DE726594C

DE726594C - X-ray tube with anode made from circulating fluid

Info

Publication number: DE726594C
Application number: DEK154432D
Authority: DE
Inventors: Dr Med Werner Koose
Original assignee: WERNER KOOSE DR MED
Current assignee: WERNER KOOSE DR MED
Priority date: 1939-05-13
Filing date: 1939-05-13
Publication date: 1942-10-16

Description

Röntgenröhre mit Anode aus umlaufender Flüssigkeit Durch Einführung des Strichbrennflecks ist die elektrische Belastbarkeit der Röntgenröhren und damit auch ihre Röntgenleistung gesteigert worden. Doch ist dabei die Röntgenausbeute, auf den verbrauchten Strom bezogen, ungünstiger geworden, da von den vom Strichbrennfleck ausgehenden Röntgenstrahlen nur ein kleiner Anteil gerade die Richtung, die im Nutzstrahlenkegel des Fensters der Röhre zugelassen wird, haben kann. Deswegen hat man nun Röntgenröhren vorgeschlagen, deren Anoden Durchbohrun= gen haben, an deren Innenwänden von vornherein in Übereinstimmung mit dem Nutzstrahlenkegel ausschließlich überhaupt nur der Elektronenaufprall erfolgt. Die Belastbarkeit eines solchen Trichterbrennflecks ist aber durch seine notwendigerweise kleine Brennfleckfläche begrenzt.X-ray tube with anode made of circulating liquid through insertion of the line focal point is the electrical load capacity of the X-ray tubes and thus their X-ray performance has also been increased. But there is the X-ray yield, related to the electricity consumed, has become less favorable because of the line focal point outgoing X-rays only a small proportion precisely the direction in the useful radiation cone of the window of the tube is allowed. That's why you now have x-ray tubes proposed whose anodes have Durchbohrun = conditions on their inner walls from the start in accordance with the useful beam cone, only the electron impact at all he follows. The resilience of such a funnel focal point is due to its necessarily limited small focal spot area.

Die vorliegende Erfindung verbindet nun den Grundsatz der Lochanode mit dem Grundsatz der Drehanode durch die Einführung einer Flüssigkeit als Anodenaufprallfläche der Elektronen. Um mit dieser Flüssigkeit eine gleichbleibende Form der Lochanode, wie bei einem festen Körper, zu bilden, wird sie erfindungsgemäß durch eine Schleuderpumpe in die Form eines Wirbeltrichters gebracht und in ihr erhalten.The present invention now combines the principle of the perforated anode with the principle of the rotating anode by introducing a liquid as an anode impact surface of electrons. In order to maintain a constant shape of the perforated anode with this liquid, as with a solid body, it is according to the invention by a centrifugal pump brought into the shape of a vortex funnel and preserved in it.

Als solche Schleuderpumpe können nach der Art der Drehanodenröhren Teile einer solchen, zum Teil Flüssigkeit bergenden Röntgenröhre wirken, wobei die Lagerungs-bzw. Schmierschwierigkeiten durch diese Flüssigkeit selbst behoben werden. Es kann aber auch die ganze Röntgenröhre als solche Schleuderpumpe mitwirken, indem sie im ganzen etwa durch einen Drehs:tromstator in Umdrehung versetzt wird. Der Beschreibung wird diese letzte Form zugrunde gelegt werdien: Durch den Umlauf der anodischen Flüssigkeit kann die Kühlung wie bekannt, durch Wärmeabfuhr mittels der Flüssigkeit selbst erfolgen, indem sie an kühlfähigen Teilen der Röntgenröhrenwan:d in beliebig ausdehnbarer Fläche vom Wirbeltrichter her und zu ihm im Kreisvorgange wieder zurück durch die Schleuderwirkung und entsprechende ablenkende Teile geführt wird. Wenn die Drehung der Röntgenröhre; wie bekannt, in einem Ölbad erfolgt, ist es dabei möglich, auch bei hohen. Belastungen die Röntgenröhren sehr viel kleiner als bisher möglich auszuführen. Das ist unter anderem deswegen von Vorteil, weil so die Zitterbewegungen der Röntgenröhrenhalterung durch möglichst geringe Maße der umlaufenden Teile geringer gehalten werden. Ferner kann die umlaufende Röntgenröhre zu endgültiger Kühlung des Ölbades noch als Luftgebläse ausgebildet werden.As such a centrifugal pump can be of the type of rotating anode tubes Parts of such an X-ray tube, some of which contain liquid, act, whereby the Storage or Difficulties with lubrication can be remedied by this liquid itself. But the whole X-ray tube can also contribute as such a centrifugal pump by it is set in rotation on the whole approximately by a rotary stator. Of the Description will be based on this last form: By the circulation of the Anodic liquid can, as is known, through heat dissipation by means of the cooling Liquid itself takes place by attaching it to parts of the X-ray tube wall that can be cooled: d in any expandable area from the vortex funnel and to him in the circular process back again through the centrifugal effect and corresponding distracting Parts is guided. When the rotation of the X-ray tube; as known, in an oil bath occurs, it is possible, even at high. Stresses the X-ray tubes very much much smaller than previously possible. This is partly because of that Advantage, because this way the trembling movements of the X-ray tube holder by as much as possible small dimensions of the rotating parts are kept lower. Furthermore, the circumferential X-ray tube designed as an air blower for final cooling of the oil bath will.

