DE923565C - Roentgenroehre - Google Patents

Description

Die Belastung, die eine Röntgenröhre während längerer Zeit aushalten kann, ist von der Wärrnebilanz im Belastungsintervall abhängig. Zur Prüfung von Werkstoffen und zum Untersuchen technischer Werkstücke beträgt die Dauer der Untersuchung in den meisten Fällen wenige Minuten, kann aber bisweilen viel länger sein. Bei Belastungszeiten dieser Größenordnung (mehrere Minuten und mehr) ist die Wärmeverteilung in der

ίο Anode stationär, d. h. unabhängig von der Zeit, und demnach ausschließlich abhängig von dem Wärmeleitverhältnissen in der verwendeten Röhre.

Wenn die Belastung niedrig genug gewählt wird, läßt sich für diese Untersuchungen eine normale technische Röntgenröhre verwenden. Die Anwendungsmöglichkeiten sind dann aber sehr gering und beschränken sich auf Untersuchungen dünner Materialschichten und dünnwandiger Bauteile. Wenn die Dicke der zu prüfenden Gegenstände größer wird, muß die Röhre eine höhere Belastung aushalten können. Nun lassen zwar auch normale Röhren eine höhere Belastung zu, wenn die Aufprallstelle der Elektronen auf der Anode größer wind, wenn nur die dabei in der Anode entwickelte größere Wärmemenge vom Kühlsystem abgeführt werden kann. Die große Brennfläche macht aber die erhaltenen Bilder in starkem Maße unscharf, wodurch die Genauigkeit der Prüfung leidet. Patentinhabern hat festgestellt, daß die bekannten Bauarten nicht den Anforderungen hinsichtlich Bildqualität und Belastbarkeit entsprechen können, seien es nun die, bei denen die Anode ihre Wärme bei

hoher Temperatur ausstrahlt, oder Röhren mit flüssigkeitgekühlter Anode von großer Wärmekapazität oder schließlich Röhren, deren Anode mit einem Körper in Verbindung steht, der eine große Wärmeausstrahlungsoberfläche 'besitzt.

Zur Erhöhung der dauernd zulässigen Belastung ist bereits eine Röntgenröhre bekannt, welche eine scheibenförmige, aus einem dünnen Metallplättchen bestehende Anode besitzt, wobei die infolge des ίο Aufprällens der Elektronen in diesem Plättchen entwickelte Wärme an der von der Aufprallfläche abgekehrten Seite abgeführt wird. Die scheibenförmige Anode muß hienbei sehr gründlich gekühlt werden, da die für die Wärmeübertragung verfügbare Oberfläche viel kleiner ist als bei den ersterwähnten Bauarten. Hierbei wird die Rückseite des Anodenplättchens mittels eines Flüssigkeitsstromes gekühlt, wobei die Flüssigkeit mit großer Geschwindigkeit längs der Oberfläche geführt wird. Für die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist maßgebend, daß die Strömung turbulent sein muß, wobei sich zwischen dem turbulenten Kern und der Berührungsoberfiäche eine Schicht befindet, in der die Strömung laminar ist. Die Wärmeabführung erfolgt daher in zwei Stufen: 1. Leitung durch·die laminare Grenzschicht, 2. Konvektion in der turbulenten Kernströmung.

Eine gute Wärmeleitung durch die Laminargrenzschicht läßt sich durch Verwendung einer Flüssigkeit mit großer Wärmeleitfähigkeit erzielen. Für den zweiten Faktor sind die spezifische Wärme pro Volumeneinheit und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit die wichtigsten kennzeichnenden Größen. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung wird durch die Höhe des Druckes begrenzt, der mit dem Querschnitt der Leitungen und der Viskosität der Flüssigkeit im Zusammenhang steht.

An sich ist eine Röntgenröhre bekannt mit einer dünnen Anodenscheibe, hinter der sich eine metallische Flüssigkeit strömend vorbeibewegt. Die Erfindung bezweckt, bei einer derartigen Röhre die Wärmeabführung so zu verbessern, daß sie sehr stark belastet werden kann.

