DE7802297U1 - Röntgenstrahlenquelle - Google Patents

Description

Röntgenstrahlenquelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine RöntgenstrahlenquelIe für eine zur Herstellung von Transversal-Schichtbildern geeignete Röntgeneinrichtung mit einer Vielzahl von nebeneinander in einer Reihe angeordneten Strahlendetektoren, wobei die Röntgenstrahl enquel Ie ein fächerförmiges, eine vorbestimmte Dicke aufweisendes Röntgenstrahlenbündel mit großem öffnungswinkel emittiert und sich im wesentlichen aus einer Drehanode mit zylindrischer Oberfläche und einer ein Elekronenstrahlbündel in Richtung auf die Drehanode abgebenden Kathode zusammensetzt, die in einem luftleeren Gehäuse angeordnet sind.

Bei den bekannten Röntgengeräten zur Herstellung von Transversal -Schichtbildern werden seit langem gebräuchliche Röntgenröhren eingesetzt, die entweder eine Stehanode oder eine Drehanode und eine im wesentlichen sich geradlinig ausdehenende von einem Bündelungselement umgebende Kathode (Glühdraht) aufweisen. Die Kathode emittiert ein Elekronenstrahlenbündel mit rechteckförmigem Querschnitt, das parallel zu der Achse der Anode verläuft,

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deren Oberfläche geneigt oder kegel stumpfförmig ausgebildet ist. Daraus resultiert, daß die Anode einerseits in bezug auf das einfallende Elekronenstrahlenbündel und andererseits auch in Richtung auf das Nutzstrahlenbündel geneigt ist, und zwar aufgrund der mit Hilfe von einer Blende durchgeführten Ausblendung der von der Oberfläche ausgehenden Röntgenstrahlung, wodurch die wirkliche Brennfleckoberfläche bestimmt ist. Es ist in diesem Zusammmenhang nunmehr festgestellt worden, daß die in Funktion von ihrem Winkel in bezug auf die Normale in ihrer Brennfleckoberfläche stehende energetische Verteilung der emittierten Strahlung nicht gleichförmig ist, und daß diese Energieverteilung sich sehr stark in Abhängigkeit von dem Emissionsmaximum in Richtung der vorerwähnten Normalen ändert. Ein anderer Nachteil der durch die Verwendung dieser klassischen Anoden für die Erzeugung eines Strahlenbündels mit großem Fächerquerschnitt zur Beaufschlagung der in einer Reihe angeordneten Strahlendetektoren hervorgerufen wird, ist der, daß die Projektion des wirklichen Brennflecks (der sich darstellende Brennfleck) auf die rechtwinklige Eintrittsfläche von jedem dieser Strahlendetektoren einer Verzeichnung unterworfen ist, die mit größer werdendem mittleren Winkelabstand gegenüber der Normalen im wirklichen Brennfleck derart zunimmt, daß die an den Enden der Reihe angeordneten Strahlendetekoren nur einen geringen Teil des sich darstellenden Brennflecks erfassen, woraus resultiert, daß sie nur eine geringen Teil der Strahlenenergie empfangen.

Zur Verminderung dieser Einflüsse sind verschiedene Maßnahmen bei dieser Art von Strahlenquellen bekanntgeworden, d.h. die Röntgenröhre weist dabei ebenfalls eine Drehanode mit geneig-

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ter bzw. kegel stumpfförmiger Oberfläche auf, die von einem Elekronenstrahlenbündel mit länglichem Querschnitt (quasi fadenförmig) beaufschlagt wird, das radial in bezug auf die Rotationsachse der Anode verläuft und auf der kegelstumpfförmigen Oberfläche einen länglichen thermischen Brennfleck bildet, der mit einer Genratrix der konischen Oberfläche zusammenfällt. Die von diesem Brennfleck ausgehende Röntgen

strahlung wird dabei derart ausgeblendet, daß die um die Tangente an die kegel stumpfförmige Oberfläche im Niveau des thermischen Brennflecks herum emittierten Strahlen ausgewählt sind, wodurch eine fächerförmige Strahlung mit einer Energieverteilung erzielt wird, die etw? gleichförmiger ist, als

die, welche mit an sich bekannten quasi punktförmigen Strahlenquellen erzielt werden kann. Diese Gleichförmigkeit ist

jedoch nicht ausreichend, und zwar, weil der Austrittswinkel der Strahlen sich ändert. Aus diesem Grunde wurde dort vorge

schlagen, eine Dämpfungsvorrichtung zur Kompensation dieses Fehlers zu verwenden.

