EP0590418A1 - Hochspannungsröhre - Google Patents

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EP0590418A1 EP93114887A EP93114887A EP0590418A1 EP 0590418 A1 EP0590418 A1 EP 0590418A1 EP 93114887 A EP93114887 A EP 93114887A EP 93114887 A EP93114887 A EP 93114887A EP 0590418 A1 EP0590418 A1 EP 0590418A1
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bushing
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Jens Ulrik Madsen
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Andrex Radiation Products AS
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Andrex Radiation Products AS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H01J35/165—Vessels; Containers; Shields associated therewith joining connectors to the tube

Definitions

  • the present invention relates to a high-voltage tube according to the preamble of claim 1.
  • it relates to an X-ray tube.
  • Such an x-ray tube is e.g. known from DE-PS 24 48 497 and the AEG telephony publication "X-ray tubes in metal ceramic technology" June 1983, Figure 3.
  • the aim of such tubes is to further improve the high voltage strength and to build the tubes smaller and to be able to operate them at higher voltages.
  • the present invention has for its object to further increase the high voltage strength in a tube mentioned above.
  • the inserted metallic pipe section causes a homogenization of the electrical field profile and reduces the risk that irregular and increased field strength loads occur in the fastening area of the electrode bushing on the inner circumference of the opening of the ring-shaped insulator, which can lead to high voltage breakdowns.
  • FIG. 1 shows schematically in cross section the cathode end of an X-ray tube.
  • the vacuum housing is formed by the essentially cylindrical outer jacket 2 made of metal, the disk-shaped insulator 3 made of ceramic and the bushing 1 arranged in the central opening of the insulator 3, which is tubular and carries the cathode 8 on the vacuum side.
  • the metal-ceramic connections are designed to be vacuum-tight and, for example, designed as soldered connections.
  • the metal outer jacket 2 is at ground potential and the cathode bushing 1 is at a strong negative potential of, for example, -300 to -450 kilovolts.
  • On the inner surface of the outer shell 2 can still be an annular Extension 5 may be arranged, which has a shielding effect against secondary electrons.
  • the cathode coil located in the vacuum space 7 is designated by 8.
  • the tube is essentially rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis 9 of the tube.
  • this insulating disk 3 is divided into two ring parts 31 and 32 arranged concentrically to one another and a metallic tube section 4 is interposed.
  • the connections between this pipe section 4 and the ceramic ring parts 31 and 32 are vacuum-tight, in particular soldered connections.
  • the pipe section preferably has an approximately funnel-shaped extension 6 which projects into the vacuum space 7 and which has shielding effects and influences which influence the electrical field.
  • the tube section 4 can furthermore be expedient to apply an externally supplied potential to this tube section 4, which is readily possible in the exemplary embodiment shown since the tube section 4 soldered in a vacuum-tight manner can be contacted from the outside. It is with an appropriate choice the magnitude of the applied voltage, which must have a value between the voltage on the outer jacket 2 and the cathode bushing 1, makes it possible to reduce the electric field strength in the critical region of the bushing 1.
  • the voltage applied to the pipe section 4 can be, for example, -200KV if a voltage of -400 KV is applied to the bushing 1 in relation to the ground potential OV on the outer jacket.
  • the field strength in the particularly critical area in which the bushing 1 is passed through the ceramic disk 3 can be reduced by up to approximately 30%.
  • the tube section 4 can also consist only of a solder metal layer with which the concentric ring parts 31 and 32 are connected to one another in a vacuum-tight manner.
  • FIGS. 2 and 3 show further preferred exemplary embodiments of the invention, the same numbers being used for the same.
  • the ring parts 31 and 32 made of insulating material overlap in the radial direction, ie the inner diameter of the outer ring part 32 is smaller than the outer diameter of the inner ring part 31.
  • the ring parts 31 and 32 are in the direction of the longitudinal axis 9 of the tube staggered.
  • the inner ring part 31 is arranged closer to the cathode 8.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which the outer ring part 32 is arranged closer to the cathode 8.
  • the pipe section 4 each has a shoulder that changes its diameter.
  • the potential of the metallic pipe section 4 is expediently to be chosen with regard to the maximum field strength that occurs on the outer insulating ring part, that is on the outer surface of the interposed metallic pipe section 4.
  • the section on the cathode side is a section X-ray tube constructed essentially rotationally symmetrical to the longitudinal axis 9 of the tube.