Gemäß der Erfindung steht bei einer Röntgenröhre, insbesondere für längere Belastungen, mit einer Anode, bei der die Aufprallfläche der Elektronen aus einem dünnen Metallplättchen besteht und die im Plättchen entwickelte Wärme an der von der Elektronenaufprallfläche abgekehrten Seite durch eine gut wärmeleitende Flüssigkeit abgeführt wird, die Anode an dieser Seite in gut wärmeleitender Verbindung mit einem Kühlkörper, der sich entlang der Anode bewegt, wobei die wärmeleitende Verbindung zwischen der Anode und dem Kühlkörper von einer dünnem Schicht der metallischen Flüssigkeit, beispielsweise Quecksilber, hergestellt wird.

Die in der Anode entwickelte Wärme wird vom Kühlkörper aufgenommen und muß von diesem abgeführt werden. Das kann auf verschiedene Weise erfolgen. Der Körper kann beispielsweise in der freien Luft angeordnet sein, so daß er seine Wärme vor allem durch Leitung und Konvektion an die Umgebung abgeben kann. Der Kühlkörper kann sich auch in einem Gehäuse befinden, dessen Wand als wänmeausstrahlendes Organ dient und zur Vergrößerung der ausstrahlenden Oberfläche mit Kühlrippen versehen oder künstlich gekühlt werden kann. Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform ergibt sich, wenn der Raum zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse mit der gleichen Flüssigkeit wie die zwischen der Anode und dem Kühlkörper befindliche Flüssigkeit gefüllt ist, so daß diese Flüssigkeit gleichzeitig für die Wärmeübertragung dieses Körpers auf die Wand des Gehäuses dient. Es ist vorteilhaft, einen Kühlkörper zu verwenden, der aus einem gut wärmeleitenden Metall besteht, wie beispielsweise Kupfer, und eine große Wärmekapazität besitzt. Dies bietet den Vorteil, daß die Wärme sich schnell im Körper verteilt, wodurch die Wärmeabgabe üiber eine möglichst große Oberfläche stattfindet und die Temperaturänderung in der Kühlflüssigkeit gering sein kann.

Der Brennfleck auf der Anode ist oft länglich und wird in Richtung des austretenden Röntgenstrahlenbündeis verkürzt beobachtet. In diesem Falle ist es für eine gute Wärmeübertragung von der Anode auf den Kühlkörper günstig, wenn die Bewegungsrichtung der längs der Anode streichenden Oberfläche dieses Körpers senkrecht zu der längsten Abmessung der Elektronenaufprallsteile steht.

Der Kühlkörper wird vorzugsweise rotierend ausgebildet und" zylinder- oder scheibenförmig gestaltet. Seine Kühlung kann auch mittels einer getrennten Flüssigkeit erfolgen, beispielsweise dadurch, daß der Kühlkörper hohl ausgebildet und die Kühlflüssigkeit über die Drehachse zu- und abgeführt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsforin einer erfindungsgemäßen Röhre dargestellt ist, näher erläutert.

Die Röntgenröhre 1 besitzt eine Kühlvorrichtung 2 und besteht aus einem Metallteil 3 mit einer öffnung 4, welche von einem dünnen Metallplättchen 5 aus Wolfram abgeschlossen ist. Das die Anode bildende Metallplättchen 'dient als Aufprallscheibe für die Elektronen und wird unter dem Einfluß des Elektronenaufpralls erhitzt. Die in der Scheibe entwickelte Wärme wird an ihrer Rückseite abgeführt und auf einen Kühlkörper 8 mittels einer metallischen' Flüssigkeit, beispielsweise Quecksilber, übertragen, welche das Gehäuse 6 der Kühlvorrichtung 2 völlig füllt und sich auch zwischen der Anode 5 und dem Kühlkörper 8 befindet. Die Wärme wird von der Flüssigkeit an die Wand des Gehäuses 6 abgegeben, welche mit Kühlrippen 7 versehen ist, um die Ausstrahlung von Wärme an die Umgebungskift zu fördern. Die Wärmeabgaibe läßt 'sich durch künstliche Kühlung des Gehäuses 6 vergrößern, wozu es mit einem Mantel versehen werden kann und durch den zwischen dem Gehäuse und dem Mantel vorhandenen Raum ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel hindurchgeführt wird.

