DEP0028747DA

DEP0028747DA - Tubes for X-ray generation

Info

Publication number: DEP0028747DA
Authority: DE
Inventors: Maurice Poittevin
Original assignee: Poittevin, Maurice, Meudon, Seine-et-Oise
Publication date: 1951-03-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Röhren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen mit Elektronen-Emission und ermöglicht die Erzielung von Brennpunkten grosser Feinheit.The invention relates to tubes for generating X-rays with electron emission and enables focal points of great fineness to be achieved.

Sie besteht darin, dass man der Achse des die Elektronen emittierenden Heizdrahtes einen Krümmungsradius gibt, dessen Mittelpunkt sich in der Ebene der Antikathode oder in deren Nähe befindet, wobei der Heizdraht in einem Konzentrationsstück angeordnet ist, dessen Form ebenfalls gekrümmt sein kann.It consists in giving the axis of the electron-emitting heating wire a radius of curvature, the center of which is in the plane of the anticathode or in its vicinity, the heating wire being arranged in a concentration piece, the shape of which can also be curved.

Unter diesen Bedingungen werden in der die gekrümmte Achse des Heizdrahtes enthaltenden Ebene die von diesem Heizdraht ausgehenden elektrischen Kraftlinien zunächst in Richtung des Krümmungsmittelpunktes und dann senkrecht zu der Oberfläche der Antikathode verlaufen. Die von dem Heizdraht emittierten Elektronen, deren Bahnen annähernd die gradlinigen Verlängerungen des Anfangsteiles der Kraftlinien sind, konvergieren demnach zu dem Krümmungsmittelpunkt des Heizdrahtes, derart, dass der Brennpunkt, wenn dieser Mittelpunkt sich auf der Fläche der Antikathode befindet, eine äusserst reduzierte Abmessung besitzt.Under these conditions, in the plane containing the curved axis of the heating wire, the electrical lines of force emanating from this heating wire will first run in the direction of the center of curvature and then perpendicular to the surface of the anticathode. The electrons emitted by the heating wire, whose paths are approximately the straight extensions of the initial part of the lines of force, therefore converge to the center of curvature of the heating wire in such a way that the focal point, when this center is on the surface of the anticathode, has an extremely reduced dimension.

Praktisch folgen die Elektronen nicht genau den gradlinigen Verlängerungen der von dem Heizdraht ausgehenden Kraftlinien. Es genügt jedoch zur Erzielung eines Brennpunktes kleinster Abmessung, wenn die Fläche der Antikathode weiter ab vom Heizdraht angeordnet wird als sein Krümmungsmittelpunkt.In practice, the electrons do not exactly follow the straight extensions of the lines of force emanating from the heating wire. In order to achieve a focal point of the smallest dimension, however, it is sufficient if the surface of the anticathode is arranged further away from the heating wire than its center of curvature.

In der Ebene, die senkrecht zu der den Heizdraht enthaltenden Ebene steht, ist die Abmessung des Brennpunktes bestimmt durch den Durchmesser des Heizdrahtes, die Form des Konzentrationsteiles, die relative Lage dieser beiden Elemente und die Position ihrer Anordnung in Bezug auf die Antikathode.In the plane which is perpendicular to the plane containing the heating wire, the dimension of the focal point is determined by the diameter of the heating wire, the shape of the concentration part, the relative position of these two elements and the position of their arrangement in relation to the anticathode.

Die grosse Achse des Brennpunktes kann sich demnach in einer Ebene befinden, die senkrecht zu der die Krümmungsachse des Heizdrahtes enthaltenden Ebene steht, während bei den gebräuchlichen Röhren die grossen Achsen des Brennpunktes und des Heizdrahtes in derselben Ebene liegen.The major axis of the focal point can therefore be located in a plane which is perpendicular to the plane containing the axis of curvature of the heating wire, while in the conventional tubes the major axes of the focal point and the heating wire lie in the same plane.