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Abstract

Zur Verbesserung der Hochspannungsfestigkeit von Röntgenröhren mit keramischem Scheibenisolator (3) wird vorgeschlagen, diesen in zwei konzentrische Ringteile (31) und (32) aufzuteilen und einen metallischen Rohrabschnitt (4) zwischenzufügen. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochspannungsröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft sie eine Röntgenröhre. Eine derartige Röntgenröhre ist z.B. aus der DE-PS 24 48 497 und der AEG-Telefunkenschrift "Röntgenröhren in Metallkeramiktechnik" Juni 1983, Abbildung 3 bekannt.
  • Das Bestreben bei solchen Röhren geht dahin die Hochspannungsfestigkeit weiter zu verbessern und die Röhren kleiner zu bauen und mit höheren Spannungen betreiben zu können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs genannten Röhre die Hochspannungsfestigkeit weiter zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Der eingefügte metallische Rohrabschnitt bewirkt eine Homogenisierung des elektrischen Feldverlaufs und verringert die Gefahr, daß insbesondere im Befestigungsbereich der Elektrodendurchführung am inneren Umfang der Öffnung des ringscheibenförmigen Isolators unregelmäßige und erhöhte Feldstärkebelastungen auftreten die zu Hochspannungsdurchbrüchen führen können.
  • Anhand der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erklärt.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt das kathodenseitige Ende einer Röntgenröhre. Das Vakuumgehäuse wird durch den im wesentlichen zylindrischen Außenmantel 2 aus Metall, den scheibenförmigen Isolator 3 aus Keramik und die in der zentralen Öffnung des Isolators 3 angeordnete Durchführung 1, die rohrförmig ausgebildet ist und vakuumseitig 7 die Kathode 8 trägt, gebildet. Die Metall-Keramik-Verbindungen sind vakuumdicht ausgeführt und beispielsweise als Lötverbindungen ausgebildet. Üblicherweise liegt der metallene Außenmantel 2 auf Massepotential und die Kathodendurchführung 1 auf einem dagegen starken negativen Potential von z.B. -300 bis -450 Kilovolt. An der Innenfläche des Außenmantels 2 kann noch ein ringförmiger Fortsatz 5 angeordnet sein, dem eine Abschirmwirkung gegen Sekundärelektronen zukommt. Mit 8 ist die im Vakuumraum 7 befindliche Kathodenwendel bezeichnet. Die Röhre ist im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Röhrenlängsachse 9 aufgebaut.
  • Zur Verbesserung der Hochspannungsfestigkeit, insbesondere zur Homogenisierung und Verringerung der Feldstärke im Bereich der Verbindung zwischen der zentralen Kathodendurchführung 1 und der keramischen Isolierscheibe 3 ist diese Isolierscheibe 3 in zwei zueinander konzentrisch angeordneten Ringteile 31 und 32 aufgeteilt und ein metallischer Rohrabschnitt 4 zwischengefügt. Die Verbindungen zwischen diesem Rohrabschnitt 4 und den Keramikringteilen 31 und 32 sind vakuumdicht, insbesondere Lötverbindungen. Bevorzugt besitzt der Rohrabschnitt einen sich etwa trichterförmig erweiternden, in den Vakuumraum 7 hineinragenden Fortsatz 6, dem abschirmende und das elektrische Feld beeinflussende Wirkungen zukommen.
  • Der rotationssymmetrisch zur Längsachse 9 angeordnete Rohrabschnitt 4 stellt sicher, daß sich an ihm ein bestimmtes Potential einstellt und somit eine gewisse Homogenisierung des elektrischen Hochspannungsfeldes zwischen dem Außenmantel 2 und der Kathodendurchführung 1 bewirkt wird.
  • Es kann weiterhin zweckmäßig sein, an diesen Rohrabschnitt 4 ein von außen zugeführtes Potential anzulegen, was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ohne weiteres möglich ist da der vakuumdicht eingelötete Rohrabschnitt 4 von außen kontaktierbar ist. Es ist bei geeigneter Wahl der Größe der angelegten Spannung, die einen Wert zwischen der Spannung an dem Außenmantel 2 und der Kathodendurchführung 1 aufweisen muß, möglich, die elektrische Feldstärke im kritischen Bereich der Durchführung 1 zu verringern. Je nach Durchmesser des Rohrabschnitts 4 im Vergleich zu den Durchmessern der Durchführung 1 und des Außenmantels 2 kann die an Rohrabschnitt 4 angelegte Spannung z.B. -200KV betragen, wenn an die Durchführung 1 eine Spannung von -400 KV gegenüber dem Massepotential OV am Außenmantel angelegt ist. Bei optimierter Lage und Spannung des Rohrabschnittes 4 kann die Feldstärke in dem besonders kritischen Bereich, in dem die Durchführung 1 durch die Keramikscheibe 3 hindurchgeführt ist bis zu etwa 30% reduziert werden.
  • Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, die Isolierscheibe 3 durch zwei oder mehrere Rohrabschnitte in 3 oder mehr konzentrisch zueinander angeordnete ringförmige Isolierteil aufzuteilen. Auch kann der Rohrabschnitt 4 lediglich aus einer Lötmetallschicht bestehen, mit der die konzentrischen Ringteile 31 und 32 vakuumdicht miteinander verbunden sind.
  • In den Figuren 2 und 3 sind weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Ziffern für gleiche verwendet sind.
  • In Figur 2 überlappen sich die Ringteile 31 und 32 aus Isoliermaterial in radialer Richtung, d.h. der Innendurchmesser das äußeren Ringteils 32 ist kleiner als der Außendurchmesser des inneren Ringteils 31. Zusätzlich sind die Ringteile 31 und 32 in Richtung der Röhrenlängsachse 9 versetzt zueinander angeordnet. Das innere Ringteil 31 ist bei diesem Ausführungsbeispiel näher zur Kathode 8 hin angeordnet.
  • In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das äußere Ringteil 32 näher zur Kathode 8 hin angeordnet ist. Der Rohrabschnitt 4 weist jeweils einen dessen Durchmesser ändernden Absatz auf.
  • Das Potential des metallischen Rohrabschnitts 4 ist zweckmäßig mit Rücksicht auf die maximale Feldstärke zu wählen, die an dem äußeren isolierenden Ringteil auftritt, das ist an der äußeren Oberfläche des zwischengefügten metallischen Rohrabschnittes 4. Auch in den Figuren 2 und 3 ist ausschnittsweise der kathodenseitige Bereich einer im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Röhrenlängsachse 9 aufgebauten Röntgenröhre dargestellt.

