DE930041C

DE930041C - X-ray tube anode

Info

Publication number: DE930041C
Application number: DEN8107A
Authority: DE
Inventors: Bart Combee; Jacobus Marinus Houtman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1952-12-01
Filing date: 1953-11-29
Publication date: 1955-07-07
Also published as: FR1088516A; CH323748A; GB732335A; NL92818C; NL174265B; US2797350A; BE524719A

Description

In sehr vielen Röntgenröhren wird eine Anode verwendet, die aus Kupfer hergestellt ist und bei der die aus Wolfram bestehende Elektronenaufprallscheibe in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Kupfer steht, z. B. in den Kupferkörper eingebettet ist. Wenn die Röntgenröhre belastet wird, tritt in der Aufprallscheibe eine starke Wärmeentwicklung auf, von der ein größerer Teil bei Zunahme der Temperatur der Aufprallscheibe nach dem Kupferkörper abgeleitet und darauf auf ein Kühlmittel übertragen und abgeführt wird. Die zugeführte Wärmemenge ist in der Regel größer als die in derselben Zeitdauer vom Kühlmittel abgeführte Wärmemenge, so daß die Temperatur kontinuierlich zunimmt und schließlich die Belastungsdauer wegen des Erreichens der höchstzulässigen Temperatur begrenzt wird.In many X-ray tubes, an anode made of copper is used and at the electron impact disc made of tungsten in a good heat-conducting connection with the copper stands, z. B. is embedded in the copper body. When the X-ray tube is stressed a large amount of heat occurs in the impact disk, a larger part of which if the temperature of the impact disc rises, it is derived from the copper body and on it a coolant is transferred and discharged. The amount of heat supplied is usually greater than the amount of heat dissipated from the coolant in the same period of time, so that the temperature increases continuously and finally the load duration because of reaching the maximum permissible Temperature is limited.

Der Wärmekontakt zwischen der Wolframaufprallscheibe und dem Kupferkörper stellt einen wichtigen Faktor für die in der Anode auftretende Temperaturverteilung dar. Wenn die Bedingung eines möglichst guten Wärmekontaktes nicht erfüllt ist, so fließt ein zu geringer Wärmebetrag aus der Aufprallscheibe ab, und die Belastung der Röntgenröhre muß niedriger gewählt werden. Bei gleichbleibender Belastung wird die Aufprallscheibe zu hoch erhitzt, und es besteht die Gefahr einer Verdampfung des Materials, oder die Röhre wird wegen des Entstehens von Rissen in der Aufprallscheibe unbrauchbar.The thermal contact between the tungsten impact disc and the copper body provides a important factor for the temperature distribution occurring in the anode. If the condition the best possible thermal contact is not fulfilled, too little heat flows out the impact plate, and the load on the X-ray tube must be selected to be lower. at If the load remains constant, the impact disc is heated too high and there is a risk of a Evaporation of the material, or the tube will break due to the formation of cracks in the impact disc unusable.

Ein wesentlicher Nachteil bei solchen Röntgenröhren besteht darin, daß der anfänglich befriedigende Wärmekontakt nach längerem oder kürzerem Betrieb der Röhre schlechter werden kann. Die schnellen, sehr hohen Temperaturschwankungen, die darauf zurückzuführen sind, daß das Anodenmaterial bis auf die höchstzulässige Temperatur belastet wird und sich darauf abkühlt, sind die ₀Ursache davon, daß große Materialspannungen an der Grenze zwischen den beiden Materialien auftreten. Bei der Prüfung hinsichtlich der Art der auftretenden Beschädigung wurde festgestellt, daß die Haftung zwischen dem Kupfer und der Aufprallscheibe sich größtenteils in gutem Zustand befindet, aber Risse im Kupfer vorhanden sind.A major disadvantage of such X-ray tubes is that the initially satisfactory thermal contact can deteriorate after longer or shorter periods of operation of the tube. The fast, very high temperature fluctuations, which are due to the fact that the anode material is up to the maximum permissible temperature loaded and cools it, are the cause of _0, that large material stresses occur at the boundary between the two materials. When tested for the type of damage that occurred, it was found that the bond between the copper and the impact disc was mostly in good condition, but there were cracks in the copper.

