten-Querschnittsansicht dieselbe wie für die Röntgenquelle von Fig. 1, es werden jedoch Spulenpaare zum Erzeugen der Magnetfelder anstelle der einzelnen Spule von Fig. 2A, 2B, 3A, 3B, 4B und 4C verwendet. Fig. 6 ist eine teilweise Ansicht der Magnetanordnung 70, wie in den Querschnitten A-A und B-B von Fig. 1 betrachtet, wobei sowohl der A- als auch der B-Ring acht Spulen aufweisen. Vorspannungsströme von den Regler-Verstärkern werden durch die Spulen 131 bis 138 geleitet, um Vorspannungsfelder mit Magnetflußrichtungen, wie durch die Flußlinien 140 angegeben, zu erzeugen. Das Erhöhen des Flusses durch benachbarte Spulen 131 und 132 und/oder Verringern des Flusses des Spulenpaars 133 und 134 sowohl im A- als auch im B-Ring erhöht die Kraft an der Kathodenanordnung, die dazu neigt, sie in Aufwärtsrichtung, d. h. entlang der +X- Achse, zu bewegen. Das Erhöhen des Flusses durch die Spulen 131 und 132 im B-Ring und Verringern des Flusses durch die Spulen 131 und 132 im A-Ring neigt die Kathodenanordnung in der vertikalen Ebene. Durch Erhöhen des Flusses durch die Spulen 135 und 136 und/oder Verringern des Flusses durch die Spulen 137 und 138 sowohl im A- als auch im B-Ring nimmt ebenso die horizontale Kraft an der Kathodenanordnung 50 zu, was sie in der horizontalen oder Y-Richtung bewegt. Das Leiten dieser Ströme in der entgegengesetzten Richtung in der zweiten Ebene verursacht eine Neigung der Kathodenanordnung.
• Außerdem kann der Winkel der Kathodenanordnung um die Z- Achse durch dieselben Spulen mit einem zusätzlichen Regler- Verstärker geregelt werden. Das Erhöhen des Flusses durch die Spulen 131, 135, 133 und 137 und/oder Verringern des Flusses durch die Spulen 132, 136, 134 und 138 verursacht beispielsweise eine Drehung der Kathodenanordnung 50 im Uhrzeigersinn, wie in Fig. 6 betrachtet. Eine aktive Regelung dieses Winkels um die Z-Achse wird unter Verwendung von Signalen von den Sensoren 85 (Fig. 2C) erreicht, die über den Regler-Verstärker 100 mit den jeweiligen Spulen von Fig. 6 gekoppelt sind.
• Unter Verwendung derselben allgemeinen Prinzipien, wie vorstehend umrissen, kann man dieselben Verfahren anwenden, um eine aktive Regelung der Position der Kathodenanordnung entlang der Z-Achse zu erreichen.
• Zwei zusätzliche Sensoren ähnlich 85 in Fig. 2C, die jedoch entlang des Z-Achsen-Spreizquerschnitts C-C von Fig. 1 angeordnet sind, erfassen die Position der Kathodenanordnung entlang der Z-Achse. Magnetkräfte entlang der Z-Richtung werden ohne irgendwelche zusätzlichen Spulen erhalten; indem die Röntgenquelle unter Verwendung eines geringfügig größeren Abstandes der Spulen im A- und im B- Ring entlang der Z-Achse und eines geringfügig kleineren Abstandes zwischen den entsprechenden vergrößerten Querschnitten des magnetischen Materials 53 konstruiert wird. Eine Steigerung der Flußdichte in allen Spulen im B- Ring und/oder eine Senkung der Flußdichte aller Spulen im A-Ring bewirkt, daß sich die Kathodenanordnung 50 in +Z- Richtung bewegt, wodurch der Abstand zwischen der Röntgenkathode 52 und der Anodenbahn 20 geringfügig verringert wird. Eine Senkung der Flußdichte aller Spulen im B-Ring und/oder eine Steigerung der Flußdichte aller Spulen im A-Ring bewirkt, daß sich die Kathodenanordnung 50 in -Z-Richtung bewegt, wodurch der Abstand zwischen der Röntgenkathode 52 und der Röntgenanodenbahn 20 geringfügig vergrößert wird. Die dynamische Stabilisierung der Kathodenanordnung 50 entlang der Z-Achse wird durch dasselbe Verfahren der Verwendung einer Sensorinformation zur Eingabe in einen Regler-Verstärker, der sein Ausgangssignal an alle Spulen im A- und im B-Ring der Magnetanordnung 70 anlegt, erhalten.
• Diese 8-polige Magnetanordnung, die mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde, kann auch so modifiziert werden, daß sie separate Vorspannungsspulen enthält, indem diese in den äußeren Umfang der Magnetanordnung eingefügt werden, wie es für die 4 Pole, die in Fig. 3A dargestellt sind, dargestellt ist. Mindestens 4 Vorspannungsspulen, die zwischen jeden zweiten Pol eingefügt werden, sind für jeden Querschnitt erforderlich. Alternativ können 8 Vorspannungsspulen verwendet werden, die zwischen jeden Pol von Fig. 6 eingefügt werden. Mit separaten Vorspannungsspulen ist eine zusätzliche Stromversorgung zum Ansteuern derselben erforderlich.
• Eine Permanentmagnetvorspannung kann auch mit einer 8- poligen Magnetanordnung verwendet werden. In diesem Fall werden mindestens 4 Permanentmagnete verwendet, um Vorspannungsfelder zu jedem Querschnitt zu liefern. Permanentmagnete könnten beispielsweise am Umfang eingefügt werden, wie es in Fig. 3B durchgeführt wurde, aber zwischen jedem zweiten Pol, was 4 Permanentmagnete für jeden der zwei Ringe oder insgesamt 8 Permanentmagnete erfordert. Alternativ könnten die Permanentmagnete am Umfang zwischen jedem Pol eingefügt werden, was insgesamt 16 Permanentmagnete erfordert. Die Permanentmagnetvorspannung der 8-Pol-Konstruktion kann auch unter Verwendung des in Fig. 4A umrissenen Systems ausgeführt werden. Wie für dieses System beschrieben wurde, könnte entweder eine Anzahl von kleinen Magneten zwischen den zwei Ebenen eingefügt werden oder ein einzelner ringförmiger Magnet könnte verwendet werden.
• Eine Vorrichtung und Verfahren wurden beschrieben, die die Aufhängung und Abstützung einer Röntgenkathodenanordnung innerhalb eines eingeschlossenen rotierenden Vakuumgehäuses ohne jegliche mechanische Abstützung ermöglichen. Die ganze Abstützung wurde durch statische und dynamische Magnetkräfte erhalten. Es ist für Fachleute zu erkennen, daß viele verschiedene Ausführungsbeispiele innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung vorkommen können. Optische Sensoren könnten beispielsweise verwendet werden, um die Position der Kathodenanordnung festzustellen. Vorspannungsmagnetfelder können durch viele verschiedene Anordnungen erzeugt werden.