Damit die Abmessung des Brennpunktes in der Krümmungsebene des Heizdrahtes sehr klein ist, kann es erforderlich sein, entweder die Enden dieses Heizdrahtes zu kühlen, um seine Emission auf seinen korrekt gekrümmten Mittelteil zu beschränken, oder das elektrische Feld der Umgebung dieser Enden mit Hilfe von geeigneten zusätzlichen elektrostatischen Mitteln passend auszubilden.So that the dimension of the focal point in the plane of curvature of the heating wire is very small, it may be necessary either to cool the ends of this heating wire in order to limit its emission to its correctly curved central part, or to cool the electric field around these ends with the help of suitable to train additional electrostatic means appropriately.

Man kann auch der Oberfläche der Antikathode, auf der sich der Brennpunkt befindet, jede passende Form geben und ihre angrenzenden Flächen in der Weise neigen, dass die Konvergenz der Kraftlinien erzwungen wird.One can also give the surface of the anticathode on which the focal point is located any suitable shape and incline its adjacent faces in such a way as to force the lines of force to converge.

Der die Elektronen emittierende Heizdraht kann durch eine Wendel mit gekrümmter Achse und beliebigem Querschnitt oder auch einfacher durch einen Draht oder ein Band gebildet werden, dessen emittierender Teil gekrümmt ist.The electron-emitting heating wire can through a helix with a curved axis and any cross-section or, more simply, can be formed by a wire or a band, the emitting part of which is curved.

Man kann schliesslich die Abmessungen des Brennpunktes, nach dem Aufbau der Röhre, durch Änderung der Krümmung des Heizdrahtes oder des Abstandes zwischen dem Heizdraht und der Antikathode regeln.Finally, you can adjust the dimensions of the focal point after the construction of the tube by changing the curvature of the heating wire or the distance between the heating wire and the anticathode.

Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen eine Röhre gemäss der Erfindung. In den Figuren ist 1 eine Antikathode, 2 eine Heizdrahtwendel, 3 die mit dem Radius r gekrümmte Achse des Heizdrahtes 2, dessen Mittelpunkt in einem Punkt 4 der Oberfläche von 1 dargestellt ist. Der Punkt 4 könnte sich jedoch auch ausserhalb dieser Oberfläche, z. B. zwischen dem Heizdraht und der Antikathode, befinden.Figures 1, 2 and 3 show a tube according to the invention. In the figures, 1 is an anticathode, 2 is a heating wire coil, 3 is the axis of the heating wire 2, which is curved with the radius r, the center of which is shown at a point 4 on the surface of FIG. The point 4 could, however, also outside this surface, e.g. B. between the heating wire and the anticathode.

5 ist ein Konzentrationsstück, das in dem der Antikathode gegenüberliegenden Teil in der Krümmungsebene des Heizdrahtes konzentrisch zu dem Punkt 4 ausgebildet ist, wie es die Linien 5' und 5'' der Fig. 1 darstellen, jedoch auch eine verschiedene Krümmung haben oder an allen Punkten parallel zu sich selbst sein könnte, wie wenn die Linien 5' und 5'' gradlinig wären.5 is a concentration piece which is formed in the part opposite to the anticathode in the plane of curvature of the heating wire concentrically to point 4, as shown by lines 5 'and 5 "in FIG. 1, but also having a different curvature or at all Points parallel to itself, as if the 5 'and 5' 'lines were straight.

6 ist ein den Teil 5 tragender Stab. 7 und 7' sind Stäbe, die zugleich als mechanische Träger des Heizdrahtes 2 und als Leiter seines Heizstromes dienen.6 is a bar supporting part 5. 7 and 7 'are rods which simultaneously serve as mechanical supports for the heating wire 2 and as conductors of its heating current.

8 ist die Hülle der Röhre mit dichten Durchführungen für die Stäbe 6, 7 und 7'.8 is the casing of the tube with tight passages for the rods 6, 7 and 7 '.

9 stellt die Kraftlinien, 10 Elektronenbahnen dar, die in der Umgebung des Heizdrahtes mit den Kraftlinien zusammenfallen.9 represents the lines of force, 10 represents electron trajectories which coincide with the lines of force in the vicinity of the heating wire.