Es wurden in gewissen Fällen Maßnahmen getroffen, die bezwecken, diesen Nachteil zu vermeiden. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, daß man größere Kristalle hinter der Aufprallscheibe anwachsen läßt. Durch Verstärkung des Kupfers, wozu direkt hinter der Aufprallscheibe ein Metallwollepfropfen eines Metalls größerer Festigkeit als Kupfer, vorzugsweise aus Wolfram, eingeschmolzen wurde, war gleichfalls eine Verbesserung nachweisbar. Es ist auf diese Weise gelungen, hinsichtlich der Zahl der Belastungen, die die Röntgenröhre aushalten kann, eine befriedigende Lebensdauer zu erreichen. Jedoch die kontinuierliche Erweiterung der medizinischen Prüfung mit Röntgenstrahlen bringt es mit sich, daß die Zeitdauer, in der die Röntgenröhre der mittleren Belastung unterworfen wurde, verhältnismäßig kurz ist und die Röhre daher zu schnell ersetzt werden muß. Wahrscheinlich haben auch die mit kürzeren Intervallen erfolgenden Belastungen eine ungünstige Auswirkung auf die Lebensdauer.In certain cases, measures have been taken to avoid this disadvantage. One of these measures is to have larger crystals behind the impact disc can grow. By reinforcing the copper, including a metal wool plug directly behind the impact disc a metal of greater strength than copper, preferably made of tungsten, melted down an improvement was also detectable. It succeeded in this way, regarding the number of loads that the X-ray tube can withstand a satisfactory service life reach. However, the continuous expansion of medical examination with X-rays it entails that the period of time in which the X-ray tube is subjected to the average load is relatively short and the tube must therefore be replaced too quickly. Probably the loads occurring at shorter intervals also have an unfavorable effect on the service life.

Eine weitere Ursache des Unbrauchbarwerdens der Röntgenröhre bei Verlängerung der Lebensdauer ist das Auftreten einer Rekristallisierung des Kupfers an Stellen, die hinsichtlich der Wärmeableitung· in einem sogenannten, toten Winkel liegen. Da infolge der Rekristallisierung das Material gleichsam pulverisiert wird, verringert sich die Wärmeleitfähigkeit, und beim Auftreten dieser Erscheinung an der Oberfläche lösen sich leicht Metallteilchen aus der Oberfläche.Another cause of the X-ray tube becoming unusable when its service life is extended is the occurrence of a recrystallization of the copper in places that have a bearing on heat dissipation lie in a so-called blind spot. As a result of the recrystallization the material is pulverized as it were, the thermal conductivity is reduced, and when this phenomenon occurs on the surface, metal particles are easily detached from the surface.

Dje Erfindung bezweckt eine weitere Erhöhung der Zahl der Belastungen, die eine Röntgenröhre dieser Art durchschnittlich aushalten kann, um die Herstellung von Röntgenröhren zu ermöglichen, die nicht mehr an erster Stelle infolge einer Verschlechterung· des Wärmekontaktes zwischen dem Kupferkörper und der Wolframaufprallscheibe unbrauchbar werden. Nach der Erfindung ist eine aus Kupfer hergestellte Anode für Röntgenröhren mit einer in den Kupferkörper eingebetteten Elektronenaufprallscheibe aus Wolfram versehen, die aus einer Platte besteht, von denen zwei gegenständige Seiten rechtwinklig oder annähernd rechtwinklig nach derselben Seite umgebogen sind, wobei die Platte mit Ausnahme der Elektronenaufprallfläche völlig in das Kupfer eingebettet ist.The aim of the invention is to further increase the number of loads that an X-ray tube is subjected to can withstand this type on average to enable the production of X-ray tubes, which is no longer in the first place due to a deterioration · in the thermal contact between the Copper body and the tungsten impact disc become unusable. According to the invention, one is off Copper-made anode for X-ray tubes with an electron impact disc embedded in the copper body made of tungsten, which consists of a plate, two of which are opposite Pages are bent over at right angles or approximately at right angles to the same side, with the plate is completely embedded in the copper with the exception of the electron impact surface.

Eine solche Anode verdankt ihre größere Festigkeit wahrscheinlich dem Umstand, daß das hinter der Aufprallscheibe liegende Kupfer zwischen den in das Metall gedrängten, aufrecht stehenden Rändern der Aufprallscheibe eingeschlossen ist. Die Beweglichkeit der Kupferkristalle kann weiter herabgesetzt und die Teilchen gegenseitig dadurch verankert werden, daß direkt hinter der Wolframplatte in bekannter Weise ein Metallwollepfropfen eingeschmolzen wird.Such an anode probably owes its greater strength to the fact that the behind copper lying on the impact disc between the upright ones pushed into the metal Edges of the impact disc is included. The mobility of the copper crystals can go further and the particles are mutually anchored by being directly behind the tungsten plate a metal wool plug is melted down in a known manner.

In einer verbesserten Form einer Anode nach der Erfindung ist dafür Sorge getragen, daß sich die Oberfläche des die Aufprallscheibe umfassenden Metalls der Anode ungefähr unter einem rechten Winkel an die umgebogenen Ränder der Aufprallplatte anschließt.In an improved form of an anode according to the invention, care is taken that the Surface of the metal of the anode comprising the impingement disk approximately below a right Angle connects to the bent edges of the impact plate.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind Ausführungsformen einer Anode nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, wobei auch das Anbringen der Metallwolle veranschaulicht ist.1 and 2 of the drawings are embodiments an anode according to the invention shown for example, with the attachment the metal wool is illustrated.

