DE947998C - Anode fuer Drehanoden-Roentgenroehren - Google Patents

Description

• Anode für Drehanoden-Röntgenröhren Die Abbildungsschärfe einer Röntgenaufnahme hängt bekanntlich von der Größe der Röntgenstrahlenquelle, also dem Brennfleck der Röntgenröhre ab. Zur Erzielung größter Schärfe ist man somit bestrebt, den Brennfleck so klein wie möglich zu machen. Andererseits ist bei sich bewegenden Objekten die Schärfe von der Dauer der Exposition abhängig, die man deshalb so kurz wie möglich machen möchte. Anders ausgedrückt, möchte man die Flächenhelligkeit der Röntgenstrahlung so hoch wie möglich treiben. Wegen des niedrigen Wirkungsgrades der Röntgenstrahlenerzeugung wird jedoch nahezu die gesamte, dem Brennfleck durch Elektrönenbeschuß zugeführte elektrische Energie in Wärme umgesetzt. Eine große Flächenhelligkeit der Röntgenstrahlung ist also an eine große spezifische Brennfleckbelastung (kW/mm2) gebunden, und es ist das Bestreben der Röntgenröhrenhersteller, diese spezifische Belastbarkeit aus den vorgenannten Gründen so hoch wie möglich zu treiben.
• Wohl der wesentlichste Schritt in der Steigerung der spezifischen Belastbarkeit ist bekanntlich mit der Einführung der Drehanode erzielt worden, bei der durch eine im Raum feststehende Glühkathode auf der Kegelfläche eines rotierenden Anodentellers der Brennfleck erzeugt wird. Durch die Anodendrehung wird jeweils kaltes oder schon wieder abgekühltes Anodenmaterial dem Elektronenbeschuß ausgesetzt. Damit gelingt es praktisch, die spezifische Belastbarkeit auf rund das Zehnfache einer feststehenden Anode zu steigern.
• Es besteht nahezu allgemein der Anodenteller von Drehanodenröhren aus Wolfram von 2 bis q. mm Stärke mit einem Brennfleck-Bahndurchmesser zwischen qo und zoo mm, der mit etwa 50 U/sec rotiert. Die dem Anodenteller kurzzeitig zugeführten, für eine Röntgenaufnahme erforderlichen Energiebeträge werden durch die Wärmekapazität des Tellers zunächst gespeichert und langsam abgestrahlt.
• Während der Lebensdauer der Röntgenröhre wird nun die Brennfleckbahn, abhängig von Aufnahmezahl, Aufnahmedauer und Aufnahmeleistung, aufgerauht und zerklüftet, und die Ausbeute an Röntgenstrahlung sinkt, weil die innerhalb der Täler entstehende Röntgenstahlung im Anodenmaterial absorbiert wird. Diese Zerklüftung ist einfach eine Folge der durch die raschen Temperaturwechsel auftretenden Zug-und Druckkräfte in den -obersten Schichten der Brennfleckbahn. Nimmt man an, daß der Laufbahndurchmesser einer Anode 8o mm beträgt, die Anode mit 50 U/sec rotiert und die Brennfleckbreite 1,5 mm beträgt, dann wird ein Punkt der Oberfläche, in der Brennfleckbahn in einer Zeit von mit Elektronen beschossen und seine Temperatur sich dadurch um z. B. 2ooo° C erhöhen. Das Temperaturgefälle ist zunächst so steil, daß diese 2ooo° C Temperaturdifferenz sich auf eine Schichtdicke von o,i ... 0,15 mm erstrecken. Der Temperaturausgleich findet erst in der anschließenden Zeit einer Umdrehung statt. Diese Wärmebeanspruchung findet für jeden Punkt der Brennfleckbahn einmal je Umdrehung statt, also im Beispiel 5omal in der Sekunde. Es ist verständlich, daß die dabei auftretende Volumenvergrößerung von etwa 3 °/o als Folge der Temperaturerhöhung zu einem plastiscizen Ausweichen der Oberflächenschichten führt und daß bei dem jeweils nachfolgenden Temperaturausgleich Zugspannungen auftreten, die zum Zerreißen der Oberflächenschichten, also zur Zerklüftung führen.
• Diese Aufrauhung führt zwar nicht zu einem Defekt ,der Röntgenröhre. Es ist jedoch nachteilig, daß sich die zur Erzielung einer bestimmten Röntgenaufnahme einzustellenden Belichtungswerte ändern, insbesondere die erforderlichen Belichtungszeiten länger werden.
• Eine Anodenkonstruktion, bei der diese Zerklüftung der Brennfleckbahn gar nicht oder in erheblich geringem Maße auftritt, ist somit von großer praktischer Bedeutung.