Im übrigen werden bei dieser Art von Röntgenröhren während der Beaufschlagung der Drehanode mit dem Elektronenstrahlenbündel eine bestimmte Anzahl von Sekundärelektronen im thermischen Brennfleck hervorgerufen, die die Drehanode wiederum an anderen Stellen als dem Brennfleck treffen können und dort eine extra-fokale Strahlung verursachen, die die Qualität des Röntgenstrahlenbündels beeinträchtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Röntgenstrahlenquelle für eine zur Herstellung von Transversal-Schichtbildern geeignete Röntgeneinrichtung zu schaffen,

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die sich gegenüber den bekannten Ausführungsformen durch eine fast gleichförmige Energieverteilung über den gesamten Querschnitt des fächerförmigen Strahlenbündels auszeichnet, und daß eine Projektion des sich darstellenden Brennflecks auf die Eingänge sämtlicher Strahlendetektoren ohne bemerkenswerte Deformation möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die ein Elekronenstrahlenbündel mit länglichem rechteckförmigen Querschnitt abgegebene Kathode gegenüber der Drehanode derart angeordnet ist, daß das Elektronenstrahlenbündel einen- etwa entlang einer Generatrix der zylindrischen Oberfläche verlaufenden Brennfleck hervorruft, von dem ein fächerförmiges Röntgenstrahl enbündel mit großem 'Öffnungswinkel ausgeht, dessen Winkelhalbierende Ebene eine Normale auf die zylindrische Oberfläche der Drehanode darstellt und durch die Längsachse des rechteckförmigen Brennflecks verläuft, dessen Länge die Dicke des fächerförmigen Röntgenstrahlenbündels bestimmt.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden anhand von in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1, eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen

RöntgenstrahlenquelIe im Längsschnitt. Fig. 2, eine abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 1 im Querschnitt.

Fig. 3, eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, weist die Röntgenröhre eine im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Glashülle 1 auf, deren Enden unter Ultravakuum mittels Scheiben 3 und 4 aus einer einen in der Nähe von Glas liegenden Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Metallegierung, mit den korrespondierenden Enden einer aus Metall bestehdnden Hohlwelle 2 verbunden ist, welche die Zirkulation einer Kühlflüssigkeit im Sinn der dargestellten Pfeile erlaubt.

Auf der Hohlwelle 2 sind zwei Kugellager 6,7 vorgesehen, auf denen eine rohrförmige Achse 5 gehalten ist, auf der ein zylindrischer Rotor aus Kupfer befestigt ist, der in einem von einem nicht dargestelltem außerhalb der Glashülle 1 angeordneten Stator erzeugten Drehfeld liegt. Desweiteren ist an der Achse 5 eine Drehanode 10 gehalten, die eine zylindrische Oberfläche aufweist, deren Generatrix parallel zu ihrer Rotationsachse verläuft.

Die Drehanode 10 weist einen zylindrischen Körper 11 auf, der aus einem elektrisch leitendem Material besteht (entweder Metall z.B. Kupfer bzw. Molybdän oder Graphit), wobei wenigstens die vom Elektronenstrahlenbündel beaufschlagte Oberfläche mit einer Schicht 12 versehen ist, die aus einem Material z.B. Wolfram besteht, das geeignet ist, Röntgenstrahlen zu emittieren.

Es ist gleichermaßen möglich, den ganzen Körper 11 aus einem Material herzustellen, das Röntgenstrahlen emittieren kann. Bei den bekannten Ausführungsformen mit zylindrischer Drehanode ist die Kathode (Glühdraht) in bezug auf die zylindrische Oberfäche derart angeordnet, daß ein Elektronenstrahlenbündel senkrecht zu dieser Schicht und damit zu der Rotations-

