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Hochleistungsröntgenröhre, deren Anode und Glühkathode relativ zueinander
ortsveränderlich angeordnet sind Bekanntlich bereitet die Ein- und Ausschaltung
der Anodenspannung von Hochleistungsröntgenröhren Schwierigkeiten, die besonders
bei den hohen Gleichspannungen, mit denen derartige Röhren betrieben werden, groß
werden. Weiterhin ist es sehr schwer, die Schaltvorrichtungen so auszubilden, daß
mit ihnen sehr kurze Einschaltzeiten, wie sie in Anbetracht der großen Leistungen
solcher Röntgenröhren bei Aufnahmen notwendig sind, genau geschaltet- werden können.
Es ist bereits bekanntgeworden, als Hochspannungsschalter im Anodenstromkreis der
Röntgenröhre eine gittergesteuerte Entladungsröhre zu verwenden. Mit einer solchen
Schalteinrichtung lassen sich zwar infolge ihrer Trägheitslösigkeit auch sehr kurze
Aufnahmezeiten genau erreichen, jedoch bereitet die Ausbildung solcher Schalteinrichtungen
für sehr hohe Spannungen und große Leistungen erhebliche Schwierigkeiten. Die Erfindung
geht zur Lösung dieses Problems einen grundsätzlich anderen Weg als die bekannten
Vorschläge, und zwar geht sie von den bekannten Röntgenröhren aus, deren Anode und
Glühkathode relativ zueinander ortsveränderlich angeordnet sind. Erfindungsgemäß
befinden sich die Anode und die Glühkathode nur vorübergehend, und zwar zur Herbeiführung
und zeitlichen Begrenzung einer Exposition nur einmal, vorzugsweise für eine beliebig
einstellbare Zeitdauer, in einer solchen Stellung zueinander, daß auf der Anode
die Erzeugung von bildgebenden Röntgenstrahlen stattfindet, wobei während dieser
Zeit eine gegebenenfalls angeordnete, an sich bekannte Fanganode ganz oder teilweise
außer Wirkung gesetzt ist.- Vorzugsweise wird die Anode in an sich bekannter Weise
gegenüber der Glühkathode in der erwähnten Art ortsveränderlich angeordnet. Es ist
aber auch möglich, die Glühkathode gegenüber
der feststehenden
Anode entsprechend ortsveränderlich anzubringen. Die Anode der Röntgenröhre gemäß
der Erfindung bildet also sozusagen selbst den Hochspannungsschalter im Anodenstromkreis
der Röntgenröhre. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht einmal darin, daß
ein besonderer Hochspannungsschalter nicht mehr benötigt wird, wie ihn die bekannten
Röntgenröhren, darunter auch die mit einer ortsveränderlichen Anode versehenen,
brauchen, da bei diesen Röntgenröhren die Anode trotz ihrer Ortsveränderlichkeit
sich gegenüber der Glühkathode stets in einer zur Erzeugung von bildgebenden Röntgenstrahlen
geeigneten Stellung befindet. Da zum Betrieb einer Röntgenröhre gemäß der Erfindung
kein besonderer Hochspannungsschalter erforderlich ist, kann eine trägheitslose
Schaltung erzielt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
vor einer Aufnahme bzw. Durchleuchtung die hohe Gleichspannung und auch die Heizspannung
für die Glühkathode an die Röhre angelegt werden können, ohne daß eine Erzeugung
von bildgebenden Röntgenstrahlen stattfindet, da dies ja erst in dem Augenblick
erfolgen kann, in welchem die Anode und die Glühkathode sich in einer dafür geeigneten
Stellung zueinander befinden. Die gegebenenfalls angeordnete fensterlose Fanganode
dient dazu, den Austritt von Röntgenstrahlen aus der Röhre trotz der stattfindenden
Elektronenemission zu verhindern. Wie die Hochleistungsröntgenröhre gemäß der Erfindung
im einzelnen ausgebildet sein kann, sei an Hand der in den Abb. i und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Die Abb. i zeigt schematisch eine Hochleistungsröntgenröhre gemäß
