DE942828C

DE942828C - Roentgenroehre

Info

Publication number: DE942828C
Application number: DEG9844A
Authority: DE
Inventors: John Edwin Illingworth; Michael Joseph Zunich
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1951-09-28
Filing date: 1952-09-23
Publication date: 1956-05-09
Also published as: US2846753A; FR1062971A; GB715669A

Description

Es ist bereits bekannt, eine Röntgenröhre mit einem gegossenen und eine Kammer zur Hindurchleitung einer Kühlflüssigkeit enthaltenden Anodenkörper auszurüsten, auf dessen Kathodenseite eine Elektronenprallplatte angeordnet ist und an dem Leitflächen zur Aufteilung der Kühlkammer in verschiedene Teile angegossen sind. Bei einer solchen bekannten Einrichtung ist jedoch die der Kathode der Röntgenröhre zugekehrte Wand sehr dick gehalten und besitzt auf ihrer der Kühlflüssigkeit zugekehrten Seite eine im wesentlichen kugelhaubenförmige Gestalt, in deren Scheitelpunkt das Kühlmittel zugeführt wurde, da man bemüht war, an alle Teile des sich im Scheitelpunkt verzweigenden Kühlmittels gleich viel Wärme abzuführen.

Wenn man die der Kathode zugekehrte Wand des gegossenen Anodenkörpers hinter der ganzen Elektronenprallplatte gleich dick macht, ist es erforderlich, dieser Wand eine Dicke von nicht weniger als etwa 0,95 cm (³/s Zoll) zu geben, da die verhältnis- ao mäßig grobkörnige Struktur, die beim Guß entsteht, während der nachfolgenden Wärmebehand-

lung des Gußstücks gelegentlich zu Spalten längs der groben Körner führt.

Es besteht ferner der nicht druckschriftlich vorveröffentlichte Vorschlag, eine Röntgenröhre mit einer durch ein flüssiges Metall gekühlten Anode derart auszuführen, daß die Anode aus einem Hauptteil von hitzebeständigem Material, wie Eisen, Nickel oder rostfreiem Stahl, besteht und daß an dem Anodenhauptteil ein becherförmiger ίο Endverschluß angebracht ist, dessen Boden eine Elektronenprallfläche bildet und dessen Seitenwand an den Hauptteil. vakuumdicht angeschlossen ist. Durch einen innerhalb des Bechers befindlichen Hohlraum wird. das. flüssige Metall hindurchgeleitet, ig und innerhalb des Hauptteiles der Anode soll sich eine Heizvorrichtung befinden, die das metallische Kühlmittel in dem Hohlraum und in seinen Zuleitungen flüssig erhält.

Für eine solche Röhre ist an der erwähnten Stelle ferner vorgeschlagen, den becherförmigen Endverschluß aus Molybdän anzufertigen und ihn mit einem Kupfermantel zu umgeben, wobei die Elektronenprallplatte aus Wolfram oder Tantal als. Bodenfläche des Kupfermantels eingesetzt ist. as Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Röntgenröhre mit einem gegossenen und eine Kammer zur Hindurchleitung einer Kühlflüssigkeit enthaltenden Anodenkörper, auf dessen Kathodenseite eine Elektronenprallplatte angeordnet ist, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein dünnes Molybdänblech in die verhältnismäßig dünn gehaltene, der Kathode zugekehrte Wand des Anodenkörpers eingegossen ist oder diese Wand nach der Seite der Kühlkammer hin abgedeckt und nur an seinem Rand in die Seitenwände desAnqdenkörpers eingegossen ist.

Dieses Molybdänblech erlaubt es, die der Kathode der Röntgenröhre zugekehrte Wand sehr viel dünner zu !halten als es mit Rücksicht auf die Aufredhterhaltung des Vakuums in der Röntgenröhre ohne das Molybdäniblecli möglich sein würde und verbessert daher den Wärmeübergang auf das Kühlmittel.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.