achse der Anode emittiert wird. Eine solche Ausführung weist somit dieselben Nachteile wie eine Einrichtung mit kegel stumpf förmiger Drehanode auf, da das Nutzstrahlenbündel unter einem Winkel von nahe 90° in bezug auf die Normale auf die Brennfleckoberfläche verläuft, d.h. das Nutzstrahlenbündel weist einen geringen Winkelabstand zu der den Brennfleck tangierenden Ebene auf (in der Größenordnung von 6 - 10°) und somit eine nicht gleichförmige Energieverteilung. Bei der erfindungsgemäßen RöntgenstrahlenquelIe ist die aus einem Glühdraht 22 und einem Bündelungselement 21 bestehende Kathode 20 seitlich in bezug auf die Drehanode 10 versetzt angeordnet, und zwar derart, daß der gegenüber dem thermischen Brennfleck liegende Raum freigehalten ist, und der Zentral strahl des Röntgenstrahlenbündels ungefähr mit der Normalen in der Brennfleckoberfläche zusammenfällt und senkrecht zu der Rotationsachse der Drehanode verläuft. Eine solche Anordnung erlaubt ein fächerförmiges, ebenes Strahlenbündel mit großem üffungswinkel (größer als 60°) zu erzielen und eine ungefähr gleichförmige Energieverteilung der Strahlung zu erlangen, wobei der Brennfleck sich als rechteckförmige Form über den ganzen Bereich des Fächers darstellt. Die Kathode 20 ist zu diesem Zweck in einem hülsenförmig ausgebildeten Ansatz 9 angeordnet, wobei das eine Ende mit der Glashülle 1 luftdicht verbunden und das andere Ende luftdicht verschlossen ist und Durchführungen dür elektrische Leitungen 23 aufweist. Im Hintergrund des Glasansatzes 9 ist der Glühdraht 22 und das Bündelungselement 21 gehalten, die mit diesen Leitungen verbunden sind. Zwei Leitungen, die mit den Enden des Glühdrahtes 22 verbunden sind, durchqueren den hinteren Teil des Bündelungselementes 21, welches zu diesem Zweck

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mit Isolierteilen 24 (Fig. 3) versehen ist, und zwar, weil das Bündelungselement 21 mit einem Potential beaufschlagt wird, das negativer als das Potential des Gllihdrahtes 22 ist. Es ist festzustellen, daß es möglich ist, die Hülle 1 aus einem Metall herzustellen, das entweder gegenüber den Nutzstralen praktisch durchlässig oder an seiner dem Brennfleck gegenüberliegenden Stelle ein Fenster (nicht dargestellt) aufweist, das aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Metall z.B. Beryllium besteht. Der Ansatz 9 besteht vorzugsweise aus einem Isoliermaterial z.B. aus Glas oder Keramik, das mit der metallischen Hülle z.B. durch geignete Mittel oder Maßnahmen verbunden ist.

Gemäß der in der Figur 1 gargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlenquelle liegt die Achse des Ansatzes 9 und damit die des Elektronenstrahlenbündels in der Ebene des fächerförmigen Röntgenstrahlenbündels und steht senkrecht zur Rotationsachse bzw. zur Symmetrieachse der zylindrischen Drehanode 10. Es handelt sich hierbei also um eine Verlagerung der Elektronenstrahlenquelle 21, 22 in transversalem Sinn, wodurch eine optimale Befreiung des dem Brennfleck gegenüberliegenden Raumes erzielt ist, so daß eine, ein rechteckförmiges, gleichermaßen transversal angeordnetes Fenster 31 aufweisende Blende 30 (Schlitzblende) angeordnet werden kann, und zwar so nahe wie möglich an dem die Röntgenstrahlen emittierenden Brennfleck. In dieser ersten Ausführungsform ist der Glühdraht 22 parallel zu der Rotationsachse der Drehanode 10 angeordnet, so daß der längliche rechteckförmige Brennfleck (quasi linear) auf der Brennfleckbahn 12 ungefähr mit einer Generatrix der zylindrischen Oberfläche zusammenfällt.

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Die Ausrichtung der Achse des Ansatzes 9 ist in der Figur 1 ungefähr senkrecht zu der Generatrix der Oberfläche der Drehanode 10 dargestellt.

Die Anordnung des Ansatzes 9 unter rechtem Winkel erlaubt eine optimale Annäherung der Schlitzblende 30, was einen Vorteil im Hinblick auf einen linearen Brennfleck darstellt.

Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Brennfleckbahn 12 in einer von zwei Rändern 14 gebildeten ringförmigen Vertiefung angeordnet, welche die extra-fokale Strahlung reduziert.

Es ist aber auch möglich, bei einer derartigen Ausführungsform die Anordnungen des Ansatzes 9 unter einem spitzen oder stumpfen Winkel in bezug auf die Achse des Röntgenstrahlenbündeis vorzunehmen, welche mit der Normalen in der Brennfleckoberfläche zusammenfällt. Im zweiten Fall sind eventuell an sich bekannte Ablenkungs- und Konzentrationsmittel für das Elekronenstrahlenbündel erforderlich, die aus der Elektronenoptik bekannt sind und die die Ausrichtung der Bahn des Elektronenstrahlenbündels derart ermöglichen, daß es ungefähr senkrecht auf die Brennfleckbahn 12 auftrifft.