der Erfindung. Das die Elektroden enthaltende, beispielsweise zylindrische Vakuumgefäß
ist mit ii bezeichnet. Die Anode 12 ist gegenüber der Glühkathode 13 bewegbar angeordnet,
und zwar so, daß die Anode 12, die von einer Führungsschiene 1q. geführt ist, an
der Glühkathode vorbeibewegt wird, wenn sie von ihrer in der Abbildung gezeichneten
Stellung in die gestrichelt angedeutete Stellung gebracht wird. Die Vorbeibewegung
der Anode erfolgt beispielsweise unter dem Einfluß der Schwerkraft. Man kann die
Anode in dieser Anordnung somit als Fallanode bezeichnen. Die Führungsschiene 1q.,
die beispielsweise in der Mittelachse des Vakuumgefäßes angeörünet ist,- kann gleichzeitig
als Anodenspannungszuführung dienen, wie dies in der Abb. i dargestellt ist. Eine
Erzeugung von bildgebenden Röntgenstrahlen findet nur während der Zeit statt, während
der die Anode12 der. Glühkathode 13 gerade gegen-', übersteht. Das in der Abbildung
nicht dargestellte Strahlenaustrittsfenster wird in der üblichen Art und Weise so
angeordnet, daß die Röntgenstrahlen aus der Röhre in einer senkrecht zur Elektronenrichtung
liegenden Richtung austreten. Der Brennfleck wandert naturgemäß während der Vorbeibewegung
der Anode 12 an der Glühkathode auf dem Anodenkörper entlang, so daß dadurch gleichzeitig
eine Entlastung des Anodenmaterials eintritt, wie sie von den Drehanodenröhren her
bekannt ist. Zur weiteren Entlastung kann die Anode während ihrer Vorbeibewegung
an der Glühkathode gleichzeitig eine Drehung um eine in ihrer Bewegungsrichtung
liegende Achse, beispielsweise um die Führungsschiene 1q., vollführen, so daß der
Brennfleck auf dem Anodenkörper eine Schraubenbewegung vollführt. Die Einschaltung
der Heiz- und Anodenspannung erfolgt vor der Inbewegungsetzung der Anode. Eine Erzeugung
von bildgebenden Röntgenstrahlen findet jedoch bei der Einschaltung dieser beiden
Spannungen noch nicht statt. Da jedoch bei Anlegen der Heiz-und Anodenspannung an
die Röntgenröhre eine Elektronenemission erfolgt, ist die Röhre mit einer fensterlosen
Fanganode 15 versehen, die dafür sorgt, daß während dieser Zeit keine Röntgenstrahlen
aus der Röhre austreten können. Die Fanganode 15 ist an dieselbe Spannung wie die.
zur Erzeugung der bildgebenden Röntgenstrahlen dienende Anode 12 angeschlossen.
Während der Zeit, in der die Anode 12 bei ihrer Bewegung der Glühkathode i3 gegenübersteht,
d. h. also während der Erzeugung von bildgebenden Röntgenstrahlen, ist die Fanganode
außer Wirkung gesetzt, da ja die Anode 12 dann zwischen der Glühkathode 13 und der
Fanganode 1-5 liegt und somit die Elektronen nur auf die Anode 12, nicht aber auf
die Fanganode 15 aufprallen können. Die Fanganode 15 braucht nicht mittels einer
besonderen Glaseinschmelzung; wie in Abb. i schematisch dargestellt ist, in dem
Vakuumgefäß r r angeordnet zu sein, sondern sie kann auch innerhalb der Führungsschiene
1q. unterge-'-bracht sein, wie dies aus der Abb. 2 ersieht= lieh ist. Die Führungsschiene
1q. ist hier hohl ausgebildet und enthält in ihrem Inneren. an der der Glühkathode
13 gegenüberliegen=. den Stelle eine Kammer 16, die auf der der Glühkathode 13 zugewendeten
Seite eine Öffnung 17 aufweist, durch welche die voll der Glühkathode 13 emittierten
Elektronen. in die die Fanganode bildende Kammer hineingelangen können. Diese in
der Abb.2 dargestellte Anordnung hat, abgegeben von. dem. Fortfall einer besonderen
Einschmelzung für die Fanganode, 'den Vorteil, daß eine
Kühlung
sowohl der Fanganode als auch in gewissem Grade der Anode 12 dadurch bewirkt werden
kann, daß ein Kühlmittel durch die hohl ausgebildete Führungsschiene 14 hindurchgeleitet
werden -kann.
