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Einrichtung zum Betrieb von Röntgenröhren Es ist bereits vorgeschlagen
worden, in Einrichtungen zum Betrieb von Glühkathodenröntgenröhren zum Schutze der
Röntgenröhre gegen Überlastung in den Primärstromkreis des Hochspannungserzeugers
einen Widerstand einzuschalten, der auf einen solchen Wert eingestellt wird, daß
die Röhre bei den gewünschten Betriebswerten (Spannung und Strom) ein Maximum an
Leistung aufnimmt, so daß beliebige Änderungen der Elektronenemission der Glühkathode
nur eine Verminderung der Leistungsaufnahme bewirken können.
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Durch diese Maßnahme wird zwar der Vorteil erzielt, daß die der Röntgenröhre
zugeführte Leistung bei Verminderung der Elektronenemission trotz der dadurch bedingten
Spannungserhöhung unter den dem Leistungsmaxinium entsprechenden Wert sinkt; es
wird jedoch dabei nicht berücksichtigt, daß die maximale Brennflecktemperatur sich
trotzdem wenig oder gar nicht ändert, weil der Brennfleck erfahrungsgemäß mit steigender
Spannung kleiner wird.
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In der Fig. i ist die auf Grund von Erfahrungswerten ermittelte Abhängigkeit
der Röntgenröhrenbelastung L von der Röhrenspannung U bei konstanter Belichtungszeit
für vier verschiedene Belichtungszeiten (a bis d) dargestellt. Aus den in
dieser Figur dargestellten Kurven ist ersichtlich, daß die der Röntgenröhre maximal
zuzuführende Leistung sowohl mit zunehmender Belichtungszeit als auch mit steigender
Röhrenspannung kleiner wird. Um die Belastbarkeit der Röntgenröhre in allen Fällen
voll auszunutzen, erscheint es somit wünschenswert, die Röntgenröhre bei einer bestimmten
Belichtungszeit so zu
belasten, daß die von der Röhre aufgenommene
Leistung bei steigender Spannung in dem in der Fig. i dargestellten Maße geringer
wird. Die Einstellung des richtigen Röhrenstromes bei jedem Wert der Röhrenspannung
ist jedoch schwierig und umständlich.
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Die Erfindung hat eine derartige Einrichtung zum Betriebe von Glühkathodenröntgenröhren
zum Gegenstand, die eine derartige Bemessung des induktiven und Ohmschen Widerstandes
im Primär- und Sekundärstromkreis des Hochspannungserzeugers aufweist, daß bei wahlweiser
Änderung des Röhrenstromes sich von selbst dadurch beeinflußt die Röhrenspannung
in einem ausreichend großen Bereich so ändert, daß die sich aus diesen Werten des
Röhrenstromes und der Röhrenspannung ergebende Leistung gleich den für die jeweilige
Röhrenspannung bei einer bestimmten Belichtungszeit zulässigen Leistung ist.
. Das gewünschte Ziel läßt sich bei jedem Röntgenapparat auf die denkbar
einfachste Weise dadurch erreichen, daß in den Primärstromkreis des Hochspannungserzeugers
ein entsprechend bemessener Vorwiderstand eingeschaltet wird. Die Spannungsregelung
erfolgt dabei ausschließlich durch Änderung des Röhrenstromes, wobei man im Interesse
der Vereinfachung der Apparatebedienung bewußt auf die Möglichkeit der getrennten
Regelung von Strom und Spannung verzichtet.
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In der Fig. 2 sind für eine Einrichtung gemäß der Erfindung die Röhrenspannung
und die Leistung in Abhängigkeit vom Röhrenstrom dargestellt. Steigert man bei konstanter
Leerlaufspannung U, den Röhrenstrom I vom Werte I, auf den Wert I, so sinkt die
RöhreDspannung von dem Wert U, auf den Wert U" Es ist also möglich, allein durch
Änderung des Röhrenstromes die Röhrenspannung_ bei einer bestimmten Belichtungszeit
innerhalb eines Gewissen Bereiches kontinuierlich zu verändern, wobei der Röhre
stets die bei der betreffenden Spannung maximal zulässige Leistung zugeführt wird.