. Fig. ι ist eine Schnittansicht einer Röntgenröhre mit einer Anode aus gegossenem Metall, die nur eine dünne Wand mit einer die Vakuumdichte gewährleistenden Einlage gemäß der Erfindung besitzt;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Anode in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Ansicht eines längs der Schnittebene 3-3 in Fig. 2 geführten Schnittes; Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer zweiten Aus-.. führungsform der erfindungsgemäßen Anode;'

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausfuhrungsform in einem parallel zur Prallplatte geführten Schnitt;

Fig. 6 veranschaulicht die Montage einer vorgeformten Prallplatte und die Ausführung einer vakuumdichten Einlage in eine Anodengußform;

Fig. 7 ist ein Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung.

Zur Veranschaulichung der Erfindung zeigen Fig. ι und 2 der Zeichnung eine Röntgenröhre 11, welche eine Kathode 12 mit einem Elektronen emittierenden Element 13 enthält und ferner eine im ganzen mit 14 bezeichnete Anode mit einer Elektronenprallplatte 22 besitzt. Die Kathode und die Anode sind in einen evakuierten Kolben eingeschlossen und in ihm befestigt. Dieser Kolben kann aus einem rohrförmigen"" Glasteil 16 mit einspringenden Enden 17 und 17" bestehen, welche öffnungen an den beiden Kolbenenden freigeben. Diese einspringenden Rohrenden werden an ihrem Umfang mit der Anode und Kathode verschmolzen, so daß das Kolbeninnere vakuumdicht abgeschlossen wird und die Anode und Kathode mechanisch an den Rohrenden 17 und 17' befestigt werden. Die Anode und die Kathode grenzen somit innerhalb der Kolbenenden.17 und 17' an den Außenraum an.

Das emittierende Element 13 kann aus einem Glühdraht bestehen, der in der Kathode 12 angebracht ist sowie mittels Heizleitungen 18 zum Anschluß an eine äußere Heizstr-omquelle versehen ist. Der Glühdraht kann mit den Leitungen 18 über geeignete Einschmelzstellen vorzugsweise im Kathodenkörper 12 innerhalb des Rohres 17' verbunden werden.

Die Röntgenröhre 11 erzeugt auf der Prallplatte go 22 Röntgenstrahlen 20, wenn der Glühdraht 13 bis zur Efnission geheizt wird und zwischen die Kathode und die Anode eine entsprechende außerhalb des Kolbens gelegene Spannungsquelle angeschlossen wird. Zu diesem Zweck kann der erforderliche elekirische Anschluß an die Anode innerhalb des einspringenden Rohres 17 vorgenommen werden.

Die Anode'kann aus einem Körper 21 bestehen, der durch Guß eines Metalis, z. B. aus· Kupfer, (hergestellt wird, wobei die Prallplatte22 aus.geeignetem hitzebeständigem^Material, z.JB. aus Wolfram, in den Körper eingegossen wird. Hinter der Prallplatte 22 bildet der Körper 21 eine Wand 21' eines Hohlraums 23 für die Durchleitung einer Kühlflüssigkeit zur Wärmeabführung von der Platte 22. Der Wärmestrom durchsetzt dabei die Wand 21' und den Boden 25 eines sogleich zu besprechenden becherförmigen Molybdänkörpers 24. Zur dauernden Kühlung der Prallplatte soll die Dicke der gegossenen Metallwand 21' einschließlich der Dicke des Molybdänblechs hinter der Platte 22 etwa 0,238 cm (³/s2 Zoll) oder weniger betragen, d. h. so dünn sein, daß man von ihr bei einer Gußausführung · im allgemeinen keine genügende Vakuumdichte erwarten kann. Um eine genügende Vakuumdichte bei dieser geringen Wänddicke zu gewährleisten, wird ein dichtes undurchlässiges Blech 24 aus Molybdän in die Wand 21' eingegossen. Wie insbesondere in Fig. 2 dargestellt, kann dieses Blech 24 Becherform haben, wobei der Boden 25 des Bechers von der Prallplatte 22 etwa einen Abstand von 0,08 cm (Vea Zoll) hat.