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Um die Anöde 12 in der in der- Abb. i gezeichneten Stellung festzuhalten,
ist eine Haltevorrichtung in Gestalt einer stromdurchflossenen Spule 18. vorgesehen,
in deren magnetischem Feld sich die Anode 12 in ihrer Ruhestellung befindet. Die
Anode z2 selbst muß dann innen einen magnetischen Kern, z. B. einen Eisenkern, enthalten,
der außen mit einer Wolframschicht umgeben ist. Die Bewegung der Anode und damit
die Erzeugung der bildgebenden Röntgenstrahlen wird dadurch eingeleitet, daß die
Erregung der Spule 18 unterbrochen wird, so daß- die Anode 12 unter dem Einflüß
der Schwerkraft vorbei an der Glühkathode 13 nach unten in die gestrichelt eingezeichnete
Stellung fällt. Um die Anode abbremsen zu können, bevor sie in die gestrichelt gezeichnete
Stellung gelangt, ist eine weitere stromdurchflossene Spule 1g angeordnet, in deren
ri#ä,gnetisches-Feld die Anode gegen Ende ihres Falles gelangt. Will man eine zweite
Aufnahme machen, so kann man beispielsweise die Röhre um eine senkrecht zu ihrer
Längsachse liegende Achse um 18o° drehen, so daß jetzt die Spule 1g oben und die
Spule 18 unten und damit die Anode 12 wieder in der Vorbereitungsstellung liegt.
Die Spule i g wirkt dann als Haltevorrichtung, während die Spule 18 als Bremsvorrichtung
wirkt. Will man eine solche Drehung der Röntgenröhre nach jeder Aufnahme vermeiden,
so kann man eine Aufzugsvorrichtung, z. B. in Gestalt einer stromdurchflossenen
Spule, anordnen, welche so gesteuert bzw. bewegt wird, daß die Anode aus der gestrichelten
Stellung in die- mit ausgezogenen Strichen gezeichnete Vorbereitungsstellung gehoben
wird.
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Die Zeitdauer, während welcher eine Erzeugung von bildgebenden Röntgenstrahlen
stattfindet, hängt bei einer derartig ausgebildeten Röntgenröhre von der Fallgeschwindigkeit
der Anode ab. Da man im allgemeinen mit veränderlichen Belichtungszeiten bei Röntgenaufnahmen
arbeitet, empfiehlt es sich; eine Regelungsmöglichkeit für die Fallgeschwindigkeit
der Anode vorzusehen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß eine oder
mehrere stromdurchflossene Spulen angeordnet werden, in deren magnetischem Feld
sich die Anode während ihres Falles befindet. So können beispielsweise die Spulen
18 und 1g in Abb. i nicht nur zum Halten bzw. Bremsen, sondern gleichzeitig auch
zur Regelung der Fallgeschwindigkeit und damit zur Regelung der Dauer der Erzeugung
der bildgebenden Röntgenstrahlen benutzt werden, indem die Erregung der Spulen 18
und 1g entsprechend der gewünschten Belastungsdauer gesteuert wird. Man kann auf
diese Weise jede gewünschte Belichtungszeit einstellen. Bei dem in Abb. i dargestellten
Ausführungsbeispiel bewegt sich die Anode unter dem Einfluß der Schwerkraft an der
Glühkathode vorbei; -wobei gegebenenfalls die Fallgeschwindigkeit mittels stromdurchflossener
Spulen regelbar ist. Man kann die Anordnung aber auch so treffen, daß auf die Benutzung
der Schwerkraft zur Erzielung der Bewegung .der Anode verzichtet wird und die Bewegung
lediglich unter dem Einfluß des von einer oder mehreren stromdurchflossenen Spulen
erzeugten magnetischen Feldes erfolgt. In diesem Falle kann die Mittelachse der
Röntgenröhre natürlich auch horizontal angeordnet sein, während sie bei dem in Abb.