In der Figur 2 ist eine solche Anordnung des Ansatzes 9 unter spitzem Winkel zur Normalen im Brennfleck der Drehanode 10 dargestellt, wobei die Drehanode vollkommen zylindrisch ausgebildet ist und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- | dung zumindest teilweise von einer anti extra-fokalen Einrichtung f

15 umgeben ist, durch die eine noch größere Wirksamkeit als durch fj

die in diesem Zusammenhang bei dem Gegenstand nach Figur 1 ge- &iacgr;

troffenen Maßnahmen erzielt wird. K

Die anti extra-fokale Einrichtung 15 weist im wesentlichen ei- I

kreisbogenförmige Gestalt auf, dessen Zentrum mit der Rota- |

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tionsachse der Drehanode 10 zusammenfällt, und die mit ihrer Oberfläche parallel zur Oberfläche der Drehanode 1Ü liegt. In ihrem zentralen Bereich weist die Einrichtung 15 eine Aussparung derart auf, daß einerseits die Elektronenstrahlen und andererseits die vom Brennfleck ausgehenden Röntgenstrahlen ungehindert dieselbe passieren können.

Die Einrichtung 15 besteht aus zwei Teilen A und B. Das Teil A ist aus einem leichten Material wie z.B. Graphit oder Titan hergestellt und hat zum Ziel, die beim Aufprall des Elektronenstrahlenbündels auf dem Brennfleck entstehenden Sekundärelektronen zu absorbieren, und zwar durch Abbremsung auf seiner äußeren Oberfläche, wodurch die Entstehung einer (extra-fokalen) Röntgenstrahlung an anderen Punkten als an dem Brennfleck herabgesetzt wird. Das Teil B besteht aus einem schweren Material (hohe Atomzahl) wie z.B. Wolfram, wodurch die trotzdem an anderen Punkten als an dem Brennfleck entstehenden Röntgenstrahlen absorbiert werden. Die Dicke des Teiles A ist in Abhaängigkeit der max. Betriebsspannung derart gewählt, daß die durch den Einfall von Sekundärelektronen hervorgerufene Röntgenstrahlung vernachlässigbar wird. Die Dicke des Teiles B ist in Abhängigkeit der zu absorbierenden extra-fokalen Strahlenenergie und somit in Abhängigkeit der max. Betriebsspannung gewählt. Um eine optimale Wirksamkeit zu erzielen, muß die Einrichtung 15 mit ihrem Teil B sehr nahe an der zylindrischen Oberfläche der Drehanode 10 angeordnet sein, und zwar vorteilhafterweise in einem Abstand von einigen Zehntel Millimeter.

Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die Kathode 20 in bezug auf die Rotationsachse der Drehanode verschoben. Dies ist hier durch die

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schräge Ausrichtung des Ansatzes 9 in bezug auf die durch das fächerförmige Röntgenstrahlenbündel definierte Ebene dargestellt.

Die Verschiebung der Kathode 20 steht in Abhängigkeit einer Verschwenkung des Elektronenstrahlenbündels um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der Rotationsachse der Drehanode 10, und zwar in einer Ebene, die durch diese Achse und die Normale im Brennfleck der zylindrischen Oberfläche definiert ist. Um einen quasi linearen, mit einer Generatrix auf die Oberfläche 12 der Drehanode 10 zusammenfallenden Brennfleck zu erzielen, ist der Glühdraht 22 und die Höhlung des den Glühdraht 22 umschließenden Bündelungselementes 21 in der Verschiebeebene angeordnet und zwar z.B. ungefähr senkrecht zu einer Geraden ausgerichtet, die das Zentrum des Glühdrahtes 22 mit dem Zentrum des Brennflecks verbindet.

Die Drehanode 10 ist an einem Rotor 18 befestigt, dessen Rotationsachse mit XX' bezeichnet ist. Der Rotor 18 ist wiederum von einer metallischen Scheibe 26 gehalten, und zwar über ein dünnes hülsenförmiges, die Aufrechterhaltung des Vakuums im Gehäuse 1 gewährleistendes Teil 19. Der Rotor 18 befindet sich in einem Drehfeld, das son einem auf gleichem Potential wie die Drehanode 10 liegenden Stator 25 erzeugt wird. Die anti extra-fokale Einrichtung 15 kann zusätzlich zu ihrer primären Aufgabe, und zwar der Reduktion der extra-fokalen Strahlung eine weitere Aufgabe übernehmen, die darin besteht, die auftretende Wärme aufzunehmen und abzuführen. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche der Einrichtung 15 so groß wie mög-

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drische und die beiden kreisförmigen Oberflächen der Drehanode 10.