Der Brennpunkt befindet sich auf der Oberfläche von 1 und kann gegebenenfalls mit dem Punkt 4 je nach der Lage dieses Punktes zusammenfallen oder nicht.The focal point is on the surface of 1 and may or may not coincide with point 4 depending on the location of this point.

Die Teile 7 und 7' können verschiedene Abmessungen besitzen und nach dem Heizdraht zu verlängert sein, um die Emission des letzteren auf seinen Mittelteil zu beschränken. Die Enden der Teile 1 und 8 sind nicht dargestellt und können in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet sein.The parts 7 and 7 'can have different dimensions and be extended after the heating wire in order to limit the emission of the latter to its central part. The ends of parts 1 and 8 are not shown and can be formed in any known manner.

Die Fig. 4 - 7 zeigen andere Ausführungsformen des Teiles 5, die es ermöglichen, passende elektrische Kraftlinien in der Nähe der Heizdrahtenden zu erhalten.Figures 4-7 show other embodiments of the part 5 which make it possible to obtain suitable lines of electric force in the vicinity of the heating wire ends.

In Fig. 4 besitzt das Teil 5 etwas vorgezogene Endstücke 5', zwischen denen der Heizdraht eingefügt ist.In Fig. 4 the part 5 has somewhat protruding end pieces 5 ', between which the heating wire is inserted.

In Fig. 5 trägt das Teil 5 in der Verlängerung der Achse der Heizwendel Stücke 17, die den gleichen Durchmesser wie die Heizwendel besitzen.In Fig. 5, the part 5 carries in the extension of the axis of the heating coil pieces 17 which have the same diameter as the heating coil.

In Fig. 6 und 7 trägt der Teil 5 Stücke 18 und 19, die in ihrer Form von den Stücken 17 abweichen, jedoch eine analoge Rolle spielen.In Fig. 6 and 7, the part 5 carries pieces 18 and 19 which differ in shape from the pieces 17, but play an analogous role.

In Fig. 1 und 3 zeigen ausser der allgemeinen Anordnung, die Gegenstand der Erfindung ist, ein Mittel zur Einstellung der Abmessung des Brennpunktes in der Ebene des Heizdrahtes durch die Regelung des Krümmungsradius des letzteren mit Hilfe der Träger 7 und 7', die zu diesem Zweck ausgerichtet werden können.1 and 3 show, in addition to the general arrangement which is the subject of the invention, means for adjusting the dimension of the focal point in the plane of the heating wire by regulating the radius of curvature of the latter by means of the supports 7 and 7 'connected to this Purpose can be aligned.

11 und 11' sind vakuumdichte und deformierbare Stücke, die einerseits mit der Umhüllung 8, andererseits mit den Stäben 7 und 7' verkittet oder angeschweisst sind. Die Teile 11 und 11' ermöglichen durch ihre Deformierbarkeit einen gewissen Ausschlag der Stäbe 7 und 7' um die Punkte 12 und 12'. Daraus folgt, dass die im Inneren der Röhre liegenden Enden 13 und 13' sich voneinander entfernen, wenn die ausserhalb der Röhre liegenden Enden 14 und 14' sich einander nähern und umgekehrt, wodurch es möglich ist, den Radius r durch Einwirken auf den Abstand 14 - 14' zu verändern.11 and 11 'are vacuum-tight and deformable pieces which are cemented or welded to the casing 8 on the one hand and to the rods 7 and 7' on the other hand. The parts 11 and 11 'allow their deformability a certain deflection of the rods 7 and 7 'around the points 12 and 12'. It follows that the ends 13 and 13 'lying inside the tube move away from each other when the ends 14 and 14' lying outside the tube approach each other and vice versa - 14 'to change.