i dargestellten Ausfülirungs@ beispiel naturgemäß senkrecht oder annähernd senkrecht
gelagert sein muß: Die Führungsschiene 14 kann auch aus Isoliermaterial; z. B. einem
Glasstab, bestehen, wenn- man die Anordnung von zusätzlichen Metallmassen und Röntgenstrahlenerzeugern
in der Röhre -vermeiden will. In diesem Falle kann die Stromzuführung für die Anode
von einer federnden Drahtspirale gebildet werden. Dann ist es zweckmäßig, die sogenannte
Fanganode 15 bzw. ihre Umgebung nicht auf Anodenpotential, sondern auf Kathodenpotential
zu legen und durch geeignete Mittel, z. B. durch Anordnung eines entsprechenden
elektrischen Feldes oder eines Gitters o. dgl., überhaupt jegliche Röntgenstrahlenerzeugung
trotz Heizung -der Glühkathode zu verhindern, so lange, bis die Anode an der Glühkathode
vorbeibewegt wird. Wenn die Anode während ihrer Vorbeibewegung an der Glühkathode
auch noch eine Drehbewegung'voilführensoll, wie schon oben erwähnt. würde, so kann
diese Drehbewegung durch entsprechende Ausbildung der Führungsschiene erzielt werden,
z. B. indem die Führungsschiene .und entsprechend die Durchbohrung der Anode 12
mit Schraubengewinde versehen werden. Man kann aber die Drehbewegung auch durch
ein auf die Anode einwirkendes elektromagnetisches Feld in an sich bekannter Weise
herbeiführen. Es ist aber auch möglich, die Anordnung so zu treffen, daß die Anode
zwar während ihrer Vörbeibewegung an der Glühkathode keine Drehbewegung vollführt,
daß jedoch die Anode auf der Führungsschiene drehbar angeordnet ist, um nach einer
gewissen Anzahl von Aufnahmen den Brennfleck auswechseln zu können, ohne daß man
die
Anode aus dem Vakuumgefäß entfernt, indem dann ganz einfach die Anode beispielsweise
mittels eines magnetischen Flusses etwas um die Längsröhrenachse gedreht wird. Bei
den nächsten Aufnahmen liegt dann der Brennfleck an einer anderen Stelle der Anode.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Emissionsstrom der Glühkathode
.entsprechend der Stellung der Anode relativ zur Glühkathode veränderlich ist. Man
kann die Elektronenemission bis zu dem Augenblick, in dem die Anode 12 der Glühkathode
13 gegenübersteht, niedrig halten. Es ist aber auch möglich, die Heizstromstärke
bei Beginn der Bewegung der Anode sofort oder allmählich auf den jeweils gewünschten
höchsten Wert zu bringen. Besonders empfiehlt es sich, die Heizstromstärkeregelvorrichtung
mit den zur Regulierung der Bewegung der Anode dienenden Vorrichtungen und der Anodenspannungsregelvorrichtung
derart mechanisch oderlund elektrisch zu kuppeln, daß die Ausnutzung der Belastungsfähigkeit
der Röhre auf einen gewünschten Wert, z. B. ioo °1o, einstellbar ist. Ein mit einer
derartig ausgebildeten Röhre ausgerüsteter Röntgenapparat weist dann den Vorteil
auf, daß eine Überlastung der Röhre unmöglich gemacht ist.
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Da die Wärmekapazität der Anode endlich ist und bei längeren Belichtungszeiten
die Wärmeleitung mitbestimmend ist, wird mit zunehmendem Durchgang der Anode durch
das Hochvakuumgefäß die Temperaturerhöhung größer als am Anfang. Um diesem Umstande
Rechnung zu tragen, empfiehlt es sich, die Bewegungsgeschwindigkeit der Anode bei
ihrer Vorbeibewegung an der Glühkathode zu beschleunigen.