Röntgenröhren mit einer flüssigen Anode aus umlaufendem OOuecksilber sind an sich bekannt. Quecksilber wäre auch beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung verwendbar.X-ray tubes with a liquid anode made of circulating mercury are known per se. Mercury would also be the subject of the present invention usable.

Eine solche Röhre mit ihrem ganz außerordentlich geringen Stromwiderstand benötigt unter Umständen keine Glühkathode. Sie macht jedoch Schwierigkeiten: mit der Einstellung der Röntgenmenge und der Härte.Such a tube with its extremely low current resistance may not require a hot cathode. However, she makes difficulties: with the setting of the amount of X-rays and the hardness.

Nützlicher ist als flüssige Anode das Gallium und seine Legierungen bzw. Aufschwemmungsgemische mit Schwerstmetallen oder anderen Metallen oder ihren Verbindungen, unter anderem auch unter Verwendung von Quecksilber, besonders aber von Zinn und Indium.Gallium and its alloys are more useful than liquid anodes or suspension mixtures with heavy metals or other metals or their Compounds, including using mercury, but especially of tin and indium.

In der Abbildung ist die Röntgenröhre mit ihren Teilen k', I1", KK, K, Tr, Ro, KR, J, C, Sch, Bl, G unter Fortlassen der stromzuführenden Teile, in den Lagern La, als drehbar dargestellt. Der Umlauf der Röhre erfolgt durch die Wirkung des Drehstromfeldes des Stators St, von dem z Spulen dargestellt sind, auf den Rotor Ro. In dem isolierenden Trichter Tr sind die Stromzufuhrleitungen h' und K" für den in einer Zylinderspirale angeordneten Glühl;athodendraht k untergebracht. Die Glühspirale IL ist in einem kleinen Zylinder von Boriden, Nitriden oder Carbiden, z. B. dem Tantalcarbid oder seinen Gemischen, wärmeisoliert gegenüber der sie umfassenden Halterung in dem entsprechend schwer schmelzbaren Teil des Trichters Tr eingebettet. Diese Anordnung wirkt durch Wärmestauung stromsparend, gebietet sich aber auch durch den festeren Halt, den sie der mit der Röhre umlaufenden Glühspirale gibt. Den Öffnungen der Glühspirale sind kleine Ringe z. B. aus Wolfram zur Übermittlung des Stromes an die Zuleitungen K' und K" und zur Einengung des von ihr ausgehenden Elektronenbündels vorgelagert. Dieser Elektronenfluß kann dabei noch gesteuert werden durch eine Hilfselektrode 111i, der z. B.- eine gegenüber der Glühkathode K zusätzliche negative Spannung erteilt werden kann. Bei der Formgebung von KK und Tr wird zum Teil durch die Überdeckung metallischer Teile der Glühkathode durch die isolierenden von Tr Spitzenentladung vermieden. Das Elektronenbündel geht nun von K durch die Blende Bl, die aus metallischem oder isolierendem Stoff sein kann, und durch das Loch L auf die Galliumschicht G der -Anode A. Die Form von BL und A der Zeichnung ist dabei nicht die für die Betriebskühlung günstigste. Die Galliunischicht wird dadurch formbeständig, daß sie bei dem Umlauf des Ganzen durch einen Turbinenschaufellcranz, Schraubengänge oder ähnliche Teile, von dem in der Zeichnung rechts die von oben zweite Schaufel mit Sch bezeichnet ist, in flachen. Spiralgängen, die sich im Sinne der Pfeile der Zeichnung heben und senken, um den dicken Ring von A herumgeschleudert bzw. nach der Mitte hin zurückgepumpt wird. Zum Fenster F tritt dann der Röntgenstrahlenkegel aus der Röhre durch eine dünne Ölschicht. Die Kühlung erfolgt durch den Ölumlauf in dem isolierenden Doppelmantel .1-7a und lli im Sinne der Pfeile. Das Kühlöl fließt vom kathodischen Teil der Röhre her (der in der Zeichnung nicht ganz dargestellt ist), der als Gebläse ausgebildet werden kann, im inneren Mantelteil 1,1i der Röhrenhalterung um die Feldmagnete St des Drehfeldes herum abwärts durch die Wirkung des zugleich als Kühlrippen wirkenden Schneckenganges KR des Metallteils C der Röhre und tritt hier in der 5 Umgebung des Fensters F der Röhre in den äußeren Mantel Ma der Röhrenhalterung und kehrt so zu dem kathodischen Luftkühlungsteil :der Röhre zurück. Um eine Überhitzung des nicht unmittelbar gekühlten Fensters F der Röhre hintanzuhalten, kann die Luft vor dem Fenster aus dem Röhrentubus durch die Kanäle L' des Tubus in hier nicht dargestellten Rohren vom Gebläseteil der Röhre angesogen werden, gegebenenfalls auch durch eine Art Doppelfenster eine Durchflußkühlung durchgeführt «-erden. Es kann auch der Doppelmantel auch noch im Fensterbereich für irgendeine