In der Fig. 2 ist ferner der Wert (U, - I), der etwa proportional
der Sekundendosis ist, in Abhängigkeit vom Röhrenstrom I dargestellt. Dabei zeigt
sich, daß -sich dieser Wert zwischen I, und I, nur um etwa + 5 04
ändert. Daraus ist ersichtlich, daß, während die Röhrenspannung durch Änderung des
Röhrenstromes zwischen den Werten U, und U, sich kontinuierlich ändert, die
Sekundendosis in diesem Intervall annähernd konstant bleibt.
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Diese Betrachtung gilt für eine bestimmte Belichtungszeit und damit
auch für eine bestimmte Sekundendosis. Man kann aber auch bei konstanter Leerlaufspannung
U, des Hochspannungstransformators die Sekundendosis durch Verkleinerung
des in den Primärstromkreis des Hochspannungserzeugers eingeschalteten Widerstandes
erhöhen, wobei man allerdings eine entsprechende Verkürzung der maximal zulässigen
Belichtungszeit in Kauf nehmen muß. In der Fig. 3 ist dargestellt, wie bei
konstanter Leerlaufspannung U, bei vier verschiedenen Werten des Vorwiderstandes
die Spannung zwischen den Werten U,
und U, durch Änderung des Röhrenstromes
kontinuierlich geändert werden kann und wie sich dabei die der Röntgenröhre zugeführte
Leistung ändert. Die Leistungskurvenstücke a-' bis d' im Spannungsintervall
U, bis U, entsprechen den Kurvenstücken a bis d
in der
Fig. i.
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Die beschriebenen Zusammenhänge zwischen Röhrenspannung, Röhrenstrom,
Leistung und Sekundendosis sind allein durch die elektrischen Daten des Röntgenapparates
unabhängig von der Belastbarkeit -der verwendeten Röntgenröhre bestimmt. Will man
nun weiterhin eine durch Überschreitung der maximal zulässigen Belichtungszeit mögliche
Überlastung der Röntgenröhre mit Sicherheit vermeiden, so muß noch die in der Fig.
4 dargestellte Abhängigkeit der maximal zulässigen Leistung L von der Belichtungszeit
T berücksichtigt werden. Da die in der Fig. :i dargestellte Abhängigkeit der maximal
zulässigen Leistung von der Spannung bereits durch die geeignete Wahl der elektrischen
Betriebsbedingungen berücksichtigt worden ist, so genügt. es, die Abhängigkeit der
maximal zulässigen Leistung von der Belichtungszeit nur für
einen einzigen
Spannungswert in Betracht zu ziehen. Eine Überlastung der Röntgenröhre kann somit
dadurch in einfacher Weise vermieden werden, daß am Zeitrelais eine feste oder einstellbare
Vorrichtung zur Begrenzung der Belichtungszeit angebracht wird. Wird mit verschiedenen
Vorwiderständen und dadurch bedingten verschieden großen maximalen Belichtungszeiten
gearbeitet,' so muß die Vorrichtung zum Regeln des Vorwiderstandes mit der einstellbaren
Vorrichtung zur Begrenzung der Belichtungszeit mechanisch oder elektrisch gekuppelt
werden.
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Es sind bereits Einrichtungen zur Vermeidung von Röhrenüberlastungen
bekannt, die in der Weise arbeiten, daß zu bestimmten Werten der Röhrenspannung
zwangsläufig bestimmte dazugehörige Werte des Röhrenstromes eingestellt werden,
wobei sich diese Werte im Allgemeinen. nur auf einen einzigen Höchstwert der Belichtungszeit
beziehen. Demgegenüber hat die neue Einrichtung folgende Vorteile: i. Die Röhrenspannung
wird in einfacher Weise lediglich durch Änderung des Röhrenstromes kontinuierlich
verändert.