Claims (30)

1. Röntgenquelle mit:

(a) einem Gehäuse, das ein Vakuumgehäuse (10) bildet, wobei die Gesamtheit des Gehäuses um eine Achse drehbar ist, wobei ein Teil des Gehäuses eine Anode (20) ist;

(b) einem Mittel (32, 34), das das Gehäuse um die Achse dreht;

(c) einem Kathodenmittel (50), das innerhalb des Gehäuses montiert ist, zum Erzeugen von Elektronen und Fokussieren der Elektronen auf einen von der Achse entfernten Anodenbereich; und

(d) einem Magnetfeldmittel (70, 53, 81, 82, 86 und 87) zum Halten der Kathode innerhalb des Gehäuses, wobei das Magnetfeldmittel eine Kombination einer aktiven magnetischen Rückkopplung und einer passiven magnetischen Rückkopplung unter Verwendung von Magnetfeldern zum Einschränken der Kathodenbewegung in mindestens zwei Winkel- oder geradlinigen Richtungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenhaltemittel ein Magnetfeldmittel als einziges Mittel zum Halten der Kathode innerhalb des drehbaren Vakuumgehäuses umfaßt.

2. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeldmittel eine aktive Rückkopplung zum Einschränken von vier Freiheitsgraden der Kathodenbewegung und ein statisches Magnetfeldmittel zum Einschränken der anderen zwei Freiheitsgrade der Kathodenbewegung umfaßt.

3. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeldmittel eine aktive Rückkopplung zum Einschränken von fünf Freiheitsgraden der Kathodenbewegung und ein statisches Magnetfeldmittel zum Einschränken des anderen Freiheitsgrades umfaßt.

4. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeldmittel eine aktive Rückkopplung umfaßt, um die sechs Freiheitsgrade der Kathodenbewegung einzuschränken.

5. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere Freiheitsgrade der Kathodenbewegung durch ein aktives Rückkopplungssystem eingeschränkt werden, das Vorspannungsfelder umfaßt, die von Magnetspulen erzeugt werden, welche von Spulen, die zum Erzeugen des Rückführungssignals verwendet werden, separat und unabhängig sind.

6. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeldmittel folgendes umfaßt:

(a) eine Magnetanordnung (70), die außerhalb des Vakuumgehäuses in unmittelbarer Nähe zu diesem angeordnet ist;

(b) einen Magnetsuszeptor (53), der an dem Kathodenmittel montiert ist, um Spalte zwischen der Magnetanordnung und dem Magnetsuszeptor zu erzeugen, wobei beim Betrieb ein von Null verschiedenes Magnetfeld in den Spalten aufrechterhalten wird;

(c) eine Vielzahl von Abstandssensoren (81, 82, 86, 87), die an der Außenseite des Vakuumgehäuses um das Kathodenmittel angeordnet sind; und

(d) ein Regelungssystem, das mit den Abstandssensoren verbunden ist, um ein Magnetfeld in dem Spalt zu regeln, um eine Bewegung des Kathodenmittels entlang einer Rotationsachse des Vakuumgehäuses zu verhindern und um eine Rotation des Kathodenmittels um die Achse zu verhindern.

7. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeldmittel folgendes umfaßt:

zwei Ringe von Elektromagneten (A, B), die außerhalb des Vakuumgehäuses in zwei jeweiligen naheliegenden Ebenen senkrecht zur Rotationsachse des Vakuumgehäuses angeordnet sind, und einen Magnetsuszeptor (53), der an der Kathodenanordnung montiert ist, wobei das Aufhängungssystem das einzige System ist, um die Kathodenanordnung durch statische und dynamische Magnetkräfte, die in Spalten zwischen den Elektromagneten und dem Magnetsuszeptor aufrechterhalten werden, stationär zu halten;

eine Hochspannungsquelle (62) zum Aufrechterhalten eines Potentials zwischen der Anodenanordnung und der Kathodenanordnung; und

ein System (42, 44, 66-68) zum Übertragen eines elektrischen Stroms von der Hochspannungsquelle zur Kathodenanordnung über einen Vakuumraum zwischen der Kathodenanordnung und dem Vakuumgehäuse, wobei das Übertragungssystem eine erste und eine zweite beabstandete Elektrode (66, 68) umfaßt, die an der Innenseite des Vakuumgehäuses bzw. der Kathodenanordnung angeordnet sind, wobei beim Betrieb die erste Elektrode auf einer negativen Spannung relativ zur zweiten Elektrode gehalten werden soll, um einen Elektronenfluß zwischen der ersten und der zweiten Elektrode vorzusehen.

8. Röntgenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuse (10) einen Anodenkappenabschnitt (16);

eine erste zylindrische Wand (12), die für Strahlung durchlässig ist, wobei die erste Wand zum Anodenkappenabschnitt benachbart ist;

eine zweite zylindrische Wand (14), die für Magnetfelder durchlässig ist, benachbart zur ersten Wand;

einen Kathodenkappenabschnitt (18) benachbart zur zweiten zylindrischen Wand, entgegengesetzt zur ersten Wand, aufweist;

wobei die Anode (20) innerhalb des Anodenkappenabschnitts angeordnet ist und an dem Vakuumgehäuse befestigt ist, wobei die Anode eine Umfangsbahn aufweist;

wobei die Kathodenanordnung eine Röntgenkathode (52) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls zum Auftreffen auf die Umfangsbahn, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, wobei die Röntgenstrahlen durch die erste Wand durchgelassen werden;

eine Zusatzkathode (66) zum Aussenden von Elektronen, wobei die Zusatzkathode an der Innenseite des Kathodenkappenabschnitts montiert ist, umfaßt, wobei die Quelle eine Zusatzanode (68) zum Empfangen der Elektronen umfaßt, wobei ein elektrischer Strom erzeugt und zur Kathodenanordnung geleitet wird, wobei die Zusatzanode von der Zusatzkathode beabstandet ist und an der Kathodenanordnung montiert ist.

9. Röntgenquelle nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere Freiheitsgrade der Kathodenbewegung durch ein aktives Rückkopplungssystem eingeschränkt werden, das Vorspannungsfelder verwendet, die durch Permanentmagnete erzeugt werden.

10. Röntgenquelle nach Anspruch 4, wobei ein oder mehrere Freiheitsgrade der Kathodenbewegung durch ein aktives Rückkopplungssystem eingeschränkt werden, das Vorspannungsfelder umfaßt, die von Magnetspulen erzeugt werden, welche von Spulen, die zum Erzeugen des Rückführungssignals verwendet werden, separat und unabhängig sind.