Oldurchflußrichtung ausgebildet werden und einer ausschließlichen Ölkühlung auch dieser Stelle dienen.In the figure, the X-ray tube with its parts k ', I1 ", KK, K, Tr, Ro, KR, J, C, Sch, Bl, G, omitting the current-carrying parts in the bearings La , is shown as rotatable The tube rotates through the action of the three-phase field of the stator St, of which z coils are shown, on the rotor Ro. The insulating funnel Tr houses the power supply lines h 'and K "for the incandescent wire k arranged in a cylindrical spiral. The glow coil IL is in a small cylinder made of borides, nitrides or carbides, e.g. B. the tantalum carbide or its mixtures, thermally insulated from the bracket encompassing them embedded in the corresponding difficult-to-melt part of the funnel Tr. This arrangement saves electricity due to the accumulation of heat, but is also dictated by the firmer hold it gives to the incandescent spiral that runs around the tube. The openings of the glow coil are small rings z. B. made of tungsten to transmit the current to the leads K 'and K "and to narrow the electron beam emanating from it In the shaping of KK and Tr, the covering of metallic parts of the hot cathode is partly avoided by the insulating tip discharge of Tr. The electron beam now goes from K through the diaphragm Bl, which can be made of metallic or insulating material , and through the hole L onto the gallium layer G of the anode A. The shape of BL and A in the drawing is not the most favorable for operational cooling or similar parts, of which in the drawing on the right the second blade from above is designated by Sch , in fla chen. Spirals that rise and fall in the direction of the arrows in the drawing, are flung around the thick ring of A or pumped back towards the center. The X-ray cone then exits the tube through a thin layer of oil to the window F. The cooling takes place through the oil circulation in the insulating double jacket .1-7a and lli in the direction of the arrows. The cooling oil flows from the cathodic part of the tube (which is not completely shown in the drawing), which can be designed as a fan, in the inner jacket part 1,1i of the tube holder around the field magnets St of the rotating field downwards through the effect of the cooling fins acting worm gear KR of the metal part C of the tube and occurs here in the 5 environment of the window F of the tube in the outer jacket Ma of the tube holder and thus returns to the cathodic air cooling part: the tube. In order to prevent overheating of the window F of the tube, which is not immediately cooled, the air in front of the window can be sucked in from the tube through the ducts L 'of the tube in tubes (not shown here) by the blower part of the tube, if necessary through a type of double window "-earth. The double jacket can also be formed in the window area for any oil flow direction and also serve for exclusive oil cooling at this point.

Der zwischen Glühkathode IL und Blende Bl angeordnete Teil J von B.lendenform dient dem Zwecke, d-aß das Gallium in dein ihm beschiedenen anodischen Teil der Röhre auch bei anderen Stellungen als der gezeichneten bleibt. Das kann durch kapillare Abweisung seitens seiner Schicht gegebenenfalls in Mitwirkung mit der Glasflußschicht des Glühhathodentrichters Tr bewirkt werden. Es steht aber auch nichts im Wege, diese Zwischenblende 1 zum Ventil auszubilden. Zu diesem Zweck wird. sie in radiale Elemente aufgelöst, die durch kleine Druckfedern irgendwelcher Formen. nach der Blendenmitte hin zusammengedrückt werden. Im Betriebe der Röhre werden sie durch die Schleuderwirkung nach außen getrieben und öffnen so die Blendenöffnung.The part J of B. loin shape arranged between the hot cathode IL and diaphragm B1 serves the purpose of keeping the gallium in the anodic part of the tube assigned to it, even in positions other than the one shown. This can be brought about by capillary rejection on the part of its layer, possibly in cooperation with the glass flux layer of the hot cathode funnel Tr. But nothing stands in the way of converting this intermediate diaphragm 1 into a valve. To this end, will. they are resolved into radial elements, which are formed by small compression springs of some shape. be pressed together towards the center of the panel. When the tube is in operation, they are driven outwards by the centrifugal effect and thus open the aperture.