15 ist ein Isolierstück mit Schrauben 16, die eine Veränderung des Abstandes der beiden Enden 14 - 14' ermöglichen. Der Teil 15 kann ausserdem auf dem Stab 6 oder auf jedem mit der Umhüllung 8 fest verbundenen Teil befestigt sein.15 is an insulating piece with screws 16 which allow the distance between the two ends 14-14 'to be changed. The part 15 can also be fastened on the rod 6 or on any part firmly connected to the casing 8.

Diese Einrichtung zur Einstellung des Krümmungsradius des Heizdrahtes wurde nur als Ausführungsbeispiel beschrieben und es könnte jede gleichwertige Anordnung Anwendung finden, beispielsweise die Deformierung von Bimetall-Trägern, die direkt oder indirekt von dem Heizstrom des Glühfadens oder durch einen veränderlichen Strom erhitzt werden, der von dem letzteren Strom abhängig sein kann oder nicht.This device for adjusting the radius of curvature of the heating wire has only been described as an exemplary embodiment and any equivalent arrangement could be used, for example the deformation of bimetallic supports that are heated directly or indirectly by the heating current of the filament or by a variable current that is supplied by the the latter may or may not be dependent on the current.

Die Fig. 8 - 9 zeigen eine Röhre zur Strahlungserzeugung, bei der die Abmessungen des Brennpunktes dadurch einstellbar sind, dass der Abstand zwischen der Kathode und der Antikathode eingestellt wird.8-9 show a tube for generating radiation in which the dimensions of the focal point can be adjusted by adjusting the distance between the cathode and the anticathode.

In diesen Figuren ist 21 die Isolierhülle der Strahlungsröhre, 22 der die Elektronen emittierende Glühdraht. Dieser Glühdraht 22 wird durch einen einfachen Metalldraht gebildet, dessen Achse 23 nach dem Radius r gekrümmt ist und dessen Mittelpunkt sich bei 24 befindet.In these figures, 21 is the insulating sleeve of the radiation tube, 22 is the filament that emits electrons. This filament 22 is formed by a simple metal wire, the axis 23 of which is curved according to the radius r and the center of which is located at 24.

Das Konzentrationsstück 25 hat eine solche Form, dass der Krümmungsmittelpunkt der Linien 25' und 25'' derselbe ist wie der Krümmungsmittelpunkt des Heizfadens. Indessen können diese beiden Mittelpunkte auch verschieden und sogar um einen Abstand voneinander entfernt sein, der bis zu unendlich gross sein kann, d. h. dass der Glühfaden 22 gradlinig und die Linien 25' und 25'' Kurven oder der Glühfaden 22 gekrümmt und die Linien 25' und 25'' gradlinig sein können.The concentration piece 25 has such a shape that the center of curvature of the lines 25 'and 25 "is the same as the center of curvature of the filament. However, these two center points can also be different and even separated from one another by a distance which can be up to infinitely large, i.e. H. that the filament 22 can be straight and the lines 25 'and 25 "curves or the filament 22 can be curved and the lines 25' and 25" can be straight.

26 ist ein in der Umhüllung 21 eingeschmolzener, den Teil 25 tragender Stab. 27 und 27' sind zwei in der Umhüllung 21 eingekittete Stäbe, die zugleich als mechanische Träger des Glühfadens 22 und als elektrische Leiter für seinen Heizstrom dienen.26 is a rod which is fused in the casing 21 and carries the part 25. 27 and 27 'are two rods cemented into the casing 21, which serve at the same time as a mechanical carrier for the filament 22 and as an electrical conductor for its heating current.

Dem Glühdraht 22 und den Stäben 27 und 27' gibt man solche Längen und Durchmesser, dass die Enden des Glühdrahtes, von denen die Streukraftlinien ausgehen, durch die Stäbe 27 und 27' so ausreichend gekühlt werden, dass sie keine Elektronen aussenden. 28 ist ein kegelstumpfförmiges Rohrstück, dass einerseits mit 21 verschmolzen und andererseits mit dem Teil 29 der Antikathode verschweisst ist. Das Ende von 29 ist mit Gewinde versehen und trägt das bewegliche Teil 30 der Antikathode, das sich frei auf ihm verschrauben lässt.The filament 22 and the rods 27 and 27 'are given lengths and diameters such that the ends of the filament, from which the lines of stray force emanate, are sufficiently cooled by the rods 27 and 27' that they do not emit any electrons. 28 is a frustoconical pipe section that is fused to 21 on the one hand and welded to part 29 of the anticathode on the other hand. The end of 29 is threaded and carries the moving part 30 of the anticathode which can be freely screwed onto it.