Der vorzugsweise aus Kupfer bestehende Kühlkörper 8 ist scheibenförmig und ist um die Welle 9

drehbar, welche mittels eines Abdichtungsringes io für die Flüssigkeit durch die Wand des Gehäuses 6 der Kühlvorrichtung nach außen geführt ist. Beim Betrieb der Röntgenröhre wird die Scheibe 8 gedreht; der Antrieb der Welle 9 kann mittels eines Motors erfolgen, der mit der Kühlvorrichtung zu einem Ganzen vereinigt sein kann. Die Drehzahl der Scheibe 8 kann beispielsweise 50/sec betragen.

Dadurch, daß sich stets wieder ein anderer Teil der konischen Oberfläche des Kühlkörpers 8 der Anode gegenüber befindet, wird die Wärme schnell von dieser Anode abgeführt und vom Kühlkörper aufgenommen. Die von diesem Körper aufgenommene Wärme wird wieder von der im Gehäuse befindlichen Flüssigkeit auf die Wand des Gehäuses übertragen, welche zur Förderung der Ausstrahlung von Wärme an die Umgebung mit Kühlrippen 7 versehen ist.

Es ist zweckmäßig, den Kühlkörper 8 derart anzuordnen, daß zwischen seiner Oberfläche und der geheizten Oberfläche der Aufprallscheibe nur ein kleiner Zwischenraum besteht, so daß sich an dieser Stelle eine dünne Flüssigkeitsschicht befindet. Die Belastungserhöhung gegenüber den bekannten Röhren wird am größten, wenn dieser Abstand möglichst klein und beispielsweise so gering ist, daß bei etwaiger Durchbiegung der Aufprallscheibe infolge der von den Elektronen herbeigeführten Heizung die Oberfläche des Metallorgans noch gerade von der Oberfläche der Aufprallscheibe frei läuft. Die Temperaturdifferenz in der dünnen Flüssigkeitsschicht ist dann sehr gering.

Mit dem Metallteil 3 der Röntgenröhre ist ein mit einer Einstülpung 12 versehener Wandteil 11 aus Glas verbunden. Die Einstülpung trägt die Sammelvorrichtung 13, mit der Glühkathode 14 und den Stromzuführungsleitern 15 und 16 im Quetschfuß 17.

Die Befestigung der Kühlvorrichtung an der Röhre erfolgt mittels der Flanschverbindung 18, wozu das Ende des metallenen Rohrteiles 3 vergrößerte Wandstärke besitzt. Die Röhre kann vor der Anbringung der Kühlvorrichtung völlig fertiggestellt und entlüftet werden.

Im Wandteil 3 befindet sich eine Öffnung 22, welche von einem dünnen, zum Durchlassen wirksamer Röntgenstrahlen dienenden Fenster abgeschlossen ist.

Es sind verschiedene andere Ausführungsformen des Kühlsystems möglich, bei denen die Erfindung ebenfalls benutzt wird, so daß der Erfindungsgedanke keineswegs auf die in der Figur dargestellte Ausführungsform beschränkt bleibt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Röntgenröhre, ins'besondere für längere Belastungen, mit einer Anode, bei der die Aufprallfläche der Elektronen aus einem dünnen Metallplättchen besteht und die im Plättchen entwickelte Wärme an der von der Elektronenaufprallfläche abgekehrten Seite durch eine gut wärmeleitende Flüssigkeit abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode an dieser Seite in gut wärmeleitender Verbindung mit einem Kühlkörper steht, der sich entlang der Anode 'bewegt, wobei die wärmeleitende Verbindung zwischen der Anode und dem Kühlkörper von einer dünnen Schicht der metallischen Flüssigkeit, beispielsweise Quecksilber, hergestellt wird.
2. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit gleichr zeitig als Leiter für die Abführung der vom Kühlkörper aufgenommenen Wärme nach einer mit einer großen Strahlungsoberfläche versehenen Wand dient.
3. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper aus gut wärmeleitendem Metall, beispielsweise Kupfer, besteht.
4. 4. Röntgenröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der Oberfläche des Kühlkörpers senkrecht zu der längsten Abmessung der Elektronenaufprallstelle steht.
5. 5. Röntgenröhre nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper drehbar um eine Welle angeordnet ist.
6. 6. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper von einer anderen als der für die Wärmeübertragung zwischen der Anode und der Kühlungsoberfläche verwendeten Flüssigkeit gekühlt wird.
7. 7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper hohl ausgebildet ist und Kühlflüssigkeit durch den Hohlkörper hindurchgeführt wird.

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 591 625, 616 288.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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