EP0144014B1

EP0144014B1 - Röntgenröhre

Info

Publication number: EP0144014B1
Application number: EP84113641A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dr. Haberrecker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3471816D1; US4631744A; EP0144014A1; DE3342688A1; JPS60107566U

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Röntgenröhren sind beispielsweise aus der US-PS 3 433 955 bekannt.
Die in Röntgenröhren der Anode gegenüberstehende Kathode enthält eine Elektronenquelle, die in der Regel aus einer Glühkathode (Heizfaden) besteht. Der von dieser Quelle ausgehende Elektronenstrahl wird mittels einer Fokussiereinrichtung (Wehneltzylinder) auf den Brennfleck der Anode geleitet. Die Glühkathode besteht in der Regel aus einem Draht, der nach Art einer Schraubenfeder gewickelt ist und als Wendel bezeichnet wird. Zur Fokussierung liegt die Glühkathode üblicherweise in einer Vertiefung (Kathodengesenk) eines Metallteiles (Kathodenkopf), welches das gleiche Potential aufweist wie sie selbst. Dadurch wird der Elektronenstrahl zusammengehalten und in der gewünschten Weise geformt.
Insbesondere bei den Drehanoden-Röntgenröhren wird ein länglicher Brennfleck benutzt, der von einer Glühwendel stammt, die in einer rillenartigen Vertiefung des Kathodenkopfes angeordnet ist. In der obengenannten US-PS 3 433 955, Spalte 2, Zeilen 55 bis 60, ist angegeben, dass der Kathodenkopf aus Nickel oder einem ähnlichen Material bestehen soll. Gemäss der US-PS 3 875 028 kann, wie in Spalte 2, Zeile 66 angegeben, der Kathodenkopf aus Stahl, Nickel, Molybdän oder anderen hitzebeständigen Materialien wie Keramiken oder Aluminium bestehen
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Fokussierung, insbesondere bei kleinen Brennflecken, zu verbessern und die Fokusstabilität zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Massnahmen gelöst.
Durch die Verwendung von ferromagnetischem Material, dessen Curie-Punkt oberhalb von 700 °C liegt, ergibt sich eine verbesserte Fokussierung, weil es eine Abschirmung von Magnetfeldern auch bei der Betriebstemperatur der Kathode bewirkt. Da als Material der vorgenannten Art etwa Edelstahl zur Verwendung gelangen kann, ist es dann besser möglich, die Teile der Kathode durch Schweissen oder Löten zu verbinden. Dadurch wird der wärmeleitende Kontakt der Teile der Kathode miteinander wesentlich verbessert, so dass die Wärme im Vergleich zu bekannten Kathoden besser verteilt wird und keine Überhitzung auftritt.
Bei Betrieb einer Röntgenröhre erreicht der Fokussierungskopf in Kathoden üblichen mechanischen Aufbaus Temperaturen von 800 bis 850 °C. Insbesondere bei Röhren mit metallischem Mittelteil kann die Aufheizung durch Wendel und Rückheizung vom Anodenteller her im Betrieb 1000 °C und mehr erreichen. Dabei geht bei Nikkel sowie bei ferromagnetischem Edelstahl der Ferromagnetismus verloren, bei Nickel mit einem Curie-Punkt T_°= 370 °C erheblich früher. Durch die erfindungsgemäss vorgesehene Verwendung einer direkten metallischen Verbindung, etwa einer Schweiss- bzw. Lötkonstruktion, wird jedoch die Temperatur des Kathodenkopfes um ca. 150 °C abgesenkt, so dass bei Verwendung von ferromagnetischem Edelstahl der Curie-Punkt nicht mehr überschritten wird. Aufgrund des dann auch unter den bekannten Arbeitsbedingungen erhalten bleibenden Ferromagnetismus werden keine Bewegungen des Fokus durch auf die Röhre einwirkende magnetische Felder bewirkt. Dies ist ganz besonders bei Röntgenröhren vorteilhaft, weil bei kleinem Brennfleck diese Bewegung durchaus die Grösse des Brennflecks erreichen kann.
Als günstig hat sich die Verwendung von Edelstahl erwiesen, der unter der Bezeichnung «Remanit 4006» bzw. «4016» bekannt ist. Ersterer ist in DIN 17 440, Ausgabe 12.72 als Werkstoff Nr. 1.4006 oder Kurzbezeichnung X 10 Cr 13 angegeben, der ein Stahl ist, der 0,08 bis 0,12% Kohlenstoff und 12 bis 14% Chrom enthält. Remanit 4016 ist in vorgenannter DIN-Ausgabe unter der Nr. 1.4016 und unter der Kurzbezeichnung X 8 Cr 17 als Stahl beschrieben, der einen Gehalt von mehr als 0,1% Kohlenstoff sowie 15,5 bis 17,5% Chrom aufweist.
Die Verwendung der vorgenannten Werkstoffe ist auch deshalb besonders geeignet, weil ein günstiger Übergang auf das zur Verschmelzung mit Glas und Keramik häufig benutzte Vacon 10, einer sogenannten Einschmelzlegierung, deren Hauptbestandteile neben Eisen 28% Nickel, 18% Kobalt sind, erzielbar ist. Das thermische Ausdehnungsverhalten der genannten Stähle passt besser zu demjenigen der Legierung als es bei Nickel der Fall ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
In der Figur 1 ist ein Übersichtsschaubild über eine erfindungsgemäss verbesserte Drehanoden-Röntgenröhre, die teilweise aufgebrochen ist, gezeichnet,