35 sind Elektronenbahnen, die an ihrem Ursprung mit den Radien r der Heizdrahtkrümmung zusammenfallen, sich jedoch dann von ihnen leicht entfernen, derart, dass der Brennpunkt 34 nicht mit dem Mittelpunkt 24 zusammenfällt.35 are electron paths which at their origin coincide with the radii r of the curvature of the heating wire, but then move away slightly from them, in such a way that the focal point 34 does not coincide with the center point 24.

36 ist ein auf Teil 30 aufgeschweisster oder stramm aufgepresster Ring, der magnetisch oder in ähnlicher Weise wie der Rotor eines Induktionsmotors ausgebildet und durch Erregung von äusseren Magnetpolen 39, 41 verdreht werden kann.36 is a ring welded or tightly pressed onto part 30, which can be designed magnetically or in a similar manner to the rotor of an induction motor and rotated by exciting external magnetic poles 39, 41.

Die optimalen Abmessungen des Brennpunktes können durchThe optimal dimensions of the focal point can be achieved by

Regelung des Abstandes zwischen der Kathode 22 und der Oberfläche 33 der Antikathode experimentell ermittelt werden.Control of the distance between the cathode 22 and the surface 33 of the anticathode can be determined experimentally.

Diese Regelung geschieht durch Verdrehung des Teiles 30, indem z. B. dem Aufbau der Röhre unsymmetrische Winkelbeschleunigungen durch irgendein bekanntes manuelles oder mechanisches Mittel erteilt werden.This control is done by rotating the part 30 by z. B. unbalanced angular accelerations can be imparted to the structure of the tube by any known manual or mechanical means.

In allen Fällen kann die Lage der Teile 30 - 36 in Bezug auf 29 mit Hilfe jeder geeigneten Teilung auf den Stücken 29, 30 und 36 geeicht werden.In all cases the position of the parts 30-36 with respect to FIG. 29 can be calibrated on the pieces 29, 30 and 36 by means of any suitable graduation.

Nach Einstellung der Abmessungen des Brennpunktes kann man den Teil 29 der Antikathode aufweiten, und zwar mit dem doppelten Zweck, um einmal den beweglichen Teil festzulegen und ferner eine Wärmeableitung zwischen 29 und 30 zu erreichen, der die Ableitung der im Brennpunkt entwickelten Energie begünstigt. Diese Aufweitung kann durch Einwalzen oder jedes gleichwertige Verfahren bewirkt werden.Once the dimensions of the focal point have been adjusted, part 29 of the anticathode can be widened, with the dual purpose of defining the moving part and also achieving a heat dissipation between 29 and 30, which favors the dissipation of the energy developed at the focal point. This widening can be effected by rolling in or by any equivalent method.

Die Fig. 10 und 11 zeigen Röhren gemäss der Erfindung, bei denen andere Mittel für die Regelung des Abstandes zwischen der Kathode und der Antikathode vorgesehen sind. In diesen Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen die gleichen Organe wie in den vorhergehenden Figuren. 50 ist eine Antikathode der schon bekannten Bauart. 51 und 61 sind deformierbare Rohrstücke, die aus einem Metall, einer Legierung oder geeignetem Material bestehen und in zweckmässiger Weise so gefaltet sind, dass ihre Abmessungen in Richtung der Hauptachse der Röhre ohne Nachteil für ihre Abdichtungen geändert werden können. Diese Rohrstücke 51 und 61 können mit der Umhüllung 21 direkt oder durch Vermittlung von Zwischenröhren 52, 62 und 53, 63 aus kittbarem oder schweissbarem Material einerseits mit 54 und 64, andererseits mit 21 verkittet werden.10 and 11 show tubes according to the invention in which other means are provided for regulating the distance between the cathode and the anticathode. In these figures, the same reference numerals designate the same elements as in the previous figures. 50 is an anticathode of the well-known type. 51 and 61 are deformable pieces of pipe made of a metal, alloy or suitable material and suitably folded so that their dimensions can be changed in the direction of the main axis of the pipe without detriment to their seals. These pipe sections 51 and 61 can be cemented with the envelope 21 directly or through the intermediary of intermediate tubes 52, 62 and 53, 63 made of cementable or weldable material on the one hand with 54 and 64, on the other hand with 21.