Das Blech 24 hat eine Wanddicke von etwa 0,0127 bis 0,0254 ^cta (⁵/¹⁰⁰⁰ bis ¹Z"' Zoll)» so daß die Gesamtdicke von Kupfer, Molybdän und der Prallplatte 22 zwischen der der Kathode zugewendeten

Seite der Prallfläche und der Kammer 23 nur etwa 0,4 cm oder weniger beträgt, wobei die Dicke der Prallplatte 22 selbst sich auf etwa 0,1587 cm (Vio Zoll) beläuft.

Die Anode kann gewünschtenfalls auch mit Leitflächen 26 und 26' (Fig. 3), die in die Kammer 23 hineinreichen, ausgerüstet werden. Diese Leitflächen können mit den Seitenwänden und der inneren Stirnwand 21' des Hohlraums 23 aus einem

ίο Stück bestehen. Eine mittlere Leitfläche 26' ist zwischen den seitlichen Leitflächen 26 angebracht. Diese Flächen 26 und 26' dienen zur Verstärkung der inneren Wand 21' und außerdem zur Ablenkung der Kühlflüssigkeit beim Durchströmen der Kammer 23.

Die Anode kann ferner einen hülsenartigen Ansatz 27 besitzen, der seinerseits durch Hartlöten oder auf andere Weise mit dem Gußkörper 21 bei 28 verbunden ist und mit der Kammer 23 kommuniziert. Das in Fig. 2 rechte Ende des Ansatzes 27 kann mit einem Deckel 29 verschlossen werden, welcher das rechte Ende eines Rohres 30 trägt, das nach außen zu einem Flüssigkeitsvorratsgefäß verläuft. Das in Fig. 2 linke Ende des Rohres 30 kann

as bei 31 in eine Öffnung 32 einer vorzugsweise aus Metall bestehenden Scheibe 33 eingeschmolzen werden.

Diese Scheibe kann eine solche Größe erhalten, daß sie gerade in den Hohlraum 23 vor den Leit-

flächen 26 und 26' hineinpaßt, wobei die Öffnung 32 an dem in Fig. 3 unteren Ende der Leitfläche 26' angebracht wird. Am Rande kann die Scheibe 33 mit zwei Öffnungen 34 versehen werden, und man kann ferner im Deckel 29 eine Auslaßöffnung 35 anbringen. Eine geeignete Kühlflüssigkeit läßt sich z. B. mittels einer Pumpe durch das Rohr 30 einleiten, tritt durch die öffnung 32 in die Kühlkammer 23 ein und durchläuft in ihr den Weg zwischen den Leitflächen 26 und 26', wobei sie der Prallplatte Wärme entzieht. Aus der Kammer 23 kann die Kühlflüssigkeit dann durch die öffnungen 34 in den Innenraum des Ansatzrohres 27 eintreten und durch die Austrittsöffnung 35 vorzugsweise über einen geeigneten Kühler wieder in das Vorratsgefäß zurückströmen.

Um die Anode in den Kolben 16 einzuschmelzen, kann der Anodenkörper 21 eine ringförmige Schulter 36 erhalten, auf welcher durch Schweißen oder Hartlöten ein becherförmiger Körper 37 aufgeschmolzen wird, der mit seinem Rand an der Stelle 38 (Fig. 1) mit dem einspringenden· Rohr 17 durch eine Glas-Metall-Verschmelzung verbunden wird. Die Anode läßt sich auf diese Weise mitdem Kolben 16 dicht verschmelzen, so daß der Abdichtungsbecher 37 und der Anodenkörper mit seiner inneren Wand 21' das innere Ende des einspringenden Rohres 17 verschließen.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In dieser ist innerhalb der Kühlkammer