in der Figur 2 im Querschnitt die Kathode und
in der Figur 3 im Schnitt 111-111 ein Ausschnitt aus dem in Figur 2 gezeichneten Kathodenkopf.

Die in Figur 1 mit 1 bezeichnete Röntgenröhre enthält an den beiden einander gegenüberliegenden Enden ihres Kolbens 2 die Kathode 3 und die Anode 4. Die Kathode 3 ist dabei über einen Ansatz 5 befestigt. Der Kathodenkopf 6 ist über ein Zwischenglied 7 am Ansatz 5 angebracht. Die Heizwendel 8 (Figur 2) befindet sich in einer Ausnehmung im Kathodenkopf 6. Von ihr geht ein Elektronenstrahl 9 aus, der auf den Brennfleck 10 des Anodentellers 11 auftrifft und dort Röntgenstrahlen 12 auslöst. Die Anode 11 wird mittels eines Rotors 12 beim Betrieb in bekannter Weise mittels eines in der Figur nicht dargestellten Stators in Rotation um die Achse 13 versetzt.
Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird zwischen dem Stutzen 15 und einer der Leitungen 16 und 17 die Betriebsspannung der Röntgenröhre angelegt. Zwischen den Leitungen 16 und 17 wird die Heizspannung der Glühkathode 8 angelegt. Durch die Verbindung 18 am Teil 7 erhält der Kathodenkopf 6 ebenfalls Kathodenspannung, so dass die von der Glühkathode 8 ausgehenden Elektronen des Strahls 9 in der gewünschten Weise auf die Anode 11 fokussiert werden.
Der Kathodenkopf 6 ist an seinen Benutzungsstellen 6,1 mit dem Zwischenglied 7 verschweisst und dieses an seinen Berührungsstellen 7,1 mit dem Ansatz 5 verlötet. Durch diese gut wärmeleitenden Verbindungen wird die Temperatur des Fokussierungskopfes deutlich reduziert, so dass die Betriebstemperatur deutlich unter der Curie-Temperatur liegt.

Claims

1. Röntgenröhre mit einem eine Elektronenquelle enthaltenden, aus ferromagnetischem Material bestehenden Kathodenkopf, der über eine Halterung am Röhrenkolben gegenüber der Anode angebracht, ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Curie-Punkt des ferromagnetischen Materials oberhalb 700 °C liegt und dass der Kathodenkopf mit seiner Halterung in direkter, metallisch-wärmeleitender Verbindung steht.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte, metallisch-wärmeleitende Verbindung eine Lötung oder Schweissung ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kathodenkopfes ferromagnetischer Edelstahl ist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kathodenkopfes Edelstahl der Bezeichnung «Remanit 4006» bzw. «4016» ist, dessen wesentliche Bestandteile neben Eisen 0,08 bis 0,12% Kohlenstoff und 12 bis 17,5% Chrom sind.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den übrigen Metallteilen der Kathode wenigstens der den Kathodenkopf halternde Ansatz ebenfalls aus ferromagnetischem Edelstahl besteht.

6.Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Metallteile der Kathode aus Remanit 4006 bzw. 4016 bestehen.