Fig. 10 und 11 sind nur als Ausführungsbeispiel wiedergegeben und die Rohrstücke 51, 52 und 53 bzw. 61, 62 und 63 können in jeder gleichwertigen Weise angeordnet sein.10 and 11 are shown only as an exemplary embodiment and the pipe sections 51, 52 and 53 or 61, 62 and 63 can be arranged in any equivalent manner.

Fig. 8 und 9 zeigen ausser der Einrichtung für die Regelung des Abstandes zwischen dem Glühdraht und der Antikathode eine Form der letzteren, die eine besondere Ausbildung des elektrischen Feldes gestattet. Der Teil 30 besitzt zwei schräge Flächen 31 und 32, von denen die Fläche 33 begrenzt ist, auf der sich der strahlungserzeugende Brennpunkt 34 ausbildet. Die Fläche 33 hat demnach eine rechteckige Form, deren Länge gleich ist dem Durchmesser des Teiles 30 und dessen Breite viel kleiner ist als dieser Durchmesser. Die schrägen Flächen 31 und 32 könnten jedoch ersetzt werden durch eine kegelstumpfförmige oder pyramidenförmige Fläche, die begrenzt ist durch eine kreisförmige oder vieleckige Fläche 33, auf der sich der Brennpunkt 34 befinden würde.8 and 9 show, in addition to the device for regulating the distance between the filament and the anticathode, a form of the latter which allows a special formation of the electric field. The part 30 has two inclined surfaces 31 and 32, of which the surface 33 is limited, on which the radiation-generating focal point 34 is formed. The surface 33 accordingly has a rectangular shape, the length of which is equal to the diameter of the part 30 and the width of which is much smaller than this diameter. The inclined surfaces 31 and 32 could, however, be replaced by a frustoconical or pyramidal surface which is delimited by a circular or polygonal surface 33 on which the focal point 34 would be located.

Claims

1.) Tube for X-ray generation with a focal point with small dimensions, characterized in that an electron-emitting heating wire (filament) is arranged in a concentration piece, the filament and its concentration piece or only one of these two components is curved and their centers of curvature are preferably in the Located near the focal point, in such a way that a focal point is created, the extent of which is very small in the plane containing the axis of curvature of the filament or its concentration piece, while its extent perpendicular to this plane can be larger.

2.) Tube according to claim 1, characterized in that the ends of the filament are cooled in such a way that its emission is limited to its central part by the appropriate dimensioning of the filament carrier.

3.) Tube according to claim 1 and 2, characterized in that additional controllable means for electrostatic concentration of the electrons are provided on the concentration piece.

4.) Tube according to claim 1-3, characterized in that the surfaces of the anticathode, which are located in the vicinity of the focal point, are inclined.

5.) Tube according to claim 1 - 4, characterized in that the emitting filament is formed by a helix with a curved axis and any cross-section or simply by a wire or a band with an emitting part.

6.) Tube according to claim 1-5, characterized in that the dimensions of the focal point after assembly in the melted tube can be regulated by changing the curvature of the filament held by supports attached in deformable wall parts of the tube.

7.) Tube according to claim 1-5, characterized in that the dimensions of the focal point after the assembly of the melted tube by changing the distance between the filament and the anticathode, z. B. by adjusting a part of the anticathode on a screw-threaded, suitable support or by deforming part of the vacuum-tight wall of the tube in the direction of the tube axis.