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.2. Die Sekundendosis ist in weiten Grenzen von der Röhrenspannung
(Strahlenhärte) praktisch unabhängig und7 kann in ebenfalls sehr einfacher Weise
durch Änderung des in den Primärstromkreis des Hochspannungserzeugers eingeschaltetenWiderstandes
verändert werden.
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3. Bei den bekannten Einrichtungen kann die Röntgenröhre durch
verhältnismäßig geringfügige Steigerung der Röhrenheizung, die durch eine unbeabsichtigte
Erhöhung der Netzspannung eintreten kann, überlastet werden. Bei der neuen Einrichtung
dagegen ist eine Überlastung der Röhre durch Steigerung der Heizung völlig ausgeschlossen,
da die Röhrenspannung mit steigendem Röhrenstrom kleiner wird. Die Überlastung der
Röhre durch Steigerung der Röhrenspannung ist äußerstenfalls dem Anstieg der Netzspannung
proportional.
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4. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen ist die Belastbarkeit
der Röntgenröhre bei der neuen Einrichtung -bei jeder Belichtungszeit, das heißt
bei jedem Wert des Vorwiderstandes, voll ausgenutzt.
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In der Fig. 5 ist #in Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung
schematisch der Schaltungsanordnung
nach und, soweit es in Frage
kommt, in perspektivischer Darstellung wiedergegeben.
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Der Hochspannungstransformator i ist primärseitig über den regelbaren
Vorwiderstand -9, die Kontakte des Zeitrelais 3 und den Hauptschalter
4 an das Netz 5
angeschlossen. DieHeizung der Glühkathodenräntgenröhre
6 erfolgt über den Heizstromtransformator 7, der ebenfalls über einen
regelbaren Widerstand 8 an das Netz 5 angeschlossen ist. Bei Regelung
des Widerstandes 2 durch Drehen an dem Knopf 9 wird durch die Kurvenscheibe
io die zu dem gewählten Wert des VorwiderstandeS 2 gehörige Maximaleinstellung des
Zeitrelais 3 eingestellt. Die Änderung der Röhrenheizung erfolgt durch Bewegen
des Schiebers i i an dem Widerstand 8. Auf der Trommel 12, die mittels des
Knopfes 9 angetrieben wird und sich zwangsläufig mit der Einstellung des
Widerstandes 2 dreht, sind Eichkurven für die Röhrenspannung in Abhängigkeit von
der Einstellung des Widerstandes 2 und der Stellung des Schiebers ii angebracht.
In dem Schlitz des ortsfesten Lineals 13 erscheinen die jeweiligen Punkte der Eichkurven,
wobei der Zeiger des Schiebers ii die Röhrenspannung anzeigt. Die äußeren Begrenzungskurven
der Eichkurvenschar (in der Fig. 5
durch dickere Linien hervorgehoben) können
als erhabene Leisten ausgebildet werden und somit die Stellung des Schiebers ii
bei der jeweiligen Stellung des Knopfes 9 bzw. der Trommel 12 begrenzen.
Dadurch ist einerseits erreicht, daß der Heizfaden der Röntgenröhre nicht durch
Überheizung zerstört werden kann, und andererseits wird verhindert, daß bei zu geringer
Heizung die Röhrenspannung über den zulässigen Wert U, ansteigen kann. Will
man erreichen, daß bei Drehung an dem Knopf 9 die einmal eingestellte Röhrenspannung
erhalten bleibt, so können die Kurven auf der Trommel 12 auch als Rillen ausgebildet
werden, in denen ein Mitnehmerstift des Schiebers ii gleitet, so daß bei Drehung
der Trom-Mel 12 der Schieber ii immer auf der gleichen Linie der Trommel 12 bleibt.
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Da die Kurven auf der Trommel 12 von der Heizcharakteristik der Röntgenröhre
und die Gestalt der Kurvenscheibe io von der Größe des Brennfleckes abhängig sind,
so müssen die Trommel 12 und die Kurvenscheibe io beim Auswechseln der Röntgenröhre
mit ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck ist eine Kupplung 14 vorgesehen. Werden
mehrere Röntgenröhren abwechslungsweise an den Hochspannungserzetiger angeschlossen,
so ist es zweckmäßig, eine Vorrichtung vorzusehen, die bewirkt, daß jede Röntgenröhre
mir gemeinsam mit der zugehörigen Trommel 12 bzw. Kurvenscheibe io eingeschaltet
werden kann.