■60 nur eine einzige, in der Mitte liegende -und senkrecht verlaufende Trennwand 26 vorhanden, die gemäß Fig. 4 oben und unten an den Anodenkörper 21 angegossen ist und an deren zur Prallplatte 22 parallel verlaufender Kante die Kühlflüssigkeit den Querschnitt 23" durchsetzt. Diese Flüssigkeit tritt durch das Rohr 33 ein, gelangt am linken Ende dieses Rohres in die vor der Mittelwand 26" liegende Kühlkammerhälfte, durchsetzt sodann den Querschnitt 23" zwischen der linken schrägen Kante und der kühlkammerseitigen Oberfläche des Bodens 25 und gelangt somit in die hinter der Mittelwand 26" liegende Kühlkammerhälfte, die sie über eine Öffnung in der Scheibe 33 wieder verläßt, um innerhalb des Ansatzrohres 27, aber außerhalb des Rohres 30 zu der Austrittsöffnung 35 zu strömen. Der Prallplatte 22 wird somit in hohem Maße Wärme entzogen.

Fig. 5 zeigt als dritte Ausführungsform in einem an der Innenseite des schrägen Bodens 25 geführten Schnitt wieder eine zentrale Trennwand 26" der Kühlkammer, den vor ihrer Vorderkante liegenden Spalt 23" zwischen den beiden Kammerhälften 23', das Einlaßrohr 30 mit seiner Querschnittsfläche 32 und die Auslaßöffnung 34' in der Scheibe 33. Die Trennwand 26" ist etwas abweichend von Fig. 4, jedoch ebenfalls zentral angeordnet.

Die Scheibe 33 kann in Fig. 4 an ihrem Rand mit dem linken Ende des Ansatzrohres 27 verschmolzen werden, welches seinerseits mit dem Körper 21 bei 28 verschmolzen ist. Der becherförmige Körper 37 ist bei 38 durch eine Glasmetallverschmelzung mit dem einspringenden Rohr 17 verbunden, während der Becher 37 selbst bei 36 mit einer Schulter des Anodenkörpers 21 verschmolzen ist.

Der Körper 21 kann ferner mit einer Hülse 40 z. B. durch Eindrücken an den Stellen 41 in je eine Umfangsnut 42 verbunden werden. Die Hülse 40 schützt mit ihrem rechten Ende die Glasmetallverschmelzung 38 vor Streuelektronen. Ferner kann die Hülse 40 an ihrem linken Ende an der Stelle 44 eingebogen werden, so daß sie das prallplattenseitige Ende des Anodenkörpers umschließt und dort eine Öffnung 45 bildet, die zwischen der Kathode und der Anode liegt.

Man kann natürlich die erfindungsgemäße Konstruktion auch bei anderen Arten von Anoden mit Einschluß von Röntgenröhrenanoden nach der USA.-Patentschrift 2 356 645 anwenden. Eine derartige Anode ist als vierte Ausftührungsform im Schnitt in Fig. 7 dargestellt und kann einen rohrförmigen Metallteil 46 enthalten, der. einen Teil des ' Kolbens der Röntgenröhre darstellt, und ferner eine Prallplatte 22, die am unteren Ende des Rohres 46 liegt. Die Kathode emittiert somit durch das Innere des Rohres 46 hindurch. In Fig. 7 kann der Körper 21 aus gegossenem Metall, beispielsweise aus Kupfer, bestehen, in welchen die Prallplatte, die selbst aus hitzebeständigem Stoff, beispielsweise aus Wolfram, besteht, eingesetzt ist. Die Anordnung enthält ferner eine Scheibe oder Platte 25 aus dich- iao tem, undurchlässigem Material, welches iar den Kupferkörper hinter der Prallplatte 22 eingegossen ist. Der Körper 21 besitzt einen Flansch 48 zur Verschmelzung mit dem unteren Ende des Rohres 46, beispielsweise durch Anschweißen oder Hartlöten dieses Flansches am unteren Rohrende.