• Es ist bereits bekannt, das Abblättern der Oberfläche einer Drehanode dadurch zu verringern, daß an der von den Elektronen getroffenen Oberfläche der Anoden das Metall durch Trennfugen unterteilt wird, indem etwa bandförmiges Material so aufgewickelt wird, daß die Windungen aneinanderliegen. Es zeigt sich jedoch in der Praxis, daß diese Maßnahme nicht ausreicht, um die im Betrieb auftretenden thermischen Spannungen genügend weit auszugleichen. Die Erfindung zeigt demgegenüber einen Weg, auf dem es möglich ist, zu befriedigenden Ergebnissen zu kommen.
• Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck bei einer Anode für Drehanoden-Röntgenröhren mindestens die Brennflecklaufbahn durch bürstenartig eng aaeinanderstehende Wolframdrähte gebildet.
• Die anliegende Skizze zeigt eine beispielsweise Ausführungsform. Ein z. B. aus Molybdän durch Sintern hergestellter Tragkörper i hat eine ringförmige Aussparung, in der eng gepackt Wolframdrähte 2 gestapelt sind, die in der Ebene 3 durch Lötung, Sinterung oder Schweißung mit dem Tragkörper, gegebenenfalls mittels eines Zwischenmaterials, wie Nickel oder Tantel, verbunden sind. Es hat sich z. B. gezeigt, daß Zirkon mit Vorteil als Lötmaterial bei der Befestigung der Wolframdrähte Verwendung finden kann. Die Brennflecklaufbahn q. ist nach Fertigstellung z: B. durch Schleifen auf gleiche Höhe gebracht.
• Eine derartige Brennfleckbahn besitzt unter gleichen Bedingungen eine weit geringere Aufrauhung als die bisher bekannte Bauweise.
• Wegen der Kurzzeitigkeit des Temperaturanstiegs ist auch bei homogenem Anodenmaterial die seitliche Wärmeausbreitung vernachlässigbar; so daß die vertikalen Spalten hier keine Nachteile bringen. Zur Kraterbildung führende Druck- oder Zugkräfte in Richtung der Oberfläche können jedoch nicht auftreten, weil die Packungsdichte nicht eng genug ist. Nimmt man z. B. runde Drähte gleichen Querschnitts, so hat man eine Packungsdichte von etwa 9o °/o, so daß die Volumendehnung von etwa 3 °/o in den Zwischenräumen aufgenommen werden kann.
• Die Tatsache, daß Wolframdraht außerdem eine große Dichte und eine Faserstruktur in Längsrichtung besitzt, begünstigt eine hohe Standfestigkeit.
• Es empfiehlt sich, die Maße des Tragkörpers, wie in der Abbildung gezeigt, unterhalb des Bodens der Rinne, in dem die Wolframdrähte befestigt sind, zu konzentrieren, damit der Temperaturausgleich so gut wie möglich wird.
• Praktisch empfiehlt es sich, runde Wolframdrähte von 0,2 ... 0,5 mm zu verwenden, jedoch sind auch andere Drahtabmessungen und Querschnittsformen sowie. eine gleichzeitige Verwendung verschiedener Abmessungen möglich.
• Die Länge der Drähte kann zweckmäßig einige Millimeter betragen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:. i. Anode für Drehanoden-Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Brenn= flecklaufbahn (q:) durch bürstenartig eng aneinanderstehende Wolframdrähte (2) gebildet wird.
2. 2. Anode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframdrähte einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,2 ... 0,5 mm aufweisen.
3. 3. Anode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß flache Wolframdrähte verwendet sind. q..
4. Anode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vierkantige Wolframdrähte verwendet sind.
5. 5. Anode nach den Ansprüchen r bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframdrähte in einem Tragkörper aus Molybdän, Tantal oder einem anderen geeigneten Material in einer ringförmigen Aussparung eng gepackt angeordnet sind und daß sie wenigstens am Boden der Aussparung mit dem Tragkörper durch Einlegierung oder Schweißung, gegebenenfalls mit einem Zwischenmetall, wie Nickel, Tantal od. dgl., fest verbunden sind.
6. 6. Anode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolframdrähte unter Verwendung von Zirkon als Lot befestigt sind.
7. 7. Anode nach Anspruch z oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß. Wolframdrähte verschiedenen Durchmessers und/oder verschiedener Form gleichzeitig verwendet sind. B. Anode nach Anspruch z oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hauptmasse des Tragkörpers (z) zur. Erzielung kurzer Wege für die Wärmeleitung in der Umgebung vorzugsweise am Boden der Aufnahmerinne befindet.