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Bei Drehung des Knopfes 9 ändert sich einerseits durch die
Einstellung des Widerstandes 2 die Sekundendosis und andererseits über die Kurvenscheibe
io die maximal zulässige Belichtungszeit. Mit steigender Sekundendosis (Verkleinerung
des Widerstandes 2) wird die maximal zulässige Belichtungszeit .kleiner, ebenso
wird auch das Produkt aus der Sekundendosis und der Belichtungszeit, nämlich die
Dosis, mit zunehmender Sekundendosis und entsprechend abnehmender Belichtungszeit
kleiner. Da es für die Einstellung der Betriebsbedingungen von Vorteil ist, wenn
man die Dosis vor der Röntgenaufnahme kennt, ist es zweckmäßig, eine Anzeigevorrichtung
für die Dosis vorzusehen, die nach Art eines Rechenschiebers ausgebildet sein kann.
Der ortsfest gelagerte Rechenschieber 15 ist durch das Antriebsband 16 und die Kurvenscheibe
17 mit dem Zeitrelais 3 verbunden. Durch die Kurvenscheibe 17 wird die normalerweise
lineare Einstellung des Zeitrelais in das für den Rechenschieber erforderliche logarithmische
Maß übersetzt. Unter Umständen ist es auch zweckmäßig, die Teilung des Zeitrelais
3 von vornherein logarithmisch auszuführen, so daß die Kupplung zwischen
dem Zeitrelais und dem Rechenschieber direkt durch lineare Übertragung möglich ist.
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Die Einstellung der Belichtungszeit wird auf der oberen Skala des
Rechenschiebers 15 durch den ortsfesten Zeiger 18 angezeigt. Die Stellung des Zeigers
ig, der durch die Drehung der Kurvenscheibe 2o bewegt wird, entspricht der Sekundendosis
im logarithmischen Maßstab. Durch die Relativbewegung zwischen dem Zeiger ig und
dem Rechenschieber 15 wird die Multiplikation von Belichtungszeit und Sekundendosis
vorgenommen. Der Zeiger ig zeigt deshalb auf der mittleren Skala des Schiebers 15
direkt die Dosis an.
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In vielen Fällen ist es erwünscht oder erforderlich, die Röntgenaufnahme
nicht mit der maximal zulässigen Belichtungszeit, sondern in einer kürzeren Zeit
auszuführen. Zu diesem Zweck ist der Drehknopf 21 vorgesehen, der mittels eines
Zahntriebes eine Relativbewegung zwischen dem Rechenschieber 15 und dem als Zahnstange
ausgebildeten Zeiger 22, der von der Kurvenscheibe io bewegt wird, bewerkstelligt.
Der Zeiger 22 zeigt auf der unteren Skala des Rechenschiebers 15 die Röhrenbelastung
in Prozenten an.
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Bei der neuen Einrichtung ist es also möglich, die Dosis unabhängig
von der Spannung (Strahlenhärte) einzustellen. Die Einstellung der Dosis erfolgt
durch Drehen des Knopfes 9, angezeigt wird sie durch den Zeiger ig auf der mittleren
Skala des Rechenschiebers 15. Die Einstellung der Röhrenspannung erfolgt durch den
Schieber ii, die Ablesung des eingestellten Wertes auf der Trommel 12. Die Einstellung
der prozentualen Röhrenbelastung mittels des Drehknopfes 21 und des Zeigers 9-2
wird normalerweise auf einen konstanten Wert, z. B. 8o 0/!" festgelegt. Nur wenn
extrem große Dosiswerte (seitliche Wirbelsäule) oder extrem kleine Werte (Kinderhand)
eingestellt werden sollen ' wird man auch die prozentuale Röhrenbelastung
verstellen.