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In diesem Fall weist also die Einrichtung 15 eine hohlzylinderförmige Gestalt auf, deren Flächen parallel zu den entsprechenden Flächen der Drehanode 10 liegen. Die Wärmeabfuhr wird dabei durch eine in der Einrichtung 15 zirkulierende Kühlflüssigkeit gewährleistet.

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Claims (7)

KOCH & STERZEL GmbH & Co Schutzansprüche

1.) Röntgenstrahlenquelle für eine zur Herstellung von Transversal Schichtbildern geeignete Röntgeneinrichtung mit einer Vielzahl von nebeneinander in einer Reihe angeordneten Strahlendetektoren, wobei die Röntgenstrahlenquelle ein fächerförmiges, eine vorbestimmte Dicke aufweisendes Röntgenstrahlenbündel mit großem öffnungswinkel emittiert und sich im wesentlichen aus einer Drehanode mit zylindrischer Oberfläche und einer ein Elektronenstrahl enbündel in Richtung auf die Drehanode abgegebenen Kathode zusammensetzt, die ein einem luftleeren Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Elektronenstrahlenbündel (16) mit länglichem rechteckförmigen Querschnitt abgegebene Kathode (20) gegenüber der Drehanode (10) derart angeordnet ist, daß das Elekronenstrahlenbündel einen etwa entlang einer Generatrix der zylindrischen Oberfläche (12) verlaufenden Brennfleck hervorruft, von dem ein fächerförmiges Röntgenstrahl enbündel mit großem öffnungswinkel (o£) ausgeht.

dessen Winkelhalbierende Ebene eine Normale auf die zylindrische Oberfläche (12) der Drehanode (10) darstellt und durch die Längenachse des rechteckförmigen Brennflecks verläuft, dessen Länge die Dicke des fächerförmigen Röntgenstrahlenbündels bestimmt.

2.) Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine anti extra-fokale kreisbogenförmige Einrichtung (15) sehr nahe und parallet zu der zylindrischen Oberfläche (12) der Drehanode (10) angeordnet ist, die in ihrem gegenüber dem Brennfleck der Drehanode (10) liegenden zentralen Bereich einne öffnung aufweist, and daß zur Absorption der eventuell eine Erzeugung von Röntgenstrahlen an anderen Punkten als dem Brennfleck hervorrufenden Elekronen ein weit von der Oberfläche der Drehanode entfernter Teil (A) der Einrichtung (15) aus einem leichten Material besteht, während der übrige Teil (B) der Einrichtung (15) aus einem schweren Material (hohe Atomnummer) besteht, so daß die trotzdem unter Umständen noch an anderen Punkten als dem Brennfleck auftretende Röntgenstrahlung absorbiert wird.

3.) Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anti extra-fokale Einrichtung (15) formschlüssig mit einer die Drehanode (10) gegenüber dem luftleeren Gehäuse (1) fixierenden metallischen Scheibe (26) verbunden ist und auf demselben Potential wie diese liegt.

4.) Röntgenstrahlenquelle nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisbogenförmig ausgebildete Einrichtung (15) derart erweitert ist, daß sie kreisförmig

verlaufende Oberflächen aufweist, die zu der zylindrischen und den kreisförmigen Oberfläche(n) der Drehanode parallel liegen und die Drehanode (10) vollständig umgeben, und daß diese Einrichtung (15) Mittel zur Zirkulation eines Kühlmittels aufweist.

5.) Röntgenstrahlenquelle nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bahn des Röntgenstrahlenbündels eine Schlitzblende (30) derart angeordnet ist, daß ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel mit vorbestimmten öffnungswinkel (>i.) und einer quasi konstanten, mit der Breite des Schlitzes (31) etwa identischen Dicke entsteht, wobei die Winkelhalbierende Ebene als Normale in der Längachse des Brennflecks verläuft.

6.) RöntgenstrahlenquelIe nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (20) gegenüber der Winkelhalbierenden Ebene des fächerförmigen Strahlenbündels derart versetzt ist, daß die Kathode (20) außerhalb des durch den öffnungswinkel (&-) des fächerförmigen Strahlenbündels festgelegten Raumes sich befindet.

7.) RöntgenstrahlenquelIe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (20) in einem an dem Gehäuse

(1) angeordneten Ansatz (9) untergebracht ist, der schräg in bezug auf die die Drehanode (10) im Brennfleck tangierende Ebene ausgerichtet ist.

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