11. Röntgenquelle nach Anspruch 4, wobei ein oder mehrere Freiheitsgrade der Kathodenbewegung durch ein aktives Rückkopplungssystem eingeschränkt werden, das Vorspannungsfelder verwendet, die von Permanentmagneten erzeugt werden.

12. Röntgenquelle nach Anspruch 6, wobei die Magnetanordnung ein Paar von Ringen (A, B) umfaßt, die beabstandet und entlang der Rotationsachse angeordnet sind, wobei jeder Ring eine Vielzahl von Paaren von Elektromagneten aufweist, die in der zur Rotationsachse des Vakuumgehäuses senkrechten Ebene angeordnet sind und dazwischen um einen Winkel versetzt sind.

13. Röntgenquelle nach Anspruch 12, wobei der Ring zwei Paare von Elektromagneten (71, 74) umfaßt, wobei die Elektromagnete jedes Paars symmetrisch um die Rotationsachse des Vakuumgehäuses angeordnet sind und jedes Paar von Elektromagneten an einer ersten und einer zweiten Achse angeordnet ist, wobei die Achsen um einen Winkel von 90 Grad dazwischen versetzt sind.

14. Röntgenquelle nach Anspruch 12, wobei der Ring vier Paare von Elektromagneten umfaßt, wobei die Elektromagnete jedes Paars bezüglich der Rotationsachse des Vakuumgehäuses radial angeordnet sind und jeder jeweilige Elektromagnet an einer jeweiligen Speiche angeordnet ist, wobei die Speichen um einen gleichen Winkel dazwischen versetzt sind.

15. Röntgenquelle nach Anspruch 6, welche ferner ein Positions- und Orientierungsabtastsystem (81, 82, 86, 87) zum Abtasten einer Winkel- und/oder linearen Beschleunigung der Röntgenquelle und mindestens einen Regler-Verstärker zum Empfangen eines Signals von dem Positions- und Orientierungssensorsystem und zum Liefern eines elektrischen Stroms zur Magnetanordnung zum Halten der Kathodenanordnung in einer Betriebsposition umfaßt.

16. Röntgenquelle nach Anspruch 8, welche ferner ein System zum Erzeugen von magnetischen Vorspannungsfeldern mit einem magnetischen Fluß, der durch die Elektromagnete der Magnetanordnung hindurchtritt, umfaßt.

17. Röntgenquelle nach Anspruch 16, wobei jeder Ring der Magnetanordnung vier Paare von Speichen umfaßt, wobei jede Speiche um den gleichen Winkel gegenüber einer benachbarten Speiche versetzt ist, wobei an jeder Speiche eine Spule (133-140) montiert ist.

18. Röntgenquelle nach Anspruch 16, wobei jeder Ring der Magnetanordnung zwei Paare von Speichen umfaßt, wobei jede Speiche um einen Winkel von 90 Grad gegenüber jeder benachbarten Speiche versetzt ist, wobei an jeder Speiche eine Spule montiert ist.

19. Röntgenquelle nach Anspruch 18, wobei das Erzeugungssystem eine Vielzahl von zusätzlichen Spulen (112) umfaßt, die am Umfang der Ringe der Magnetanordnung zwischen jeweils zwei benachbarten Speichen der Ringe angeordnet sind.

20. Röntgenquelle nach Anspruch 18, wobei das Erzeugungssystem eine Vielzahl von Permanentmagneten (114) umfaßt, wobei jeder Permanentmagnet am äußeren Umfang der Magnetanordnung zwischen jedem Paar von benachbarten Speichen des Rings angeordnet ist, so daß ein Pol jedes Magnets dem Pol des benachbarten Magnets mit gleicher Polarität zugewandt ist.

21. Röntgenquelle nach einem der Ansprüche 8 und 18 bis 22, welche ferner ein System zum Anordnen der Kathodenanordnung in einer Betriebsposition umfaßt, wobei das System einen Metallpunkt (83), der sich an der Kathodenanordnung befindet, und ein Paar von Sensoren (85), die über dem Punkt zwischen der Magnetanordnung und dem Vakuumgehäuse angeordnet sind, umfaßt, wobei beim Betrieb die Sensoren den Punkt erfassen und Leistung an die Magnetanordnung zum Steuern der Position der Kathodenanordnung innerhalb des Vakuumgehäuses angelegt wird.

22. Röntgenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 21, welche ferner ein Rückkopplungsregelungssystem umfaßt, wobei das Regelungssystem eine Vielzahl von Regler- Verstärkern zum Erzeugen der Vorspannung und Steuern der Magnetfelder der Elektromagnete umfaßt, wobei jeder Regler- Verstärker mit jedem Abstandssensor gekoppelt ist, wobei beim Betrieb ein Signal von dem Sensor dem Regler- Verstärker zum Einstellen des Stroms in den Spulen zugeführt wird, um die Position der Kathodenanordnung aufrechtzuerhalten.

23. Röntgenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 22, welche ferner Sicherungslager (92, 93) umfaßt, wobei die Sicherungslager jeweilige äußere Teile, die an der Innenseite der zweiten zylindrischen Wand befestigt sind, und jeweilige innere Teile, die an der Kathodenanordnung befestigt sind, aufweisen, wobei beim Betrieb die äußeren und inneren Teile beabstandet sind.

24. Röntgenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 23, welche ferner folgendes umfaßt:

(a) eine Hochspannungsquelle (62) zum Aufrechterhalten eines Potentials zwischen der rotierenden Anode und der Röntgenkathode;

(b) eine Röntgenkathoden-Stromversorgung (60) zum Heizen der Röntgenkathode; und

(c) eine Zusatzkathoden-Stromversorgung (64) zum Heizen der Zusatzkathode.

25. Verfahren zum Aufhängen eines Kathodenmittels innerhalb eines Vakuumgehäuses einer Röntgenquelle, wobei die Gesamtheit des Gehäuses um eine Achse drehbar ist und ein Teil des Gehäuses eine Anode ist, wobei das Kathodenmittel innerhalb des Gehäuses zum Erzeugen von Elektronen und Fokussieren der Elektronen auf einen von der Achse entfernten Anodenbereich montiert ist, gekennzeichnet durch Halten des Kathodenmittels innerhalb des Gehäuses nur durch ein Magnetfeldmittel, um die Kathodenbewegung in mindestens zwei Winkel- oder geradlinigen Richtungen einzuschränken, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

Montieren einer Magnetanordnung (70) an der Außenseite des Vakuumgehäuses (10) in der Nähe des Kathodenmittels;

Montieren eines Materials (53) mit magnetischer Suszeptibilität an dem Kathodenmittel (50);

Positionieren einer Vielzahl von Sensoren (81, 82, 86, 87) mit einem Rückkopplungsregelungssystem außerhalb des Vakuumgehäuses in der Nähe des Kathodenmittels;

Aufrechterhalten eines von Null verschiedenen Magnetfelds in einem Spalt zwischen der Magnetanordnung und dem Material mit magnetischer Suszeptibilität;

Abtasten (a) einer Verschiebung des Kathodenmittels entlang einer Rotationsachse des Gehäuses oder (b) Schwankenlassen des Kathodenmittels um die Achse; und

Korrigieren der Verschiebung des Kathodenmittels durch Einstellen des Magnetfelds, um die Änderungen der Orientierung des Kathodenmittels zu kompensieren.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt des Montierens einer Magnetanordnung ferner den Schritt umfaßt:

Anordnen von zwei jeweiligen Ringen (A, B) von Elektromagneten am Umfang um das Vakuumgehäuse in der Nähe der Kathodenanordnung in zwei jeweiligen zur Achse senkrechten Ebenen, wobei jeder Ring mindestens zwei Paare der Elektromagnete umfaßt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Elektromagnete Spulen sind, die dazwischen um einen Winkel versetzt sind, wobei jede Spule an einer Speiche des Rings angeordnet ist.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, wobei der Schritt des Korrigierens der Verschiebung der Kathodenanordnung den Schritt des Einstellens des Stroms in den Spulen, um den Wert des Magnetfelds in dem Spalt zu senken oder zu erhöhen, ohne seine vorbestimmte Richtung zu ändern, umfaßt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, welches ferner die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Anordnen eines Metallpunkts (83) an der Kathodenanordnung;

(b) Positionieren von mindestens einem Abstandssensor (85) außerhalb des Vakuumgehäuses direkt über dem Metallpunkt; und

(c) Erfassen des Metallpunkts durch den Abstandssensor zum Anordnen der Kathodenanordnung in der korrekten Position für den Betrieb.

30. Verfahren nach Anspruch 29, welches ferner den Schritt umfaßt:

Installieren von Sicherungslagern (92, 93) innerhalb des Vakuumgehäuses, wobei jeweilige äußere Teile der Lager an der Innenwand des Vakuumgehäuses befestigt werden, und jeweilige innere Teile der Lager an der Kathodenanordnung befestigt werden, wobei sich die inneren und äußeren Teile jedes Lagers in einer entgegengesetzten Beziehung dazwischen befinden.