Die Form von. A kann. auch anders ausfallen derart, daß der Wirbeltrichter der Galliumschicht sich erst öffnet durch Aufblasen durch den Elektronenaufprall.The shape of. A can. also turn out differently such that the vortex funnel the gallium layer only opens when it is inflated by the electron impact.

Die andere Ausführungsform der Röhre, die hier zeichnerisch nicht dargestellt ist, kann die gleichen Grundsätze wie folgt anwenden: Bei im übrigen ruhender Röhre wird im Drehfeld nur die flüssige Anode zum Umlauf gebracht. Das Gallium kann dabei in einem umlaufenden und pumpenden Teil, der kein völlig geschlossener Behälter ist und nicht oder nur zum Teil aus Metall ausgeführt wird, an der Röhrenwand, die aus geeigneten Schmelzflüssen ausgeführt wird, unmittelbar gekühlt werden. Daß dabei Gallium nicht teilweise aus dem Umlauf wegbleibt und sich an ruhenden Teilen der Röhre ansammelt, kann durch etwa radial oder spiralig vor dem Fenster angeordnete schmale, spangenähnliche mitumlaufende Teile verhütet werden.The other embodiment of the tube that is not shown here in the drawing can apply the same principles as follows: In the rest of When the tube is at rest, only the liquid anode is brought into circulation in the rotating field. That Gallium can be in a circulating and pumping part that is not completely closed The container is and is not or only partially made of metal, on the tube wall, which is carried out from suitable melt flows, can be cooled immediately. That while gallium does not remain partially out of the circulation and is attached to parts at rest The tube accumulates, can be arranged by approximately radially or spirally in front of the window narrow, clasp-like rotating parts are prevented.

Die Steuerung der Ahschlußblende J kann statt selbsttätig durch die Schleuderwirkung auch abstufbar durch von außen regelbare elektrische oder magnetische und ähnliche Einwirkung auf ihre Einzelteile erfolgen, derart, daß so der Widerstand der Röhre, z. B. in Ausführungsformen ohne Glühkathode, beliebig verändert werden kann.The control of the Ahschlussblende J can instead of automatically by the The centrifugal effect can also be graduated through externally controllable electrical or magnetic ones and similar effects on their individual parts take place in such a way that so the resistance the tube, e.g. B. in embodiments without a hot cathode, can be changed as desired can.

Der Grundsatz der Lochanode kann gleichzeitig .dem Grundsatze der Dampfstrahlpumpe nutzbar gemacht werden, indem in den anodischen Hohlraum aus den übrigen Teilen der Röhre Gasteilchen durch die Injektorwirkung des umlaufenden flüssigen Metalls und seines vergasten Anteils und die unmittelbare Wirkung der Elektronen mitgerissen werden, aus dem sie durch Anschlüsse in der Umgebung des Fensters in. ein Vorvakuum wegbefördert werden. Das kann z. B. bei der Herstellung dieser Röhren angewendet werden.The principle of the perforated anode can at the same time .the principle of Steam jet pump can be harnessed by entering the anodic cavity from the remaining parts of the tube gas particles by the injector action of the circulating liquid Metal and its gasified part and the direct effect of the electrons be carried away, from which they are in. a forevacuum can be carried away. This can be B. in the manufacture of these tubes be applied.

Claims

PATENT CLAIMS: i. X-ray tube with an anode from a rotating Low vapor pressure liquid, e.g. B. from gallium or its alloys or Mixtures; characterized in that the liquid anode forms a vortex funnel; which is generated by using the whole tube or parts of it as a centrifugal pump works. z. X-ray tube according to claim i, characterized in that the whole in an oil bath, as is known, a revolving tube is formed in a shape, which at the same time causes this oil to circulate for cooling. 3. X-ray tube according to claim i or 2, characterized in that it is also used as a high vacuum pump in operation works. q .. X-ray tube according to claim i, characterized by one as a passage valve Acting screen between cathode and anode, the individual parts of which circulate around the device diverge through centrifugal forces by closing against resilient ones Open forces, or narrow them by electrical or magnetic control at will or be continued.