Claims (10)

  1. Hochspannungsröhre konzentrischen Aufbaus, dessen Vakuumgehäuse einen metallisch zylindrischen Außenmantel, eine ringscheibenförmige Isolierscheibe und einen stabförmige oder rohrförmige zentrale Elektrodendurchführung aufweist, wobei die Isolierscheibe außen am Umfang vakuumdicht mit dem Außenmantel und am inneren Umfang vakuumdicht mit der Elektrodendurchführung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierscheibe (3) durch wenigstens einen vakuumdicht eingefügten metallischen Rohrabschnitt (4) in wenigstens zwei konzentrisch zur Längsachse (9) angeordnete Ringteile (31) und (32) aufgeteilt ist.
  2. Hochspannungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodendurchführung (1) auf einen gegenüber dem Außenmantel (2) stark negativen Potential liegt.
  3. Hochspannungsröhre nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Rohrabschnitt (4) einen in den Vakuumraum (7) hineinragenden Fortsatz (6) aufweist.
  4. Hochspannungsröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (6) sich trichterförmig erweiternd ausgebildet ist.
  5. Hochspannungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (4) an ein Potential angelegt ist, da positiver ist als das Potential der Durchführung (1) und negativer als das Potential des Außenmantels (2).
  6. Hochspannungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Röntgenröhre bei der die Elektrodendurchführung (1) als Träger für die im Vakuuminneren angeordnete Kathode ausgebildet ist.
  7. Hochspannungsröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringteile (31, 32) in Richtung der Längsachse (9) versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Hochspannungsröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser des äußeren Ringteils (32) kleiner ist als der äußere Durchmesser des inneren Ringteils (31).
  9. Hochspannungsröhre nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ringteil (31) näher zur Kathode (8) hin angeordnet ist, als das äußere Ringteil (32).
  10. Hochspannungsröhre nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ringteil (31) weiter von der Kathode (8) entfernt angeordnet ist als das äußere Ringteil (32).
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