Die Anode besteht aus dem Kupferkörper 1 zylindrischen Querschnitts, der im Verhältnis zur Wolframaufprallscheibe 2 ein größeres Volumen besitzt, um als Wärmekapazität dienen zu können. Die Aufprallscheibe wird möglichst klein gewählt, damit der von der darin entwickelten Wärme zurückzulegende Weg möglichst kurz ist. Da die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer wesentlich größer als die von Wolfram ist, erfolgt die Wärmeableitung schneller, wenn der zurückzulegende Weg im Wolfram kürzer ist. Eine lange Anode ist gleichfalls ungünstig, um zu einer großen Gleichmäßigkeit in der Wärmeverteilung zu gelangen; diese wird angestrebt, um die Temperaturunterschiede in der Anode nicht größer als durchaus notwendig zu machen, so daß der Anodendurchmesser die Ausmaße der Elektronenaufprallfläche gewöhnlich wesentlich überschreitet. Mit 3 und 4 sind die rückwärts umgebogenen Ränder der Wolframplatte angedeutet, die völlig in das Kupfer eingebettet sind und das zwisdhenliegende Kupfer einschließen. Mit S ist der Metallwollepfropfen bezeichnet, der sich gleichfalls innerhalb des von den umgebogenen Rändern begrenzten Anodenteils befindet.The anode consists of the copper body 1 cylindrical cross-section, which in relation to Tungsten impingement disk 2 has a larger volume in order to be able to serve as a heat capacity. The impact disc is chosen to be as small as possible, so that the heat generated in it is reduced the distance to be covered is as short as possible. Because the thermal conductivity of copper is much greater than that of tungsten, the heat is dissipated faster if the path to be covered is in the tungsten is shorter. A long anode is also unfavorable in order to achieve great uniformity in to get to the heat distribution; This is aimed at reducing the temperature differences in the Do not make the anode larger than absolutely necessary, so that the anode diameter has the dimensions usually significantly exceeds the electron impact area. With 3 and 4 they are backward bent edges of the tungsten plate, which are completely embedded in the copper and include the intermediate copper. The metal wool plug is denoted by S, the is also within the bent over from the Edges limited anode part is located.

Die in der Auftreffplatte 2 entwickelte Wärme verbreitet sich nach allen Richtungen. Der höchste Temperaturbereich ist zwischen den gestrichelt no dargestellten äußersten Bahnen 6 und 7 des auf die Auftreffplatte auftreffenden Elektronenbündels begrenzt. Da aber die Begrenzungen dieses Bereiches nahe an den Rändern der Auftreffplatte liegen, kann die in zur Oberfläche parallelen Richtungen abgeleitete Wärme so groß sein, daß sie eine schädliche Rekristallisierung des an die umgebogenen Ränder der Aufprallplatte angrenzenden Anodenmaterials herbeiführt. Dieses Material Hegt in einem sogenannten toten Winkel, in dem mehr oder weniger eine Wärmeanhäufung auftritt, da sich der Querschnitt zwecks der Wärmeableitung in Richtung der Aufprallplatte verengt. Um diese Gefahr zu vermeiden, ist bei der Bauart nach Fig. 2 das Anodenmaterial dieser beiderseits der Aufprallscheibe mit 8 und 9 bezeichneten StellenThe heat developed in the target 2 spreads in all directions. The highest The temperature range is between the outermost tracks 6 and 7 of the dashed line no Impact plate limited to the impinging electron beam. But there the limitations of this area are close to the edges of the target, which can be in directions parallel to the surface dissipated heat must be so great that it has a harmful recrystallization of the bent over Causes edges of the impact plate adjacent anode material. This material cherishes in a so-called blind spot, in which more or less heat accumulates, there the cross section narrows in the direction of the impact plate for the purpose of heat dissipation. Around To avoid danger, the anode material of this is on both sides of the construction according to FIG Impact disc with 8 and 9 designated points

entfernt, so daß sich die Oberfläche unter einem annähernd rechten Winkel an die Seitenwände der umgebogenen Ränder der Aufprallplatte anschließt.removed so that the surface is at an approximately right angle to the side walls of the bent edges of the impact plate connects.

Claims

Patent claims:

i. X-ray tube anode made of copper with an electron impact disc embedded in the copper body made of tungsten, characterized in that the impact disc is a plate of which two opposite sides are at right angles or bent approximately at right angles to the same side, the plate with the exception of the surface designated as the electron impact surface, completely into the copper is embedded.

2. Anode according to claim i, characterized in that in the copper between the bent over A metal wool plug made of tungsten is melted down at the ends of the impact plate in a known manner.

3. Anode according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the Impact plate comprising metal of the anode at approximately a right angle to the bent edges of the impact plate connects.

4. X-ray tube with an anode according to claim 1, 2 or 3.

1 sheet of drawings