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Anodenanordnungen gemäß der Erfindung können unabhängig von ihrer Form auch dadurch hergestellt werden, daß man die Prallplatte 22 und die Dichtungsplatte 25 unabhängig davon, ob diese Becherform besitzt oder die Gestalt einer ebenen Platte, in eine geeignete Gußform einsetzt, in der sie auch verankert werden können. Zu diesem Zweck kann, wie in Fig. 6 genauer dargestellt ist, die Prallplatte 22 auf einer Befestigungsplatte 49,

to die vorzugsweise aus Graphit besteht, mittels aus Molybdän bestehender Klammern 50 befestigt werden, wobei diese Klammern in Öffnungen· S1 der Platte 49 eingreifen. Der Teil 25, der gemäß Fig. 7 als ebenes Blech ausgebildet sein kann oder gemäß

is Fig. 3 und 4 Becherform erhalten· kann, kann auf die Platte 49 oberhalb der Platte 22 mittels Klammern 52 befestigt werden, welche in die öffnungen 53 in der Platte 49 außerhalb des Randes der Prallplatte 22 und zwischen den Öffnungen 51 eingreifen.

Wenn die Teile in dieser Weise montiert werden, so sieht man, daß der Teil 25 parallel und in einem gewissen Abstand über der Prallplatte 22 verläuft, wobei der vertikale Abstand zwischen 25 und 22 gleich dem Durchmesser der abgebogenen Enden der Klammern 50 ist. Die Teile 22 und 25 können zusammen mit der Platte 49 in einer geeigneten Guß form für den Anodenkörper 21 angebracht werden, und es kann sodann flüssiges Kupfer in diese Gußform eingeleitet werden, so daß die Teile 22 und 25 in den Gußkörper eingebettet werden. Dabei wird die Prallplatte 22. mit dem Teil 25 verlötet, da in den Zwischenraum flüssiges Material eindringt. Der Gußvorgang geschieht vorzugsweise im Vakuum. Nachdem der Guß stattgefunden hat und die Anodenanordnung aus der Form entnommen ist, kann die Scheibe 49 abgestreift und es können die herausstehenden Enden der Klammern 50 und 52 entfernt werden, so daß nur noch die im Gußmaterial eingebetteten Teile der Klammern zurückbleiben.

Röhrenanoden gemäß der Erfindung besitzen nicht nur bessere Kühleigenschaften, sondern der Einbau der Leitflächen 26 und 26' und 26" in die Anode macht es auch überflüssig, die bisher benutzten verhältnismäßig teueren Kühlschlangen in die Kammer 23 einzubauen. Die Leitflächen 26, 26' und 26" stellen zusammen mit der billigen. Scheibe .33 eine wesentliche Ersparnis für flüssigkeitsgekühlte Röntgenröhrenanoden dar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Röntgenröhre mit einem gegossenen und eine Kammer zur Hindurchleitung einer Kühlflüssigkeit enthaltenden Anodenkörper, auf dessen Kathodenseite eine Elektronenprallplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünnes Molybdänblech (25) in die verhältnismäßig dünn gehaltene, der Kathode (12) zugekehrte Wand (21') des Anodenkörpers (21) eingegossen ist (Fig. 2 und 7) oder diese Wand nach der Seite der Kühlkammer hin abdeckt und nur an seinem Rand in die Seitenwände des Anodenkörpers eingegossen ist (Fig. 4). '

2. Röntgenröhre nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anodenkörper (21) Leitflächen (26, 26', 26") zur Aufteilung der Kühlkammer (23) in verschiedene miteinander kommunizierende Teile angegossen sind (Fig. 2 bis 5).

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelstrom zwisehen den miteinander kommunizierenden Teilen der Kühlkammer quer zu einer Leitflächenkante verläuft, die ihrerseits parallel zu dem Molybdänblech (25) liegt (Fig. 4 und 5).

4. Röntgenröhre nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdänblech (24, 25) becherförmige Gestalt besitzt und die Seitenwände des Bechers in den die Seitenwände der Kühlkammer (23) bildenden Teilen des Anodenkörpers (21) liegen (Fig. 2 und 4).

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 338515, 718 031; schweizerische Patentschrift Nr. 96 256.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen