EP4478393A1 - Elektronenemitter mit einer rotierbaren emissionsfläche - Google Patents

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EP4478393A1
EP4478393A1 EP23179690.5A EP23179690A EP4478393A1 EP 4478393 A1 EP4478393 A1 EP 4478393A1 EP 23179690 A EP23179690 A EP 23179690A EP 4478393 A1 EP4478393 A1 EP 4478393A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary piston
cathode
emitter
ray tube
activated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23179690.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anja Fritzler
Peter Geithner
Christoph Jud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthineers AG
Original Assignee
Siemens Healthineers AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthineers AG filed Critical Siemens Healthineers AG
Priority to EP23179690.5A priority Critical patent/EP4478393A1/de
Priority to DE102024204324.9A priority patent/DE102024204324A1/de
Publication of EP4478393A1 publication Critical patent/EP4478393A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • H01J35/147—Spot size control
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/14—Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • H01J35/153—Spot position control
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2235/06—Cathode assembly
    • H01J2235/064—Movement of cathode
    • H01J2235/066—Rotation
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J2235/06—Cathode assembly
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    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/16—Vessels
    • H01J2235/161—Non-stationary vessels
    • H01J2235/162—Rotation

Definitions

  • the invention relates to an electron emitter for a rotary piston X-ray tube, a cathode for a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray source, a method for emitting electrons by means of an electron emitter and an associated computer program product.
  • a conventional rotary piston X-ray tube typically comprises a housing and a rotary piston X-ray tube, which is mounted within the housing so that it can rotate relative to the housing.
  • a rotary piston X-ray tube which is mounted within the housing so that it can rotate relative to the housing.
  • DE 19 741 750 A1 Such an X-ray source with a forced-cooled rotating anode, with a rotary piston tube whose vacuum envelope rotates within the source housing filled with a liquid coolant, is known.
  • a cathode with an electron emitter is also connected to the rotary piston in a rotationally fixed manner, so that the cathode, anode and rotary piston have the same rotation frequency.
  • rotary piston X-ray tubes have a cathode with an electron emitter, which are stationary and thus are not rotated together with the anode and the rotary piston, as is the case, for example, in the DE 4 108 591 A1
  • a conventional rotating anode X-ray tube only the rotating anode rotates relative to the evacuated tube housing.
  • Another difference between a conventional rotating anode X-ray tube and a conventional rotary piston X-ray tube concerns the placement of the electron emitter.
  • the electron emitter which is stationary in contrast to the anode, is usually placed eccentrically outside the axis of rotation directly above a circular ring-shaped focal path of the anode.
  • the focal path is created in particular by the fact that the electrons arriving at a focal spot interact with the anode on a circular ring-shaped path due to the rotation of the anode.
  • An electron emitter of such a rotating anode X-ray tube can, for example, have up to three different emitter elements, the emitted electrons of which can be geometrically focused on different focal spot sizes. This focusing is carried out in particular by means of a deflection unit, which generates an electric or electromagnetic field for this purpose.
  • the electron emitter is typically located centrally on the axis of rotation above the anode.
  • the emitted electrons are deflected from the axis of rotation to an edge area of the anode, usually by an electromagnetic field.
  • the deflection unit has in particular a first quadrupole magnet, which is designed to adjust the ratio of the length and width of the focal spot. If the deflection unit has a second quadrupole magnet, this can typically be used to adjust the size of the focal spot.
  • a design of a rotary piston X-ray tube with at least one quadrupole magnet is comparatively complex and cost-intensive.
  • the invention is based on the object of specifying an electron emitter for a rotary piston X-ray tube, a cathode for a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray source, a method for emitting electrons by means of an electron emitter and an associated computer program product, in which the electron emission by means of the electron emitter itself is more flexible in order to meet the need for additional deflection of the electrons.
  • the electron emitter according to the invention for a rotary piston X-ray tube has - a segmented emitter surface, wherein the segmented emitter surface has a plurality of emitter needles and is configured to activate a subset of the segments of the segmented emitter surface as an activated emission surface for the field effect emission of electrons from the activated emission surface in such a way that activated emission surfaces can be rotated in pairs relative to one another about a pivot point by changing the subset.
  • the electron emitter is particularly advantageous because the activated emission surfaces are rotatable, which makes the electron emission more flexible overall. Rotating the activated emission surfaces advantageously enables a reduction and/or omission of additional deflection processes by means of a deflection unit.
  • the electron emitter is particularly suitable for medical imaging. Alternatively or additionally, the electron emitter can be suitable for material testing.
  • the segmented emitter surface is in particular a field-effect emitter surface.
  • the field-effect emission occurs in particular by applying a gate voltage with respect to a carrier of the emitter surface on which the plurality of field-effect emitter needles are arranged. Due to the applied gate voltage, in particular at the tip of the field-effect emitter needles, electrons.
  • the field effect emitter needles usually comprise carbon, silicon and/or molybdenum.
  • the emitter surface can have a large number of segments.
  • the activation of only a part, i.e. not all segments, of such an emitter element can be achieved, for example, by stimulating only a part of the emitter needles and thus only a part of the segments to field-effect emission. Stimulating the emitter needles to field-effect emission can be referred to as activating or switching on the respective segment with these emitter needles.
  • the emitter surface can therefore be divided into segments that can be activated independently of one another.
  • the field-effect emitter surface is in particular a so-called pixelated emitter surface.
  • the segmentation of the field-effect emitter surface is in particular a Cartesian or rotationally symmetrical segmentation.
  • the segmented emitter surface has in particular at least four segments which are arranged in a 2x2 matrix.
  • the emitter surface preferably has at least nine or 100 segments. A number of segments greater than 256 or 1024 is also conceivable.
  • An external shape of the segmented emitter surface can be rectangular, in particular square, or round. In the latter case, the segmented emitter surface is in particular rotationally symmetrical.
  • An external shape of the activated emission surface can deviate from the external shape of the segmented emitter surface. For example, it is conceivable that the external shape of the segmented emitter surface is square and the external shape of the activated emission surface is round, or vice versa. Alternatively, it is conceivable that the external shape of the activated emission surface resembles or corresponds to the external shape of the segmented emitter surface.
  • a segment of the emitter surface is designed in particular such that that the electron emission can be switched on or off by the activated emission area of this segment. In the latter case, this means that this segment does not have an activated emission area, but a deactivated emission area.
  • the activation or deactivation of the emission surface can be carried out in a clocked manner and/or several times depending on an emitter switching signal.
  • the emitter switching signal can in particular be provided by a control unit.
  • the emitter switching signal can in particular comprise switching on or off a gate voltage in relation to the activated subset of the segments.
  • the arrangement of the segmented emitter surface for activating at least the subset of the segments means in particular that the segmented emitter surface is or can be activated at least partially or completely depending on, for example, the emitter switching signal.
  • the emitter switching signal can contain information about the segments to be activated or about the activated segments that form the subset and/or activate these segments directly due to an electrical and/or physical connection.
  • the activated emission area can only comprise activated segments. Alternatively, it is conceivable that the activated emission area comprises at least one segment that is deactivated.
  • the fact that the activated emission surfaces can be rotated in pairs around a pivot point by changing the subset means in particular that during operation of the electron emitter the activated emission surfaces can rotate and/or appear to be rotatable, since the emission surfaces are activated one after the other and can differ from each other in pairs.
  • the term rotate in this context particularly includes enclosing an angle greater than zero or twisting or tilted.
  • the rotation does not refer to a physical movement of the emitter surface as such in a direction of rotation.
  • activated emission surfaces are rotatable means in particular that, with respect to the segmented emitter surface, those emission surfaces from which the electrons emerge are rotatable.
  • the fact that the activated emission surfaces are rotatable includes in particular an activation of at least one further segment and/or a deactivation of at least one other segment. The activation and deactivation can take place simultaneously.
  • the segmented emitter surface can be operated in a type of propeller or screw or pointer operation, in which the activated emitter surfaces can rotate in pairs relative to one another per unit of time.
  • Being able to rotate in pairs relative to one another about a pivot point by changing the subset means in particular that a first activated emitter surface can be rotated at a first point in time compared to a second activated emitter surface at a second point in time, wherein the first point in time differs from the second point in time and the first activated emitter surface differs from the wide emitter surface.
  • An activated subset of the segments in the first activated emitter surface differs in particular from an activated subset of the segments in the second activated emitter surface.
  • the rotational frequency signal is received in particular by means of an interface, for example from a control unit.
  • the rotational frequency signal is transmitted to the interface, for example.
  • the reception can be carried out within a control unit by a sub-control unit, with another sub-control unit within the control unit transmitting the rotational frequency signal.
  • the rotational frequency signal describes and/or transmits in particular a value of a rotational frequency.
  • the rotational frequency signal can in particular depend on an electron current and/or an acceleration voltage and/or a rotational frequency of a cathode.
  • the rotational frequency signal can in particular correspond to the rotational frequency of the cathode.
  • the rotation of the activated emission surfaces can take place in particular as a function of the rotational frequency signal, which in particular means that an alternating frequency according to which the subset of the segments is changed is at least influenced by the rotational frequency signal or corresponds to the rotational frequency signal.
  • the activated emission surface advantageously changes at an alternating frequency which corresponds in particular to the negative amount of the rotational frequency signal.
  • the changing of the activated emission surface takes place in particular against the rotational frequency.
  • the pivot point is a center point of the segmented emitter surface.
  • This embodiment is particularly advantageous because the proportion of usable emitter surface can thereby be increased, in particular if the respective activated emission surfaces differ only in their angle of rotation to the pivot point.
  • each activated emission surface can have essentially the same shape and/or the same number of activated segments and/or the same size and/or the same electron current.
  • the activated emission surfaces overlap at most partially. This embodiment advantageously ensures that the same subset of segments is not activated again in immediate succession.
  • the activated emission surfaces usually overlap at the pivot point and/or around the pivot point. In this case, the activated emission surfaces particularly include the pivot point. In principle, it is alternatively conceivable that the activated emission surfaces do not overlap, particularly if the respective activated emission surface is arranged outside the pivot point. In other words, the respective activated emission surface does not include the pivot point in this case.
  • the activated emission surfaces form a circle when placed on top of one another.
  • several different points in time are typically considered at which several different subsets of the segments are activated.
  • This embodiment can typically be achieved independently of the external shape of the segmented emitter surface.
  • the external shape of the segmented emitter surface can expressly be round or square, while the external shape of the emission surfaces placed on top of one another is round.
  • the external shape of the emission surfaces placed on top of one another is in particular independent of the respective shape of the activated emission surfaces considered separately. Placed on top of one another means in particular added together and/or activated at least once during operation of the electron emitter.
  • the cathode head typically has a round outer shape and can be designed as a focus head.
  • the outer shape of the cathode head can alternatively be oval or square.
  • the cathode head can in particular have a bearing means, wherein the cathode head can be mounted around the axis of rotation by means of the bearing means.
  • the cathode head can in particular be mounted with respect to the fixed bearing part.
  • the fixed bearing part and optionally the bearing means can be part of a bearing unit.
  • the bearing unit can in particular be a rotary bearing and/or part of the cathode or part of the rotary piston X-ray tube or part of the rotary piston X-ray emitter.
  • the bearing means can be, for example, a rotor and/or rotating bearing part.
  • the fixed bearing part can in particular be a stator.
  • the rotary bearing can in particular be a ball bearing or a plain bearing, in particular a liquid metal bearing.
  • the support means can be part of the electron emitter, by means of which the electron emitter can be supported so as to be rotatable about the axis of rotation at the rotational frequency relative to the fixed support part.
  • supporting the cathode head also means supporting the electron emitter and vice versa.
  • the bearing unit enables in particular a rotation of the cathode head or the electron emitter at the rotation frequency.
  • the rotation frequency is, for example, at least 5 Hz, in particular 50 Hz, preferably 200 Hz.
  • the electron emitter is typically firmly connected to the cathode head.
  • the rotationally fixed insertion includes in particular a rotationally fixed fastening.
  • the electron emitter can in particular be inserted into the cathode head by means of a fastening means.
  • the fastening means can be a screw and/or a soldering point and/or a welding point.
  • the cathode can be operated in such a way that the emission surfaces activated according to the different subset of the segments rotate against the rotational frequency.
  • the rotation of the cathode relative to the fixed bearing part can thereby be counteracted by changing the subset of the segments, whereby the influence of the rotation can be reduced.
  • a particularly advantageous embodiment is one in which the activated emission surfaces can be rotated against the rotational frequency with the amount of the rotational frequency, so that the activated emission surfaces are essentially stationary relative to the stationary bearing part.
  • the rotation of the cathode relative to the stationary bearing part can be counteracted by changing the subset of the segments in such a way that when the cathode rotates, the electron emission appears essentially stationary.
  • the active emission surface can be rotated, so to speak, against the rotation of the cathode head in such a way that the electron emission appears essentially stationary.
  • stationary means stationary.
  • the cathode is designed in such a way that these deviations are minimal or non-existent.
  • One embodiment provides that the pivot point of the electron emitter lies on the axis of rotation. This embodiment is particularly advantageous for the use of the electron emitter in the rotary piston X-ray tube.
  • the rotary piston in glass design offers, among other things, advantages that result directly from the external shape of the rotary piston and thus of the rotary piston X-ray tube.
  • the rotary piston X-ray tube according to the invention is particularly suitable as a comparatively cost-effective design.
  • Another advantage of the rotary piston is that glass is insulating and thus an optional deflection unit can be positioned closer to the glass piston.
  • the insulating property of glass is particularly advantageous because For electrical insulation, no additional material, such as conventional ceramic, needs to be used.
  • the rotary piston according to the invention as a glass version can in particular be referred to as a glass piston.
  • the glass piston advantageously enables a relatively compact design, which does not require a waist in comparison to conventional rotary piston X-ray emitters.
  • a minimum length of the rotary piston is therefore specified in particular by a necessary insulation length between the anode and cathode. Deflection of the emitted electrons by means of a deflection unit can thus preferably take place directly from the cathode, whereas in a conventional rotary piston X-ray emitter the deflection only takes place after the waist.
  • Cooling of the anode in the rotary piston X-ray tube is a direct cooling, whereby heat from the anode can be dissipated directly into the cooling medium flowing around the rotary piston, e.g. oil.
  • a maximum thermal load of the anode is preferably comparatively very large relative to the size of the anode and the heat capacity that is somewhat related to the size.
  • the rotary piston X-ray tube in particular the rotary piston, is typically vacuum capable.
  • the rotary piston is advantageously hermetically sealed.
  • the evacuated rotary piston in particular comprises a high vacuum.
  • the rotary piston can be supported or is supported around the rotation axis, in particular by means of a bearing means.
  • the rotary piston can rotate around the rotation axis, in particular at the rotation frequency.
  • the fixed bearing part can in particular be part of a bearing unit.
  • the fixed bearing part is in particular part of a rotary piston X-ray emitter and not part of the rotary piston X-ray tube. In principle, it is conceivable that that the entire bearing unit and thus the fixed bearing part are part of the rotary piston X-ray tube.
  • the cathode head can alternatively have the bearing means, wherein the cathode head can be mounted around the axis of rotation by means of the bearing means.
  • the cathode head can be mounted in particular with respect to the stationary bearing part.
  • the stationary bearing part and optionally the bearing means can be part of the bearing unit.
  • the bearing unit can be in particular a rotary bearing and/or part of the cathode or part of the rotary piston X-ray tube or part of the rotary piston X-ray emitter.
  • the bearing means can be, for example, a rotor and/or rotating bearing part.
  • the stationary bearing part can in particular be a stator.
  • the rotary bearing can in particular be a ball bearing or a plain bearing, in particular a liquid metal bearing.
  • the bearing unit enables in particular a rotation of the cathode head or the electron emitter or the rotary piston at the rotational frequency.
  • the rotational frequency is, for example, at least 5 Hz, in particular 50 Hz, preferably 200 Hz.
  • the cathode and the anode are usually arranged on opposite sides within the rotary piston. There is a high vacuum in particular between the cathode and the anode.
  • the rotationally fixed connection of the cathode and the anode to the rotary piston is achieved, for example, by means of a fastening means.
  • the fastening means can in particular be a soldering point and/or welding point.
  • the rotationally fixed connection of the cathode and the anode to the rotary piston can alternatively or additionally be achieved by means of parts of the bearing unit, so that the cathode and the anode are not directly coupled to the rotary piston.
  • the anode and the cathode and the electron emitter and the rotary piston rotate in particular together around the axis of rotation at the same rotational frequency.
  • the section between the anode and the cathode which consists of the glass, is in particular ring-shaped and/or rotationally symmetrical to the axis of rotation.
  • the glass section extends in particular in the length direction of the rotary piston over at least half the distance between the cathode and the anode.
  • the glass section can extend in the length direction of the rotary piston up to the height of the cathode or beyond.
  • the glass section can extend in the length direction of the rotary piston up to the height in front of the focal path on the anode or behind the focal path on the anode. In the latter case, the glass section serves in particular as an X-ray exit window.
  • the focal path includes in particular those focal spots in which the emitted electrons strike the anode and form the ring-shaped focal path due to the rotation.
  • the cathode head typically has a round outer shape and can be designed as a focus head.
  • the outer shape of the cathode head can alternatively be oval or square.
  • the support means can be part of the electron emitter, by means of which the electron emitter can be supported so as to be rotatable about the axis of rotation at the rotational frequency relative to the fixed support part.
  • supporting the cathode head also means supporting the electron emitter and vice versa.
  • the electron emitter is particularly suitable for medical imaging. Alternatively or additionally, the electron emitter can be suitable for material testing.
  • the electron emitter is typically firmly connected to the cathode head and thus to the rotary piston.
  • the rotationally fixed insertion includes in particular a rotationally fixed fastening.
  • the electron emitter can in particular be inserted into the cathode head by means of a fastening means.
  • the fastening means can be a screw and/or a soldering point and/or a welding point.
  • the rotary piston is cylindrical and a first end face of the cylindrical rotary piston is designed to accommodate a cathode-side bearing part and a second end face of the cylindrical rotary piston is designed to accommodate an anode-side bearing part, wherein the cathode is attached to the cathode-side bearing part and the anode is attached to the anode-side bearing part and wherein the cathode-side bearing part and the anode-side bearing part are designed to rotate the rotary piston relative to the stationary bearing part about the axis of rotation.
  • the cylindrical shape advantageously enables a compact rotary piston X-ray tube.
  • the first end face and the second end face close off the cylindrical rotary piston on the opposite sides along the axis of rotation.
  • the center axis of the cylinder corresponds in particular to the axis of rotation.
  • the cathode-side bearing part can be connected to the rotary piston in a vacuum-tight manner, in particular on the first end face.
  • the anode-side bearing part can be connected to the rotary piston in a vacuum-tight manner, in particular on the second end face.
  • the cathode-side bearing part and/or the anode-side bearing part are typically part of the bearing unit, in particular the rotating bearing part and/or the rotor.
  • the cathode-side bearing part and/or the anode-side bearing part can cooperate in particular with the stationary bearing part for the rotation of the rotary piston.
  • the rotary piston is cylindrical and the entire outer surface of the rotary piston consists of the glass.
  • the rotary piston can consist essentially of the outer surface and/or exclusively of the glass. This embodiment is particularly advantageous with the previous embodiment.
  • the rotary piston X-ray tube is a bipolar high-voltage tube, with the cathode has a negative high-voltage potential and the anode has a positive high-voltage potential.
  • the difference between the positive high-voltage potential and the negative high-voltage potential specifies an acceleration voltage according to which the electrons can be accelerated from the cathode towards the anode.
  • the cathode or the anode are at ground potential and only one of the two electrodes is at high-voltage potential.
  • a diameter of the rotary piston perpendicular to the axis of rotation is less than 100 mm, preferably 85 mm or 65 mm.
  • the center axis of the rotary piston corresponds in particular to the axis of rotation.
  • the rotary piston is designed to be rotationally symmetrical in particular to the axis of rotation. This design is advantageous due to its compactness.
  • a length of the rotary piston along the axis of rotation is less than 200 mm.
  • the center axis of the rotary piston corresponds in particular to the axis of rotation.
  • the rotary piston is designed to be rotationally symmetrical in particular to the axis of rotation. This advantageously allows the design of the rotary piston X-ray tube to be smaller.
  • the rotary piston can be rotated about the axis of rotation by means of a ball bearing.
  • the bearing unit is the rotary bearing, which is designed as a ball bearing.
  • the bearing unit can be mounted in oil or in a vacuum.
  • the bearing means can in particular be the balls of the ball bearing.
  • the rotary piston X-ray source is particularly advantageous because the use of the deflection unit to generate the inhomogeneous field makes the structure of the rotary piston X-ray source significantly less complex and thus more cost-effective.
  • the rotary piston X-ray source preferably does not comprise a separate dipole/quadrupole magnet or another additional higher-pole magnet.
  • an inhomogeneous field is generated in order to deflect the electrons and at the same time focus them in a suitable manner, without using a dipole/quadrupole magnet or another additional higher-pole magnet. Because the inhomogeneous field takes into account the path length differences of the emitted electrons, the need for complex deflection is preferably eliminated.
  • the deflection unit advantageously enables uniform coverage in the electrical focal spot, which is preferably accompanied by a homogeneous temperature distribution.
  • the housing encloses the rotary piston X-ray tube and the Deflection unit is typically completely and/or closed.
  • the housing can have a cooling medium for cooling the rotary piston X-ray tube and/or the deflection unit.
  • the cooling medium can be liquid and/or gaseous.
  • the cooling medium is in particular air and/or an oil.
  • the housing can have a cooling device by which the cooling medium is tempered and/or exchanged and/or circulated.
  • the cooling device can have a heat exchanger and/or a cooling medium supply and a cooling medium discharge.
  • a surface of the housing can be enlarged, for example by cooling fins.
  • the deflection unit generates the inhomogeneous field in a way that would traditionally require a quadrupole magnet.
  • the deflection unit is simplified compared to a conventional rotary piston X-ray tube with a quadrupole magnet, which means that the deflection unit can be optimally adjusted for comparatively fewer operating points.
  • the deflection unit according to the invention is technically less complex, does not require complex control and is therefore more cost-effective.
  • the deflection unit preferably generates the inhomogeneous field in such a way that the electrons can be fanned out and/or deflected in the radial direction, in particular taking into account the path length differences.
  • the fanning out in the radial direction advantageously increases the length of the electrical focal spot.
  • the deflection in the radial direction in particular enables the electrons to reach the predetermined focal path.
  • a further advantage of the radial deflection is that the width of the focal spot can be reduced, in particular if the activated emission surface of the electron emitter is wider than the desired optical width.
  • the deflection unit generates a field whose field strength depends on the location.
  • the deflection unit generates a such an inhomogeneous field in particular in a volume section of the rotary piston which lies between the electron emitter and the anode.
  • the volume section lies in particular between the activated emission surface and a focal path on the anode. It is conceivable that the volume section does not lie on a direct line of sight between the activated emission surface and the focal path, in particular due to the forces acting on the electrons which result from the generated inhomogeneous field.
  • the deflection unit is in particular arranged and aligned in such a way that a large proportion of the emitted electrons are subjected to forces which result from the generated inhomogeneous field. The deflection and/or fanning out of the electrons in the radial direction takes place for the most part in particular by means of location-dependent forces.
  • the fact that the deflection unit generates an inhomogeneous field can include the deflection unit generating a homogeneous field in another volume section.
  • the field strength does not depend on the location to a small extent.
  • This part advantageously lies outside the trajectory of the electrons and/or affects less than 50%, preferably less than 20%, of the emitted electrons.
  • the deflection unit is in particular aligned with the trajectories of the electrons in such a way that a large proportion, advantageously at least 80%, of the electrons are influenced by the inhomogeneous field.
  • the deflection unit is in particular aligned with the trajectories of the electrons in such a way that a large proportion, advantageously at least 80%, of the electrons are influenced by the inhomogeneous field.
  • the deflection unit generates in particular an inhomogeneous field which is static for an emission period.
  • the inhomogeneous field is in particular unchanging within the emission period.
  • the emission period in particular comprises at least one pulse duration of an X-ray pulse.
  • the influence of the emitted electrons on their different trajectories means in particular that forces act on the emitted electrons through the inhomogeneous field, which can lead to a deflection of at least one electron.
  • the electron emitter is typically not a point-like electron source, but emits electrons from an activated emission surface within a certain, non-point-like extension with different starting positions, the emitted electrons regularly have a spatial distribution perpendicular to the axis of rotation, which results in the emitted electrons propagating on different trajectories.
  • the path length differences are based in particular on the different starting positions of the respective electrons on the electron emitter or the spatial distribution.
  • the propagation in the direction of the anode takes place in particular by the acceleration unit, which in particular provides the high voltage between the cathode and the anode.
  • Deflection of several electrons in this context can in particular mean a shift while maintaining the relative distances to one another and/or focusing and/or defocusing.
  • the deflection of several electrons changes at least one distance between the electrons, in particular by reducing it during focusing and in particular by increasing it during defocusing.
  • the propagation of the emitted electrons typically takes place on a curved trajectory.
  • the different paths of the emitted electrons are usually curved according to the curved trajectory.
  • the curvature of the trajectory means that the electrons can travel different path lengths along the respective paths until the electrons interact with the anode in the focal spot.
  • the path length differences resulting from the curvature of the trajectory along the different paths of the electrons are advantageously taken into account by the design of the location-dependent forces of the inhomogeneous field.
  • the inhomogeneous field can be designed in such a way that the electrons are exposed to different location-dependent forces depending on their trajectories.
  • the inhomogeneous field is generated by the deflection unit as a function of the amount of high voltage between the cathode and the anode.
  • the inhomogeneous field can in particular be generated in such a way that a spatial distribution of the electrons on the cathode side differs from a spatial distribution of the electrons on the anode side.
  • Cathode side or anode side means in particular after electron emission has taken place at the cathode or before the electrons hit the anode.
  • the difference in the spatial distribution between the cathode and the anode can be in a different extent, in particular perpendicular to the axis of rotation, preferably in a different width and/or different length.
  • the deflection unit surrounds the rotary piston in a plane perpendicular to the axis of rotation by less than 360°, in particular less than 180°. In this case, the deflection unit does not completely surround the rotary piston in the circumferential direction, in particular not for the most part. This embodiment therefore offers the advantage of less space required for the deflection unit.
  • the inhomogeneous field is a magnetic field and that the deflection unit in particular has a coil with a magnetic core.
  • the deflection unit has a coil without a magnetic core.
  • the deflection unit can in particular comprise only a permanent magnet.
  • the deflection unit in particular generates an inhomogeneous magnetic field by means of the coil with the magnetic core.
  • the coil in particular has current flowing through it and/or has several windings. The several windings can be distributed over a single winding package or several winding packages.
  • the magnetic field generated by the coil with the magnetic core is static, in particular during the emission period.
  • the magnetic core typically has a soft magnetic material and/or ferrite or is a permanent magnet.
  • the inhomogeneous field is generated jointly, in particular, by the coil and the magnetic core.
  • the magnetic core is a permanent magnet in this case, a coil current of the coil can advantageously be reduced, since the permanent magnet can compensate for the lower magnetic field of the coil.
  • the magnetic core advantageously reduces the required coil current strength to achieve the magnetic field.
  • the magnetic core can influence the field gradient of the inhomogeneous field. This can influence the deflection in length and/or width in particular.
  • a magnetic field in the direction of the (instantaneous) speed of the electrons typically has no effect. Since the electrons essentially fly along the axis of rotation, the magnetic field is particularly inhomogeneous in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the coil comprises several packages with windings, wherein the several winding packages are attached to sections of the magnetic core that are angled to one another.
  • a center axis of a first winding package is at an angle other than 180° to a center axis of a second winding package and both are therefore not on the same line.
  • the number of winding packages can in particular be two or three.
  • the winding packages and the sections of the magnetic core can be arranged and designed symmetrically to one another.
  • the magnetic core can in particular have a curved shape.
  • the magnetic core is in particular not rod-shaped.
  • the curved shape can in particular be a C-shape.
  • the ends of the magnetic core can enclose an angle other than zero.
  • the angle can in particular be equal to or less than 180°.
  • the angle can in particular be between 90° and 180°.
  • At least one end of the magnetic core or both ends of the magnetic core can be bevelled.
  • the bevelling in this respect relates to a direction of curvature of the magnetic core.
  • the magnetic core is not bevelled in particular if the end surface of the magnetic core forming the end is perpendicular to the direction of curvature of the magnetic core.
  • a bevelling is therefore present in particular if the end surface of the magnetic core forming the end is at an angle other than 90° to the direction of curvature.
  • the curved shape and/or the bevelled ends mean in particular that the magnetic core is advantageously designed in such a way that the proportion of parallel magnetic field lines outside the magnetic core is reduced. This advantageously generates the inhomogeneous field.
  • the magnetic core is aligned such that the ends of the magnetic core lie in the same plane perpendicular to the axis of rotation and are aligned equidistantly to the axis of rotation.
  • the ends of the magnetic core are in particular at the same height relative to the axis of rotation.
  • the equidistant alignment enables in particular a symmetrical alignment of the magnetic core around the axis of rotation.
  • One embodiment provides that the magnetic core is aligned in such a way that a plane perpendicular to the axis of rotation, in which the ends of the magnetic core lie, intersects the axis of rotation between the cathode and the anode.
  • This embodiment is particularly advantageous because the deflection unit is arranged comparatively close to the electrons. is.
  • the magnetic core is aligned such that a center axis of the windings of the coil lies in the plane perpendicular to the axis of rotation in which the ends of the magnetic core lie.
  • the ends of the magnetic core and the center axis of the windings are preferably at the same height relative to the axis of rotation.
  • the computer program product can be a computer program or comprise a computer program.
  • the computer program product has in particular the program code means which depict the method steps according to the invention. This allows the method according to the invention to be carried out in a defined and repeatable manner and control can be exercised over the forwarding of the method according to the invention.
  • the computer program product is preferably configured in such a way that the computing unit can carry out the method steps according to the invention using the computer program product.
  • the program code means can in particular be loaded into a memory of the computing unit and typically executed by means of a processor of the computing unit with access to the memory. If the computer program product, in particular the program code means, is executed in the computing unit, all embodiments of the method described according to the invention can typically be carried out.
  • the computer network can have the computing unit or can be indirectly connected to the computing unit by means of a wide area network (WAN) or a (wireless) local area network connection (WLAN or LAN).
  • WAN wide area network
  • WLAN wireless local area network connection
  • the computer program product can be stored digitally on a cloud server at a storage location of the computer network, transferred to the computing unit by means of the WAN via the Internet and/or by means of the WLAN or LAN, in particular by calling up a download link which refers to the storage location of the computer program product.
  • Fig. 1 shows an electron emitter 10 for a rotary piston X-ray tube 30 in a plan view.
  • the segmentation of the emitter surface 11 is in Fig. 1 not shown for reasons of clarity.
  • the segmentation of the emitter surface 11 can be approximately derived from the activated emission surfaces 11.A shown, which are delimited along the boundaries of the segments.
  • the representation in Fig. 1 is schematic in this respect, since a segment is usually not infinitesimally small, i.e. only comprising a point-shaped emitter needle. It follows that the rod-shaped emission surfaces 11.A in In practice, for example, they may have jagged or grooved edges.
  • the number of segments can, as previously stated, be four in an extreme case, based on the Fig. 1 In the embodiment shown, the number is, for example, 100 or more.
  • the segmented emitter surface 11 is designed to activate a subset of the segments of the segmented emitter surface 11 as an activated emission surface 11.A for the field effect emission of electrons from the activated emission surface 11.A in such a way that activated emission surfaces 11.A can be rotated in pairs relative to one another about a pivot point D by changing the subset.
  • the direction of rotation of the activated emission surfaces 11.A is indicated by the arrow.
  • Fig. 1 shown that the pivot point D is a center point of the segmented emitter surface.
  • the activated emission surfaces 11.A overlap one another to a maximum extent and form a circle when placed on top of one another.
  • Each activated emission surface 11.A in Fig. 1 has substantially the same rod-like shape, preferably the same number of activated segments, the same size and advantageously the same electron current.
  • Fig. 2 shows the electron emitter 10 in an alternative embodiment.
  • the segmented emitter surface 11 has a square outer shape.
  • the segmented emitter surface 11 has segments, particularly in a region towards the corners, which typically do not emit electrons.
  • Fig. 3 shows a cathode 20 for a rotary piston X-ray tube 30 in a plan view.
  • the cathode 20 for a rotary piston X-ray tube 30 has a cathode head 21 and an electron emitter 10 which is inserted into the cathode head 21 in a rotationally fixed manner.
  • the cathode head 21 and the electron emitter 10 have a round outer shape. It would be conceivable that the cathode head 21 in particular has a non-round, but oval outer shape.
  • the cathode head 21 can be mounted so as to be rotatable about a rotation axis A with a rotation frequency relative to a fixed bearing part.
  • the pivot point D of the electron emitter 10 lies on the rotation axis A.
  • the segmented emitter surface 11 is designed to activate the subset of the segments such that the emission surfaces 11.A activated according to a different subset of the segments are rotatable against the rotational frequency.
  • Fig. 4 shows the cathode 20 of the Fig. 3 in another view.
  • the cathode 20 is relative to a fixed bearing part, which is not in Fig. 4 shown, and rotates at a rotational frequency.
  • the direction of rotation of the cathode head 21 together with the electron emitter 10 is indicated by the dashed arrow.
  • the activated emission surfaces 11.A are rotatable against the rotational frequency with the amount of the rotational frequency, so that the activated emission surfaces 11.A are essentially stationary relative to the stationary bearing part.
  • the activated emission surfaces 11.A appear superimposed and stationary.
  • the rotation of the cathode head 21 together with the inserted electron emitter 21 and the rotation of the activated emission surfaces 11.A cancel each other out.
  • Fig. 5 shows a flow chart of a method for emitting electrons by means of an electron emitter 10 according to the invention with the steps: Method step S100 indicates receiving a rotational frequency signal.
  • Method step S101 characterizes an activation of different subsets of the segments of the segmented emitter surface 11 such that the activated emission surfaces 11.A rotate about a pivot point D depending on the received rotation frequency signal.
  • Fig. 6 shows a rotary piston X-ray tube 30 in a longitudinal section along the rotation axis A.
  • the rotary piston X-ray tube 30 has a cathode 20, a rotating element 22, which rotates about an axis of rotation A at a rotation frequency relative to a non-rotating element Fig. 6 shown stationary bearing part, and an anode 32.
  • the cathode 30 and the anode 32 are connected to the rotary piston 31 in a rotationally fixed manner.
  • the cathode 20 has a cathode head 21 and an electron emitter 10, which is inserted in the cathode head 21 in a rotationally fixed manner.
  • the rotary piston 31 consists of a glass in a section 33 between the anode 32 and the cathode 20.
  • the rotary piston 31 is cylindrical.
  • a first end face of the cylindrical rotary piston 31 is designed to accommodate a cathode-side bearing part 34.
  • the cathode 20 is attached to the cathode-side bearing part 34.
  • a second end face of the cylindrical rotary piston 31 is designed to accommodate an anode-side bearing part 35.
  • the anode 32 is attached to the anode-side bearing part 35.
  • the cathode-side bearing part 34 and the anode-side bearing part 35 are designed to rotate the rotary piston 31 relative to the non- Fig. 1 shown fixed bearing part around the rotation axis A in the direction of rotation R or against the direction of rotation R.
  • the cathode-side bearing part 34 and the anode-side bearing part 35 each have a shaft aligned with the rotation axis A.
  • the shaft rotates, for example, in the direction of rotation R or against the direction of rotation R and the rest of the rotary piston X-ray tube 30 rotates with the shaft.
  • the rotary piston 31 could be rotatable about the axis of rotation A by means of a ball bearing (not shown).
  • the entire outer surface of the rotary piston 31 consists of glass.
  • the rotary piston X-ray tube 30 is a bipolar high-voltage tube, with a negative high-voltage potential at the cathode 20 and a positive high-voltage potential at the anode 32.
  • Fig. 7 shows a variant of the rotary piston X-ray tube 30 in a longitudinal section along the rotation axis A.
  • the anode angle of the anode 32 is 16° and the diameter of the rotary piston 31 perpendicular to the rotation axis A is 65 mm.
  • Fig. 8 shows a longitudinal section through a rotary piston X-ray tube 40.
  • the rotary piston X-ray tube 40 comprises a housing 41, a rotary piston X-ray tube 30 and a deflection unit 42.
  • the rotary piston X-ray tube 30 is arranged within the housing 41 around a rotation axis A with a rotation frequency relative to the Housing 41 rotatably mounted.
  • the rotary piston X-ray tube 30 has a cathode 20, a rotary piston 31 and an anode 32.
  • the anode 32 is connected to the rotary piston 31 in a rotationally fixed manner.
  • the cathode 20 has a cathode head 21 and an electron emitter 10 inserted into the cathode head 21 for emitting electrons and is arranged within the rotary piston 31 on the rotation axis A.
  • the rotary piston X-ray tube 40 further comprises a stationary bearing part 43 which is connected in a rotationally fixed manner to the housing 41.
  • the stationary bearing part 43 cooperates in particular with the cathode-side bearing part 34 and the anode-side bearing part 35 in order to enable the rotation of the rotary piston X-ray tube 30 relative to the housing 41.
  • Fig. 10 shows a further variant of the deflection unit 42 in a detailed view.
  • the inhomogeneous field is a magnetic field.
  • the deflection unit 42 has a coil with a magnetic core.
  • the magnetic core is bent and at least one end, in this embodiment both ends, of the magnetic core are bevelled.
  • Fig. 11 shows three views (front, side, perspective from left to right) of another variant of the deflection unit 42.
  • the deflection unit 42 has a coil with a magnetic core.
  • the coil comprises several packages with windings.
  • the several winding packages are attached to sections of the magnetic core that are angled relative to one another.
  • Fig. 12 shows an inhomogeneous magnetic field.
  • the deflection unit 42 has a coil with a magnetic core.
  • the magnetic field components are shown schematically, resulting in the course of the field lines shown along the solid lines.
  • An inhomogeneous magnetic field configured in this way is particularly advantageous because Bx has a gradient in the negative y-direction and By has the sign of the x-axis and a gradient in the y-direction.
  • FIG. 12 The position of the rotation axis A is shown purely as an example at the height of the x-axis. A shift of the rotation axis A up or down along the y-axis is easily conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektronenemitter für eine Drehkolben-Röntgenröhre, eine Kathode für eine Drehkolben-Röntgenröhre, eine Drehkolben-Röntgenröhre, einen Drehkolben-Röntgenstrahler, ein Verfahren zur Emission von Elektronen mittels eines Elektronenemitters und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.
Der erfindungsgemäße Elektronenemitter für eine Drehkolben-Röntgenröhre weist
- eine segmentierte Emitterfläche auf, wobei die segmentierte Emitterfläche eine Vielzahl an Emitternadeln aufweist und dazu eingerichtet ist, eine Teilmenge der Segmente der segmentierten Emitterfläche als aktivierte Emissionsfläche zur Feldeffekt-Emission von Elektronen aus der aktivierten Emissionsfläche derart zu aktivieren, dass aktivierte Emissionsflächen durch Veränderung der Teilmenge paarweise zueinander um einen Drehpunkt rotierbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Elektronenemitter für eine Drehkolben-Röntgenröhre, eine Kathode für eine Drehkolben-Röntgenröhre, eine Drehkolben-Röntgenröhre, einen Drehkolben-Röntgenstrahler, ein Verfahren zur Emission von Elektronen mittels eines Elektronenemitters und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.
  • Ein herkömmlicher Drehkolben-Röntgenstrahler umfasst typischerweise ein Gehäuse und eine Drehkolben-Röntgenröhre, welche innerhalb des Gehäuses relativ zum Gehäuse rotierbar gelagert ist. Beispielsweise ist aus der DE 19 741 750 A1 ein derartiger Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode, mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb des mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuses rotiert, bekannt.
  • Bei einem herkömmlichen Drehkolben-Röntgenstrahler dreht sich also typischerweise die gesamte Drehkolben-Röntgenröhre, insbesondere der evakuierte Drehkolben gemeinsam mit der Anode. Bei manchen Drehkolben-Röntgenstrahlern ist eine Kathode mit einem Elektronenemitter ebenfalls drehfest mit dem Drehkolben verbunden, so dass die Kathode, Anode und der Drehkolben dieselbe Drehfrequenz aufweisen. Andere Drehkolben-Röntgenstrahler weisen eine Kathode mit einem Elektronenemitter auf, welche ortsfest sind und somit nicht gemeinsam mit der Anode und dem Drehkolben verdreht werden, wie es beispielsweise in der DE 4 108 591 A1 beschrieben ist. Im Gegensatz dazu dreht sich bei einer herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhre lediglich die Drehanode relativ zum evakuierten Röhrengehäuse.
  • Ein weiterer Unterschied zwischen einer herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhre und einer herkömmlichen Drehkolben-Röntgenröhre betrifft eine Platzierung des Elektronenemitters. Bei der herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhre wird der Elektronenemitter, welcher im Gegensatz zur Anode ortsfest ist, üblicherweise exzentrisch außerhalb der Rotationsachse direkt über einer kreisringförmigen Brennbahn der Anode platziert. Die Brennbahn entsteht insbesondere dadurch, dass die in einem Brennfleck eintreffenden Elektronen aufgrund der Drehung der Anode auf einer kreisringförmigen Bahn mit der Anode wechselwirken. Ein Elektronenemitter einer solchen Drehanoden-Röntgenröhre kann beispielsweise bis zu drei verschiedene Emitterelemente aufweisen, deren emittierte Elektronen geometrisch auf verschiedene Brennfleckgrößen fokussiert werden können. Diese Fokussierung erfolgt insbesondere mittels einer Ablenkungseinheit, welche dazu ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld erzeugt.
  • Bei der herkömmlichen Drehkolben-Röntgenröhre liegt der Elektronenemitter typischerweise auf der Rotationsachse zentral über der Anode. Um den Brennfleck relativ zum Gehäuse ortsfest zu halten, werden die emittierten Elektronen aus der Rotationsachse heraus auf einen Randbereich der Anode abgelenkt, in der Regel durch ein elektromagnetisches Feld. Dazu weist die Ablenkungseinheit insbesondere einen ersten Quadrupolmagneten auf, welcher zum Einstellen des Verhältnisses aus Länge und Breite des Brennflecks eingerichtet ist. Wenn die Ablenkungseinheit einen zweiten Quadrupolmagneten aufweist, kann mit diesem typischerweise die Größe des Brennflecks eingestellt werden. Eine Ausgestaltung eines Drehkolben-Röntgenstrahlers mit mindestens einem Quadrupolmagneten ist vergleichsweise komplex und kostenintensiv.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Elektronenemitter für eine Drehkolben-Röntgenröhre, eine Kathode für eine Drehkolben-Röntgenröhre, eine Drehkolben-Röntgenröhre, einen Drehkolben-Röntgenstrahler, ein Verfahren zur Emission von Elektronen mittels eines Elektronenemitters und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt anzugeben, bei welchen die Elektronenemission mittels des Elektronenemitters selbst flexibler ist, um den Bedarf an zusätzlicher Ablenkung der Elektronen zu verringern.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.
  • Der erfindungsgemäße Elektronenemitter für eine Drehkolben-Röntgenröhre weist
    - eine segmentierte Emitterfläche auf, wobei die segmentierte Emitterfläche eine Vielzahl an Emitternadeln aufweist und dazu eingerichtet ist, eine Teilmenge der Segmente der segmentierten Emitterfläche als aktivierte Emissionsfläche zur Feldeffekt-Emission von Elektronen aus der aktivierten Emissionsfläche derart zu aktivieren, dass aktivierte Emissionsflächen durch Veränderung der Teilmenge paarweise zueinander um einen Drehpunkt rotierbar sind.
  • Der Elektronenemitter ist besonders vorteilhaft, da die aktivierten Emissionsflächen rotierbar sind, wodurch die Elektronenemission insgesamt flexibler wird. Das Rotieren der aktivierten Emissionsflächen ermöglicht vorteilhafterweise ein Verringern und/oder ein Weglassen zusätzlicher Ablenkungsvorgänge mittels einer Ablenkungseinheit.
  • Der Elektronenemitter ist insbesondere für eine medizinische Bildgebung geeignet. Alternativ oder zusätzlich kann der Elektronenemitter für eine Werkstoffprüfung geeignet sein.
  • Die segmentierte Emitterfläche ist insbesondere eine Feldeffekt-Emitterfläche. Die Feldeffekt-Emission erfolgt insbesondere durch ein Anlegen einer Gatespannung in Bezug auf einen Träger der Emitterfläche, auf welchem die Vielzahl an Feldeffekt-Emitternadeln angeordnet sind. Durch die angelegte Gatespannung treten insbesondere an der Spitze der Feldeffekt-Emitternadeln Elektronen aus. Die Feldeffekt-Emitternadeln weisen üblicherweise Kohlenstoff, Silizium und/oder Molybdän auf.
  • Insbesondere bei einem Feldeffekt-Emitterfläche kann die Emitterfläche eine Vielzahl an Segmenten aufweisen. Die Aktivierung nur eines Teils, sprich nicht aller Segmente, eines solches Emitterelements kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass nur ein Teil der Emitternadeln und somit nur ein Teil der Segmente zur Feldeffekt-Emission angeregt wird. Das Anregen der Emitternadeln zur Feldeffekt-Emission kann als Aktivieren oder Anschalten des jeweiligen Segments mit diesen Emitternadeln bezeichnet werden. Die Emitterfläche kann also in Segmente unterteilt sein, welche unabhängig voneinander aktiviert werden können. Die Feldeffekt-Emitterfläche ist insbesondere eine sogenannte pixelierte Emitterfläche. Die Segmentierung der Feldeffekt-Emitterfläche ist insbesondere eine kartesische oder rotationssymmetrische Segmentierung.
  • Die segmentierte Emitterfläche weist insbesondere mindestens vier Segmente auf, welche in einer 2x2 Matrix angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Emitterfläche mindestens neun oder 100 Segmente auf. Eine Anzahl von Segmenten größer 256 oder 1024 ist ebenfalls denkbar.
  • Eine äußere Form der segmentierten Emitterfläche kann rechteckig, insbesondere quadratisch, oder rund sein. Im letzteren Fall ist die segmentierte Emitterfläche insbesondere rotationssymmetrisch. Eine äußere Form der aktivierten Emissionsfläche kann von der äußeren Form der segmentierten Emitterfläche abweichen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die äußere Form der segmentierten Emitterfläche quadratisch ist und die äußere Form der aktivierten Emissionsfläche rund ist oder umgekehrt. Alternativ ist es denkbar, dass die äußere Form der aktivierten Emissionsfläche der äußeren Form der segmentierten Emitterfläche ähnelt oder entspricht.
  • Ein Segment der Emitterfläche ist insbesondere derart ausgestaltet, dass die Elektronenemission durch die aktivierte Emissionsfläche dieses Segments angeschaltet sein kann oder abgeschaltet sein kann. Im letzteren Fall bedeutet dies, dass dieses Segment keine aktivierte Emissionsfläche, sondern eine deaktivierte Emissionsfläche aufweist.
  • Das Aktivieren bzw. Deaktivieren der Emissionsfläche kann getaktet und/oder mehrmals in Abhängigkeit von einem Emitterschaltsignal erfolgen. Das Emitterschaltsignal kann insbesondere von einer Steuereinheit bereitgestellt sein. Das Emitterschaltsignal kann insbesondere ein Anschalten bzw. Abschalten einer Gatespannung in Bezug zu der aktivierten Teilmenge der Segmente umfassen.
  • Die Einrichtung der segmentierten Emitterfläche zur Aktivierung mindestens der Teilmenge der Segmente bedeutet insbesondere, dass die segmentierte Emitterfläche in Abhängigkeit z.B. von dem Emitterschaltsignal zumindest teilweise oder vollständig aktiviert werden oder sein kann. Beispielsweise kann das Emitterschaltsignal eine Angabe über die zu aktivierenden oder über die aktivierten Segmente, welche die Teilmenge bilden, enthalten und/oder diese Segmente aufgrund einer elektrischen und/oder physikalischen Verschaltung direkt aktivieren.
  • Die aktivierte Emissionsfläche kann ausschließlich aktivierte Segmente umfassen. Alternativ ist es denkbar, dass die aktivierte Emissionsfläche mindestens ein Segment umfasst, welches deaktiviert ist.
  • Dass die aktivierten Emissionsflächen durch Veränderung der Teilmenge paarweise um einen Drehpunkt rotierbar sind, bedeutet insbesondere, dass im Betrieb des Elektronenemitters die aktivierten Emissionsflächen rotieren können und/oder rotierbar erscheinen, da die Emissionsflächen nacheinander aktiviert werden und sich paarweise zueinander unterscheiden können. Der Begriff rotieren umfasst in diesem Zusammenhang insbesondere einen Winkel größer null einschließen oder verdreht oder verkippt.
  • Das Rotieren bezieht sich diesbezüglich nicht auf ein physisches Bewegen der Emitterfläche als solche in eine Drehrichtung. Dass aktivierte Emissionsflächen rotierbar sind, bedeutet insbesondere, dass in Bezug auf die segmentierte Emitterfläche diejenigen Emissionsflächen, aus welchen die Elektronen austreten, rotierbar sind. Dass die aktivierten Emissionsflächen rotierbar sind, umfasst insbesondere, ein Aktivieren zumindest eines weiteren Segments und/oder ein Deaktivieren zumindest eines anderen Segments. Das Aktivieren und Deaktivieren kann gleichzeitig erfolgen.
  • Erfindungsgemäß ist es also vorteilhafterweise möglich, die Elektronenemission aus der segmentierten Emitterfläche über die Zeit zu rotieren. Dies bedeutet insbesondere, dass die segmentierte Emitterfläche in einer Art Propeller- oder Schrauben- oder Zeigerbetrieb betrieben werden kann, bei welchem die aktivierten Emissionsflächen je Zeiteinheit paarweise zueinander rotieren können. Das durch Veränderung der Teilmenge paarweise zueinander um einen Drehpunkt rotierbar sein, bedeutet insbesondere, dass eine erste aktivierte Emissionsfläche zu einem ersten Zeitpunkt im Vergleich zu einer zweiten aktivierten Emissionsfläche zu einem zweiten Zeitpunkt, wobei der erste Zeitpunkt sich von dem zweiten Zeitpunkt unterscheidet und die erste aktivierte Emissionsfläche sich von der weiten Emissionsfläche unterscheidet, rotiert sein kann. Eine aktivierte Teilmenge der Segmente bei der ersten aktivierten Emissionsfläche unterscheidet sich insbesondere von einer aktivierten Teilmenge der Segmente bei der zweiten aktivierten Emissionsfläche.
  • Die Emission der Elektronen kann erfindungsgemäß mit einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte erfolgen:
    • Empfangen eines Drehfrequenzsignals,
    • Aktivieren von verschiedenen Teilmengen der Segmente der segmentierten Emitterfläche derart, dass die aktivierten Emissionsflächen um einen Drehpunkt in Abhängigkeit des empfangenen Drehfrequenzsignals rotieren.
  • Das Drehfrequenzsignal wird insbesondere mittels einer Schnittstelle beispielsweise von einer Steuereinheit empfangen. Das Drehfrequenzsignal wird beispielsweise an die Schnittstelle übertragen. Das Empfangen kann alternativ innerhalb einer Steuereinheit von einer Teilsteuereinheit empfangen werden, wobei eine andere Teilsteuereinheit innerhalb der Steuereinheit das Drehfrequenzsignal überträgt.
  • Das Drehfrequenzsignal beschreibt und/oder überträgt insbesondere einen Wert einer Drehfrequenz. Das Drehfrequenzsignal kann insbesondere von einem Elektronenstrom und/oder einer Beschleunigungsspannung und/oder einer Drehfrequenz einer Kathode abhängen. Das Drehfrequenzsignal kann insbesondere der Drehfrequenz der Kathode entsprechen.
  • Das Rotieren der aktivierten Emissionsflächen kann insbesondere in Abhängigkeit von dem Drehfrequenzsignal erfolgen, was insbesondere bedeutet, dass eine Wechselfrequenz, gemäß welcher die Teilmenge der Segmente gewechselt wird, zumindest von dem Drehfrequenzsignal beeinflusst wird oder dem Drehfrequenzsignal entspricht. In anderen Worten erfolgt vorteilhafterweise ein Wechseln der aktivierten Emissionsfläche mit einer Wechselfrequenz, welche dem insbesondere negativen Betrag des Drehfrequenzsignals entspricht. Das Wechseln der aktivierten Emissionsfläche erfolgt insbesondere entgegen der Drehfrequenz.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Drehpunkt ein Mittelpunkt der segmentierten Emitterfläche ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch der Anteil an nutzbarer Emitterfläche erhöht sein kann, insbesondere wenn die jeweiligen aktivierten Emissionsfläche sich lediglich in ihrem Drehwinkel zum Drehpunkt unterscheiden. Vorteilhafterweise kann jede aktivierte Emissionsfläche im Wesentlichen dieselbe Form und/oder dieselbe Anzahl an aktivierten Segmenten und/oder dieselbe Größe und/oder denselben Elektronenstrom aufweisen.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die aktivierten Emissionsflächen sich maximal teilweise überlappen. Diese Ausführungsform gewährleistet vorteilhafterweise, dass nicht dieselbe Teilmenge an Segmenten unmittelbar aufeinanderfolgend erneut aktiviert wird. Üblicherweise überlappen sich die aktivierten Emissionsflächen am Drehpunkt und/oder um den Drehpunkt herum. In diesem Fall umfassen die aktivieren Emissionsflächen insbesondere den Drehpunkt. Grundsätzlich ist es alternativ denkbar, dass die aktivierten Emissionsflächen sich nicht überlappen, insbesondere wenn die jeweilige aktivierte Emissionsfläche außerhalb des Drehpunkts angeordnet ist. In anderen Worten umfasst die jeweilige aktivierte Emissionsfläche in diesem Fall nicht Drehpunkt.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die aktivierten Emissionsflächen übereinandergelegt einen Kreis bilden. Bei dieser Ausführungsform werden typischerweise mehrere verschiedene Zeitpunkte betrachtet, an welchen mehrere verschiedene Teilmengen der Segmente aktiviert sind. Diese Ausführungsform kann typischerweise unabhängig von der äußeren Form der segmentierten Emitterfläche erreicht werden. Die äußere Form der segmentierten Emitterfläche kann ausdrücklich rund oder quadratisch sein, während die äußere Form der übereinandergelegten Emissionsflächen rund ist. Die äußere Form der übereinandergelegten Emissionsflächen ist insbesondere unabhängig von der jeweiligen Form der separat betrachteten aktivierten Emissionsflächen. Übereinandergelegt bedeutet insbesondere addiert und/oder wenigstens im Betrieb des Elektronenemitters wenigstens einmal aktiviert.
  • Eine erfindungsgemäße Kathode für eine Drehkolben-Röntgenröhre weist
    • einen um eine Rotationsachse mit einer Drehfrequenz relativ zu einem feststehenden Lagerteil drehbar lagerbaren Kathodenkopf und
    • einen Elektronenemitter auf, welcher in den Kathodenkopf drehfest eingesetzt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die segmentierte Emitterfläche dazu eingerichtet ist, die Teilmenge der Segmente derart zu aktivieren, dass die gemäß einer verschiedenen Teilmenge der Segmente aktivierten Emissionsflächen entgegen der Drehfrequenz rotierbar sind.
  • Der Kathodenkopf weist typischerweise eine runde äußere Form auf und kann als Fokuskopf ausgebildet sein. Die äußere Form des Kathodenkopfs kann alternativ oval oder eckig sein.
  • Der Kathodenkopf kann insbesondere ein Lagermittel aufweisen, wobei der Kathodenkopf mittels des Lagermittels um die Rotationsachse lagerbar ist. Der Kathodenkopf kann insbesondere bzgl. dem feststehenden Lagerteil gelagert sein. Das feststehende Lagerteil und optional das Lagermittel können Teil einer Lagereinheit sein. Die Lagereinheit kann insbesondere ein Drehlager und/oder Teil der Kathode oder Teil der Drehkolben-Röntgenröhre oder Teil des Drehkolben-Röntgenstrahlers sein. Das Lagermittel kann beispielsweise ein Rotor und/oder rotierendes Lagerteil sein. Das feststehende Lagerteil kann insbesondere ein Stator sein. Das Drehlager kann insbesondere ein Kugellager oder ein, insbesondere Flüssigmetall-, Gleitlager sein.
  • Dass der Kathodenkopf lagerbar ist, gilt insbesondere analog für den Elektronenemitter. In anderen Worten kann das Lagermittel Teil des Elektronenemitters sein, mittels welchen der Elektronenemitter um die Rotationsachse mit der Drehfrequenz relativ zu dem feststehenden Lagerteil drehbar lagerbar ist. Insbesondere weil der Elektronenemitter drehfest in den Kathodenkopf eingesetzt ist, bedeutet eine Lagerung des Kathodenkopfs gleichermaßen eine Lagerung des Elektronenemitters und umgekehrt.
  • Die Lagereinheit ermöglicht insbesondere eine Drehung des Kathodenkopfs bzw. des Elektronenemitters mit der Drehfrequenz. Die Drehfrequenz beträgt beispielsweise mindestens 5 Hz, insbesondere 50 Hz, vorzugsweise 200 Hz.
  • Der Elektronenemitter ist typischerweise mit dem Kathodenkopf fest verbunden. Das drehfeste Einsetzen umfasst insbesondere ein drehfestes Befestigen. Der Elektronenemitter kann insbesondere mittels eines Befestigungsmittels in dem Kathodenkopf eingesetzt sein. Das Befestigungsmittel kann eine Schraube und/oder ein Lötpunkt und/oder ein Schweißpunkt sein.
  • Vorteilhafterweise kann die Kathode derart betrieben werden, dass die gemäß der verschiedenen Teilmenge der Segmente aktivierten Emissionsflächen entgegen der Drehfrequenz rotieren. Vorteilhafterweise kann dadurch der Drehung der Kathode relativ zum feststehenden Lagerteil durch Veränderung der Teilmenge der Segmente entgegengewirkt werden, wodurch der Einfluss der Drehung reduziert werden kann.
  • Besonders vorteilhafterweise ist eine Ausführungsform, wobei die aktivierten Emissionsflächen entgegen der Drehfrequenz mit dem Betrag der Drehfrequenz rotierbar sind, so dass die aktivierten Emissionsflächen relativ zum feststehenden Lagerteil im Wesentlichen ortsfest sind. Vorteilhafterweise kann dadurch der Drehung der Kathode relativ zum feststehenden Lagerteil durch Veränderung der Teilmenge der Segmente derart entgegengewirkt werden, dass bei Drehung der Kathode die Elektronenemission im Wesentlichen ortsfest erscheint. Die aktive Emissionsfläche ist sozusagen entgegensetzt zur Rotation des Kathodenkopfs derart drehbar, dass die Elektronenemission im Wesentlichen ortsfest erscheint. Dass die aktivierten Emissionsflächen relativ zum feststehenden Lagerteil im Wesentlichen ortsfest sind, bedeutet also insbesondere, dass in Bezug auf das Koordinatensystem des feststehenden Lagerteils die Ausdehnung und/oder Form des Elektronenstroms ab Ursprung in den jeweiligen aktivierten Emissionsflächen im Wesentlichen gleich ist. Ortsfest steht diesbezüglich für stationär.
  • Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass aufgrund der Dynamik beim Wechseln der aktivierten Emissionsflächen und/oder physikalischer Wechselwirkungen beim Aktivieren und/oder Deaktivieren der Segmente und/oder zwischen den emittierten Elektronen marginale Abweichungen in Ausdehnung und/oder Form des Elektronenstroms entstehen können. Vorzugsweise ist die Kathode derart eingerichtet, dass diese Abweichungen minimal sind oder nicht existieren.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Drehpunkt des Elektronenemitters auf der Rotationsachse liegt. Diese Ausführungsform ist insbesondere für den Einsatz des Elektronenemitters in der Drehkolben-Röntgenröhre vorteilhaft.
  • Die erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenröhre weist
    • eine Kathode,
    • einen um die Rotationsachse mit der Drehfrequenz relativ zu einem feststehenden Lagerteil lagerbaren evakuierten Drehkolben und
    • eine Anode auf,
    • wobei die Kathode und die Anode mit dem Drehkolben drehfest verbunden sind,
    • wobei die Kathode einen Kathodenkopf und einen Elektronenemitter, welcher in den Kathodenkopf drehfest eingesetzt ist, aufweist,
    • dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben in einem Abschnitt zwischen der Anode und der Kathode aus einem Glas besteht.
  • Der Drehkolben als Glasausführung bietet unter anderem solche Vorteile, welche sich unmittelbar aus einer äußeren Form des Drehkolbens und somit der Drehkolben-Röntgenröhre ergeben. Die erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenröhre ist insbesondere als vergleichsweise kostengünstige Ausführung geeignet.
  • Ein weiterer Vorteil des Drehkolbens ist, dass Glas isolierend ist und somit eine optionale Ablenkungseinheit näher am Glaskolben positioniert sein kann. Die isolierende Eigenschaft von Glas ist insbesondere auch vorteilhaft, weil für die elektrische Isolation kein weiterer Werkstoff, wie z.B. herkömmlicherweise eine Keramik, eingesetzt werden muss.
  • Der erfindungsgemäße Drehkolben als Glasausführung kann insbesondere als Glaskolben bezeichnet sein. Der Glaskolben ermöglicht vorteilhafterweise eine relativ kompakte Bauform, welche im Vergleich zu herkömmlichen Drehkolben-Röntgenstrahlern keine Taille benötigt. Eine minimale Länge des Drehkolbens ist deshalb insbesondere durch eine nötige Isolationslänge zwischen Anode und Kathode vorgegeben. Eine Ablenkung der emittierten Elektronen mittels einer Ablenkeinheit kann vorzugsweise somit direkt ab der Kathode erfolgen, während in einem herkömmlichen Drehkolben-Röntgenstrahler die Ablenkung erst nach der Taille erfolgt.
  • Eine Kühlung der Anode bei der Drehkolben-Röntgenröhre ist eine Direktkühlung, wobei Wärme von der Anode direkt in das den Drehkolben umströmende Kühlmedium, z.B. Öl, abgeführt werden kann. Somit kann vorteilhafterweise auf eine Zwischenspeicherung der Wärme in einem Zwischenwärmespeicher, welcher mit der Anode thermisch gekoppelt ist und regelmäßig aus Graphit besteht, verzichtet werden. Somit ist vorzugsweise eine maximale thermische Last der Anode relativ zur Größe der Anode und der mit der Größe gewissermaßen zusammenhängenden Wärmekapazität vergleichsweise sehr groß.
  • Die Drehkolben-Röntgenröhre, insbesondere der Drehkolben, sind typischerweise vakuumfähig. Der Drehkolben ist vorteilhafterweise hermetisch abgedichtet. Der evakuierte Drehkolben umfasst insbesondere ein Hochvakuum.
  • Der Drehkolben ist um die Rotationsachse insbesondere mittels eines Lagermittels lagerbar oder gelagert. Der Drehkolben kann insbesondere mit der Drehfrequenz um die Rotationsachse drehen. Das feststehende Lagerteil kann insbesondere Teil einer Lagereinheit sein. Das feststehende Lagerteil ist insbesondere Teil eines Drehkolben-Röntgenstrahlers und nicht Teil der Drehkolben-Röntgenröhre. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Lagereinheit gesamt und somit das feststehende Lagerteil Teil der Drehkolben-Röntgenröhre sind.
  • Der Kathodenkopf kann alternativ insbesondere das Lagermittel aufweisen, wobei der Kathodenkopf mittels des Lagermittels um die Rotationsachse lagerbar ist. Der Kathodenkopf kann insbesondere bzgl. dem feststehenden Lagerteil gelagert sein. Das feststehende Lagerteil und optional das Lagermittel können Teil der Lagereinheit sein. Die Lagereinheit kann insbesondere ein Drehlager und/oder Teil der Kathode oder Teil der Drehkolben-Röntgenröhre oder Teil des Drehkolben-Röntgenstrahlers sein. Das Lagermittel kann beispielsweise ein Rotor und/oder rotierendes Lagerteil sein. Das feststehende Lagerteil kann insbesondere ein Stator sein. Das Drehlager kann insbesondere ein Kugellager oder ein, insbesondere Flüssigmetall-, Gleitlager sein.
  • Die Lagereinheit ermöglicht insbesondere eine Drehung des Kathodenkopfs bzw. des Elektronenemitters bzw. des Drehkolbens mit der Drehfrequenz. Die Drehfrequenz beträgt beispielsweise mindestens 5 Hz, insbesondere 50 Hz, vorzugsweise 200 Hz.
  • Die Kathode und die Anode sind innerhalb des Drehkolbens üblicherweise auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Zwischen der Kathode und der Anode ist insbesondere das Hochvakuum. Die drehfeste Verbindung der Kathode und der Anode mit dem Drehkolben erfolgt beispielsweise mittels eines Befestigungsmittels. Das Befestigungsmittel kann insbesondere ein Lötpunkt und/oder Schweißunkt sein. Die drehfeste Verbindung der Kathode und der Anode mit dem Drehkolben kann alternativ oder zusätzlich mittels Teile der Lagereinheit erfolgen, so dass die Kathode und die Anode mit dem Drehkolben nicht unmittelbar gekoppelt sind. Die Anode und die Kathode und der Elektronenemitter und der Drehkolben rotieren insbesondere gemeinsam um die Rotationsachse mit derselben Drehfrequenz.
  • Der Abschnitt zwischen der Anode und der Kathode, welcher aus dem Glas besteht, ist insbesondere ringförmig und/oder rotationssymmetrisch zur Rotationsachse ausgebildet. Der Glasabschnitt erstreckt sich insbesondere in Längenrichtung des Drehkolbens mindestens über den halben Abstand zwischen der Kathode und der Anode. Der Glasabschnitt kann sich in Längenrichtung des Drehkolbens bis auf die Höhe der Kathode oder darüber hinaus erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Glasabschnitt in Längenrichtung des Drehkolbens bis auf die Höhe vor der Brennbahn auf der Anode oder hinter der Brennbahn auf der Anode erstrecken. Im letzteren Fall dient der Glasabschnitt insbesondere als Röntgenstrahlenaustrittfenster. Die Brennbahn umfasst insbesondere diejenigen Brennflecke, in welchen die emittierten Elektronen auf der Anode auftreffen und aufgrund der Rotation die ringförmige Brennbahn ausbilden.
  • Der Kathodenkopf weist typischerweise eine runde äußere Form auf und kann als Fokuskopf ausgebildet sein. Die äußere Form des Kathodenkopfs kann alternativ oval oder eckig sein.
  • Dass der Kathodenkopf lagerbar ist, gilt insbesondere analog für den Elektronenemitter. In anderen Worten kann das Lagermittel Teil des Elektronenemitters sein, mittels welchen der Elektronenemitter um die Rotationsachse mit der Drehfrequenz relativ zu dem feststehenden Lagerteil drehbar lagerbar ist. Insbesondere weil der Elektronenemitter drehfest in den Kathodenkopf eingesetzt ist, bedeutet eine Lagerung des Kathodenkopfs gleichermaßen eine Lagerung des Elektronenemitters und umgekehrt.
  • Der Elektronenemitter ist insbesondere für eine medizinische Bildgebung geeignet. Alternativ oder zusätzlich kann der Elektronenemitter für eine Werkstoffprüfung geeignet sein.
  • Der Elektronenemitter ist typischerweise mit dem Kathodenkopf und somit mit dem Drehkolben fest verbunden. Das drehfeste Einsetzen umfasst insbesondere ein drehfestes Befestigen. Der Elektronenemitter kann insbesondere mittels eines Befestigungsmittels in dem Kathodenkopf eingesetzt sein. Das Befestigungsmittel kann eine Schraube und/oder ein Lötpunkt und/oder ein Schweißpunkt sein.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Drehkolben zylinderförmig ausgebildet ist und eine erste Stirnseite des zylinderförmigen Drehkolbens zur Aufnahme eines kathodenseitigen Lagerteils und eine zweite Stirnseite des zylinderförmigen Drehkolbens zur Aufnahme eines anodenseitigen Lagerteils ausgebildet ist, wobei am kathodenseitigen Lagerteil die Kathode und am anodenseitigen Lagerteil die Anode befestigt sind und wobei das kathodenseitige Lagerteil sowie das anodenseitige Lagerteil zur Rotation des Drehkolbens relativ zum feststehenden Lagerteil um die Rotationsachse ausgebildet sind. Die Zylinderform ermöglicht vorteilhafterweise eine kompakte Drehkolben-Röntgenröhre. Die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite schließen den zylinderförmigen Drehkolben auf den gegenüberliegenden Seiten entlang der Rotationsachse ab. Die Mittenachse des Zylinders entspricht insbesondere der Rotationsachse. Das kathodenseitige Lagerteil kann insbesondere an der ersten Stirnseite vakuumdicht mit dem Drehkolben verbunden sein. Das anodenseitige Lagerteil kann insbesondere an der zweiten Stirnseite vakuumdicht mit dem Drehkolben verbunden sein. Das kathodenseitige Lagerteil und/oder das anodenseitige Lagerteil sind typischerweise Teil der Lagereinheit, insbesondere des rotierenden Lagerteils und/oder des Rotors. Das kathodenseitige Lagerteil und/oder das anodenseitige Lagerteil können zur Rotation des Drehkolbens insbesondere mit dem feststehenden Lagerteil zusammenwirken.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Drehkolben zylinderförmig ausgebildet ist und die gesamte Mantelfläche des Drehkolbens aus dem Glas besteht. In diesem Fall kann der Drehkolben im Wesentlichen aus der Mantelfläche und/oder ausschließlich aus dem Glas bestehen. Diese Ausführungsform ist insbesondere mit der vorherigen Ausführungsform vorteilhaft.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Drehkolben-Röntgenröhre eine bipolare Hochspannungsröhre ist, wobei an der Kathode ein negatives Hochspannungspotential und an der Anode ein positives Hochspannungspotential anliegt. Die Differenz des positiven Hochspannungspotentials und des negativen Hochspannungspotentials gibt insbesondere eine Beschleunigungsspannung an, gemäß welcher die Elektronen von der Kathode in Richtung der Anode beschleunigt werden können. Alternativ ist es denkbar, dass die Kathode oder die Anode auf Massepotential liegen und nur eine der beiden Elektroden auf Hochspannungspotential liegt.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Durchmesser des Drehkolbens senkrecht zur Rotationsachse kleiner als 100 mm ist, vorzugsweise 85 mm oder 65 mm beträgt. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Mittenachse des Drehkolbens insbesondere der Rotationsachse. Der Drehkolben ist insbesondere zur Rotationsachse rotationssymmetrisch aufgebaut. Diese Bauform ist vorteilhaft aufgrund der Kompaktheit.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine Länge des Drehkolbens entlang der Rotationsachse kleiner als 200 mm ist. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Mittenachse des Drehkolbens insbesondere der Rotationsachse. Der Drehkolben ist insbesondere zur Rotationsachse rotationssymmetrisch aufgebaut. Dadurch kann vorteilhafterweise die Bauform der Drehkolben-Röntgenröhre kleiner ausfallen.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Drehkolben mittels eines Kugellagers um die Rotationsachse rotierbar ist. In diesem Fall ist die Lagereinheit das Drehlager, welches als Kugellager ausgebildet ist. Die Lagereinheit kann in Öl oder in Vakuum gelagert sein. Das Lagermittel können insbesondere die Kugeln des Kugellagers sein.
  • Der erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenstrahler weist
    • ein Gehäuse,
    • eine Drehkolben-Röntgenröhre und
    • eine Ablenkungseinheit auf,
    • wobei die Drehkolben-Röntgenröhre innerhalb des Gehäuses um eine Rotationsachse mit einer Drehfrequenz relativ zum Gehäuse rotierbar gelagert ist,
    • wobei die Drehkolben-Röntgenröhre eine Kathode, einen Drehkolben und eine Anode aufweist,
    • wobei die Anode innerhalb des Drehkolbens mit dem Drehkolben drehfest verbunden ist,
    • wobei die Kathode einen Kathodenkopf und einen in den Kathodenkopf eingesetzten Elektronenemitter zur Emission von Elektronen aufweist sowie innerhalb des Drehkolbens auf der Rotationsachse angeordnet ist,
    • dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkungseinheit zur Erzeugung eines inhomogenen Feldes zwischen der Kathode und der Anode innerhalb des Drehkolbens eingerichtet ist, wobei das inhomogene Feld die emittierten Elektronen auf deren verschiedenen Bahnen in Richtung der Anode beeinflusst und derart ausgestaltet ist, dass Weglängenunterschiede der emittierten Elektronen entlang der verschiedenen Bahnen innerhalb des inhomogenen Felds berücksichtigt sind.
  • Der Drehkolben-Röntgenstrahler ist besonders vorteilhaft, da durch die Verwendung der Ablenkungseinheit zur Erzeugung des inhomogenen Feldes der Aufbau des Drehkolben-Röntgenstrahlers wesentlich weniger komplex und somit kostengünstiger ist. Der Drehkolben-Röntgenstrahler umfasst vorzugsweise nicht einen getrennten Dipol-/Quadrupolmagneten oder einen anderen zusätzlichen höherpoligen Magneten. Erfindungsgemäß wird ein inhomogenes Feld erzeugt, um die Elektronen abzulenken und gleichzeitig in geeigneter Weise zu fokussieren, ohne Verwendung eines Dipol-/Quadrupolmagneten oder eines anderen zusätzlichen höherpoligen Magneten. Dadurch, dass das inhomogene Feld die Weglängenunterschiede der emittierten Elektronen berücksichtigt, fällt die Notwendigkeit einer komplexen Ablenkung vorzugsweise weg. Vorteilhafterweise ermöglicht die Ablenkungseinheit eine gleichmäßige Belegung im elektrischen Brennfleck, welche vorzugsweise mit einer homogenen Temperaturverteilung einhergeht.
  • Das Gehäuse umschließt die Drehkolben-Röntgenröhre und die Ablenkungseinheit typischerweise vollständig und/oder ist geschlossen. Das Gehäuse kann ein Kühlmedium zur Kühlung der Drehkolben-Röntgenröhre und/oder der Ablenkungseinheit aufweisen. Das Kühlmedium kann flüssig und/oder gasförmig sein. Das Kühlmedium ist insbesondere Luft und/oder ein Öl. Das Gehäuse kann eine Kühlvorrichtung aufweisen, durch welche das Kühlmedium temperiert und/oder ausgetauscht und/oder zirkuliert wird. Die Kühlvorrichtung kann einen Wärmetauscher und/oder eine Kühlmediumzuführung und eine Kühlmediumabführung aufweisen. Auf einer Außenseite des Gehäuses kann beispielsweise durch Kühlrippen eine Oberfläche des Gehäuses vergrößert sein.
  • Die Ablenkungseinheit erzeugt das inhomogene Feld insbesondere in einer Art, wofür herkömmlicherweise ein Quadrupolmagnet benötigt wird. Erfindungsgemäß ist die Ablenkungseinheit im Vergleich zu einem herkömmlichen Drehkolben-Röntgenstrahler mit einem Quadrupolmagneten vereinfacht, wodurch die Ablenkungseinheit für vergleichsweise weniger Arbeitspunkte optimal eingestellt sein kann. Hingegen ist die erfindungsgemäße Ablenkungseinheit dadurch technisch weniger komplex, erfordert keine komplexe Regelung und ist somit kostengünstiger.
  • Die Ablenkungseinheit erzeugt das inhomogene Feld vorzugsweise derart, dass die Elektronen in radialer Richtung aufgefächert und/oder abgelenkt werden können, insbesondere unter Berücksichtigung der Weglängenunterschiede. Die Auffächerung in radialer Richtung vergrößert vorteilhafterweise den elektrischen Brennfleck in seiner Länge. Die Ablenkung in radialer Richtung ermöglicht insbesondere, dass die Elektronen die vorgegebene Brennbahn erreichen. Ein weiterer Vorteil der radialen Ablenkung ist, dass die Breite des Brennflecks reduziert werden kann, insbesondere wenn die aktivierte Emissionsfläche des Elektronenemitters breiter als die gewünschte optische Breite ist.
  • Die Ablenkungseinheit erzeugt insbesondere ein Feld, dessen Feldstärke vom Ort abhängt. Die Ablenkungseinheit erzeugt ein solches inhomogenes Feld insbesondere in einem Volumenabschnitt des Drehkolbens, welcher zwischen dem Elektronenemitter und der Anode liegt. Der Volumenabschnitt liegt insbesondere zwischen der aktivierten Emissionsfläche und einer Brennbahn auf der Anode. Es ist denkbar, dass der Volumenabschnitt nicht auf einer direkten Sichtverbindung zwischen der aktivierten Emissionsfläche und der Brennbahn liegt, insbesondere aufgrund der auf die Elektronen wirkenden Kräfte, welche aus dem erzeugten inhomogenen Feld resultieren. Die Ablenkungseinheit ist insbesondere derart angeordnet und ausgerichtet, dass auf einen Großteil der emittierten Elektronen Kräfte einwirken, welche aus dem erzeugten inhomogenen Feld resultieren. Die Ablenkung und/oder Auffächerung der Elektronen in radialer Richtung erfolgt größtenteils insbesondere mittels ortsabhängiger Kräfte.
  • Dass die Ablenkungseinheit ein inhomogenes Feld erzeugt, kann umfassen, dass in einem anderen Volumenabschnitt durch die Ablenkungseinheit ein homogenes Feld erzeugt wird. Grundsätzlich ist denkbar, dass in dem Volumenabschnitt mit dem inhomogenen Feld zu einem geringen Teil die Feldstärke nicht vom Ort abhängt. Dieser Teil liegt vorteilhafterweise außerhalb der Flugbahn der Elektronen und/oder wirkt auf weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20%, der emittierten Elektronen. Die Ablenkungseinheit ist insbesondere derart auf die Bahnen der Elektronen ausgerichtet, dass ein Großteil, vorteilhafterweise mindestens 80%, der Elektronen durch das inhomogene Feld beeinflusst werden. Die Ablenkungseinheit ist insbesondere derart auf die Bahnen der Elektronen ausgerichtet, dass ein Großteil, vorteilhafterweise mindestens 80%, der Elektronen durch das inhomogene Feld beeinflusst werden.
  • Die Ablenkungseinheit erzeugt insbesondere ein inhomogenes Feld, welches für einen Emissionszeitraum statisch ist. Das inhomogene Feld ist insbesondere innerhalb des Emissionszeitraums unveränderlich. Der Emissionszeitraum umfasst insbesondere mindestens eine Pulsdauer eines Röntgenstrahlenpulses.
  • Die Beeinflussung der emittierten Elektronen auf deren verschiedenen Bahnen bedeutet insbesondere, dass durch das inhomogene Feld Kräfte auf die emittierten Elektronen wirken, welche zu einer Ablenkung zumindest eines Elektrons führen können. Da der Elektronenemitter typischerweise keine punktförmige Elektronenquelle ist, sondern aus einer aktivierten Emissionsfläche innerhalb einer bestimmten, nicht punktförmigen Ausdehnung mit verschiedenen Startpositionen Elektronen emittiert, weisen die emittierten Elektronen regelmäßig eine räumliche Verteilung senkrecht zur Rotationsachse auf, welche darin resultiert, dass die emittierten Elektronen auf verschiedenen Bahnen propagieren. Die Weglängenunterschiede basieren insbesondere aufgrund verschiedener Startpositionen der jeweiligen Elektronen am Elektronenemitter bzw. der räumlichen Verteilung. Die Propagation in Richtung der Anode erfolgt insbesondere durch die Beschleunigungseinheit, welche insbesondere die Hochspannung zwischen der Kathode und der Anode bereitstellt. Ablenkung von mehreren Elektronen kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verschieben unter Beibehaltung der relativen Abstände zueinander und/oder ein Fokussieren und/oder Defokussieren bedeutet. Beim Fokussieren bzw. Defokussieren wird durch die Ablenkung mehrere Elektronen mindestens ein Abstand zwischen den Elektronen verändert, bei der Fokussierung insbesondere verkleinert und bei der Defokussierung insbesondere vergrößert.
  • Durch die Auffächerung und/oder Ablenkung in radialer Richtung erfolgt die Propagation der emittierten Elektronen typischerweise auf einer gekrümmten Trajektorie. Die verschiedenen Bahnen der emittierten Elektronen sind üblicherweise gemäß der gekrümmten Trajektorie gekrümmt. Aus der Krümmung der Trajektorie folgt, dass entlang der jeweiligen Bahnen die Elektronen unterschiedliche Weglängen zurücklegen können, bis die Elektronen im Brennfleck mit der Anode wechselwirken. Die aus der Krümmung der Trajektorie resultierenden Weglängenunterschiede entlang der verschiedenen Bahnen der Elektronen sind vorteilhafterweise durch die Ausgestaltung der ortsabhängigen Kräfte des inhomogenen Feldes berücksichtigt. Das inhomogene Feld kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Elektronen in Abhängigkeit von deren Bahnen verschiedenen ortsabhängigen Kräfte ausgesetzt sind.
  • Es ist denkbar, dass das inhomogene Feld in Abhängigkeit von einem Betrag der Hochspannung zwischen der Kathode und der Anode von der Ablenkungseinheit erzeugt wird. Das inhomogene Feld kann insbesondere derart erzeugt sein, dass eine räumliche kathodenseitige Verteilung der Elektronen sich von einer räumlichen anodenseitigen Verteilung der Elektronen unterscheidet. Kathodenseitig bzw. anodenseitig bedeutet insbesondere nach erfolgter Elektronenemission an der Kathode bzw. vor Auftreffen der Elektronen an der Anode. Der Unterschied in der räumlichen Verteilung zwischen Kathode und Anode kann in einer unterschiedlichen Ausdehnung, insbesondere senkrecht zur Rotationsachse, vorzugsweise in einer unterschiedlichen Breite und/oder unterschiedlichen Länge, liegen.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Ablenkungseinheit den Drehkolben in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse weniger als 360°, insbesondere weniger als 180°, umgibt. Die Ablenkungseinheit umgibt den Drehkolben in diesem Fall in Umfangsrichtung nicht vollständig, insbesondere nicht größtenteils. Diese Ausführungsform bietet also den Vorteil des geringeren Platzbedarfs für die Ablenkungseinheit.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass das inhomogene Feld ein Magnetfeld ist und dass die Ablenkungseinheit insbesondere eine Spule mit einem Magnetkern aufweist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Ablenkungseinheit eine Spule ohne Magnetkern aufweist. Alternativ kann die Ablenkungseinheit insbesondere ausschließlich einen Permanentmagneten umfassen. Die Ablenkungseinheit erzeugt insbesondere ein inhomogenes Magnetfeld mittels der Spule mit dem Magnetkern. Die Spule ist insbesondere stromdurchflossen und/oder weist mehrere Wicklungen auf. Die mehreren Wicklungen können auf ein einziges Wicklungspaket oder mehrere Wicklungspakete verteilt sein. Das von der Spule mit dem Magnetkern erzeugte Magnetfeld ist insbesondere während des Emissionszeitraums statisch. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil das inhomogene Magnetfeld besonders dazu geeignet ist, die Weglängenunterschiede der Elektronen zu berücksichtigen. Der Magnetkern weist typischerweise ein weichmagnetisches Material und/oder Ferrit auf oder ist ein Permanentmagnet. Bei einer Kombination der Spule mit dem Magnetkern wird das inhomogene Feld insbesondere von der Spule und dem Magnetkern gemeinsam erzeugt. Wenn der Magnetkern in diesem Fall ein Permanentmagnet ist, kann vorteilhafterweise ein Spulenstrom der Spule reduziert sein, da der Permanentmagnet das geringere Magnetfeld der Spule kompensieren kann. Der Magnetkern senkt vorteilhafterweise die erforderliche Spulenstromstärke zum Erreichen des Magnetfeldes. Alternativ oder zusätzlich kann der Magnetkern den Feldgradienten des inhomogenen Feldes beeinflussen. Dadurch kann insbesondere die Ablenkung in Länge und/oder Breite beeinflusst werden. Idealerweise können höhere Momente des Magnetfelds mittels des Magnetkerns minimiert werden. Rein physikalisch hat ein Magnetfeld in Richtung der (momentanen) Geschwindigkeit der Elektronen typischerweise keinen Effekt. Da die Elektronen im Wesentlichen entlang der Rotationsachse fliegen, ist insbesondere das Magnetfeld in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse inhomogen.
  • Es ist denkbar, dass die Spule mehrere Pakete mit Wicklungen umfasst, wobei die mehreren Wicklungspakete an zueinander verwinkelten Abschnitten des Magnetkerns angebracht sind. In anderen Worten steht in dieser Ausführungsform eine Mittenachse eines ersten Wicklungspaket zu einer Mittenachse eines zweiten Wicklungspaket in einem Winkel ungleich 180° und beide liegen somit nicht auf derselben Linie. Die Anzahl der Wicklungspakete kann insbesondere zwei oder drei betragen. Die Wicklungspakete und die Abschnitte des Magnetkerns können zueinander symmetrisch angeordnet und ausgebildet sein.
  • Der Magnetkern kann insbesondere eine gebogene Form aufweisen. Der Magnetkern ist insbesondere nicht stabförmig. Die gebogene Form kann insbesondere eine C-Form sein. Die Enden des Magnetkerns können einen Winkel ungleich null einschlie-βen. Der Winkel kann insbesondere gleich oder kleiner 180° sein. Der Winkel kann insbesondere zwischen 90° und 180° liegen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Ende des Magnetkerns oder beide Enden des Magnetkerns abgeschrägt sein. Die Abschrägung bezieht sich diesbezüglich auf eine Krümmungsrichtung des Magnetkerns. Der Magnetkern ist insbesondere nicht abgeschrägt, wenn die das Ende bildende Abschlussfläche des Magnetkerns senkrecht auf der Krümmungsrichtung des Magnetkerns steht. Eine Abschrägung liegt also insbesondere vor, wenn die das Ende bildende Abschlussfläche des Magnetkerns in einem Winkel ungleich 90° zur Krümmungsrichtung steht.
  • Die gebogene Form und/oder die abgeschrägten Enden bedeuten insbesondere, dass der Magnetkern vorteilhafterweise derart ausgestaltet ist, dass der Anteil parallel verlaufender magnetischer Feldlinien außerhalb des Magnetkerns reduziert ist. Dadurch wird also vorteilhafterweise das inhomogene Feld erzeugt wird.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Magnetkern derart ausgerichtet ist, dass die Enden des Magnetkerns in derselben Ebene senkrecht zur Rotationsachse liegen und zur Rotationsachse äquidistant ausgerichtet sind. Die Enden des Magnetkerns liegen insbesondere auf der gleichen Höhe relativ zur Rotationsachse. Die äquidistante Ausrichtung ermöglicht insbesondere eine symmetrische Ausrichtung des Magnetkerns um die Rotationsachse herum.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Magnetkern derart ausgerichtet ist, dass eine zur Rotationsachse senkrechte Ebene, in welcher die Enden des Magnetkerns liegen, zwischen der Kathode und der Anode die Rotationsachse schneidet. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil die Ablenkungseinheit vergleichsweise nah an den Elektronen angeordnet ist.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Magnetkern derart ausgerichtet ist, dass eine Mittenachse der Wicklungen der Spule in der zur Rotationsachse senkrechten Ebene liegt, in welcher die Enden des Magnetkerns liegen. In diesem Fall liegen insbesondere die Enden des Magnetkerns und die Mittenachse der Wicklungen vorzugsweise auf der gleichen Höhe relativ zur Rotationsachse.
  • Das Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein oder ein Computerprogramm umfassen. Das Computerprogrammprodukt weist insbesondere die Programmcodemittel auf, welche die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte abbilden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren definiert und wiederholbar ausgeführt sowie eine Kontrolle über eine Weitergabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeübt werden. Das Computerprogrammprodukt ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass die Recheneinheit mittels des Computerprogrammprodukts die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Programmcodemittel können insbesondere in einen Speicher der Recheneinheit geladen und typischerweise mittels eines Prozessors der Recheneinheit mit Zugriff auf den Speicher ausgeführt werden. Wenn das Computerprogrammprodukt, insbesondere die Programmcodemittel, in der Recheneinheit ausgeführt wird, können typischerweise alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem physischen, computerlesbaren Medium gespeichert und/oder digital als Datenpaket in einem Computernetzwerk hinterlegt. Das Computerprogrammprodukt kann das physische, computerlesbare Medium und/oder das Datenpaket in dem Computernetzwerk darstellen. So kann die Erfindung auch von dem physischen, computerlesbaren Medium und/oder dem Datenpaket in dem Computernetzwerk ausgehen. Das physische, computerlesbare Medium ist üblicherweise unmittelbar mit der Recheneinheit verbindbar, beispielsweise indem das physische, computerlesbare Medium in ein DVD-Laufwerk eingelegt oder in einen USB-Port gesteckt wird, wodurch die Recheneinheit auf das physische, computerlesbare Medium insbesondere lesend zugreifen kann. Das Datenpaket kann vorzugsweise aus dem Computernetzwerk abgerufen werden. Das Computernetzwerk kann die Recheneinheit aufweisen oder mittels einer Wide-Area-Network- (WAN) bzw. einer (Wireless-)Local-Area-Network-Verbindung (WLAN oder LAN) mit der Recheneinheit mittelbar verbunden sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt digital auf einem Cloud-Server an einem Speicherort des Computernetzwerks hinterlegt sein, mittels des WAN über das Internet und/oder mittels des WLAN bzw. LAN auf die Recheneinheit insbesondere durch das Aufrufen eines Downloadlinks, welcher zu dem Speicherort des Computerprogrammprodukts verweist, übertragen werden.
  • Bei der Beschreibung der Vorrichtung erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können Ansprüche auf das Verfahren mit Merkmalen der Vorrichtung weitergebildet sein und umgekehrt. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem Verfahren verwendet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Grundsätzlich werden in der folgenden Figurenbeschreibung im Wesentlichen gleich bleibende Strukturen und Einheiten mit demselben Bezugszeichen wie beim erstmaligen Auftreten der jeweiligen Struktur oder Einheit benannt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Elektronenemitter für eine Drehkolben-Röntgenröhre,
    • Fig. 2 den Elektronenemitter in einem alternativen Ausführungsbeispiel,
    • Fig. 3 eine Kathode für eine Drehkolben-Röntgenröhre,
    • Fig. 4 die Kathode in einer weiteren Ansicht,
    • Fig. 5 ein Verfahren zur Emission von Elektronen mittels eines erfindungsgemäßen Elektronenemitters,
    • Fig. 6 eine erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenröhre,
    • Fig. 7 eine Variante der erfindungsgemäßen Drehkolben-Röntgenröhre,
    • Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Drehkolben-Röntgenstrahler,
    • Fig. 9 eine Variante der Ablenkungseinheit,
    • Fig. 10 eine weitere Variante der Ablenkungseinheit,
    • Fig. 11 eine andere Variante der Ablenkungseinheit,
    • Fig. 12 ein inhomogenes Feld
  • Fig. 1 zeigt einen Elektronenemitter 10 für eine Drehkolben-Röntgenröhre 30 in einer Draufsicht.
  • Der Elektronenemitter 10 weist eine segmentierte Emitterfläche 11 auf. Die segmentierte Emitterfläche 11 weist eine Vielzahl an Emitternadeln in mehreren Segmenten auf. Jedes Segment umfasst typischerweise mindestens eine Emitternadel.
  • Die Segmentierung der Emitterfläche 11 ist in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Näherungsweise lässt sich die Segmentierung der Emitterfläche 11 aus den dargestellten aktivierten Emissionsflächen 11.A ableiten, deren Abgrenzung entlang Grenzen der Segmente erfolgt. Die Darstellung in Fig. 1 ist diesbezüglich schematisch, da üblicherweise ein Segment nicht infinitesimal klein, sprich nur eine punktförmige Emitternadel umfassend, ausgebildet ist. Daraus folgt, dass die stabförmigen Emissionsflächen 11.A in der Praxis beispielsweise gezackte oder geriffelte Kanten aufweisen. Die Anzahl der Segmente kann wie zuvor ausgeführt in einem Extremfall vier betragen, in Anlehnung an das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl beispielsweise 100 oder mehr.
  • Die segmentierte Emitterfläche 11 ist dazu eingerichtet, eine Teilmenge der Segmente der segmentierten Emitterfläche 11 als aktivierte Emissionsfläche 11.A zur Feldeffekt-Emission von Elektronen aus der aktivierten Emissionsfläche 11.A derart zu aktivieren, dass aktivierte Emissionsflächen 11.A durch Veränderung der Teilmenge paarweise zueinander um einen Drehpunkt D rotierbar sind. Die Rotationsrichtung der aktivierten Emissionsflächen 11.A ist anhand des Pfeils angedeutet.
  • Ferner ist in Fig. 1 gezeigt, dass der Drehpunkt D ein Mittelpunkt der segmentierten Emitterfläche ist. Die aktivierten Emissionsflächen 11.A überlappen sich maximal teilweise und bilden übereinandergelegt einen Kreis. Jede aktivierte Emissionsfläche 11.A in Fig. 1 weist im Wesentlichen dieselbe stabförmige Form, vorzugsweise dieselbe Anzahl an aktivierten Segmenten, dieselbe Größe und vorteilhafterweise denselben Elektronenstrom auf.
  • Fig. 2 zeigt den Elektronenemitter 10 in einer alternativen Ausführungsform. Anstatt der runden äußeren Form wie in Fig. 1 gezeigt weist die segmentierte Emitterfläche 11 eine eckige äußere Form auf. In diesem Fall weist die segmentierte Emitterfläche 11 insbesondere in einem Bereich in Richtung der Ecken Segmente auf, welche typischerweise nicht Elektronen emittieren.
  • Fig. 3 zeigt eine Kathode 20 für eine Drehkolben-Röntgenröhre 30 in einer Draufsicht.
  • Die Kathode 20 für eine Drehkolben-Röntgenröhre 30 weist einen Kathodenkopf 21 und einen Elektronenemitter 10, welcher in den Kathodenkopf 21 drehfest eingesetzt ist, auf.
  • Der Kathodenkopf 21 und der Elektronenemitter 10 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine runde äußere Form auf. Denkbar wäre, dass insbesondere Kathodenkopf 21 eine nicht-runde, sondern ovale äußere Form aufweist. Der Kathodenkopf 21 ist um eine Rotationsachse A mit einer Drehfrequenz relativ zu einem feststehenden Lagerteil drehbar lagerbar. Der Drehpunkt D des Elektronenemitters 10 liegt auf der Rotationsachse A.
  • Die segmentierte Emitterfläche 11 ist dazu eingerichtet, die Teilmenge der Segmente derart zu aktivieren, dass die gemäß einer verschiedenen Teilmenge der Segmente aktivierten Emissionsflächen 11.A entgegen der Drehfrequenz rotierbar sind.
  • Fig. 4 zeigt die Kathode 20 der Fig. 3 in einer weiteren Ansicht.
  • Dabei ist die Kathode 20 relativ zu einem feststehenden Lagerteil, welches nicht in Fig. 4 gezeigt ist, gelagert und rotiert mit einer Drehfrequenz. Die Richtung der Drehung des Kathodenkopfs 21 gemeinsam mit dem Elektronenemitter 10 ist mit dem gestrichelten Pfeil angedeutet. Die aktivierten Emissionsflächen 11.A sind entgegen der Drehfrequenz mit dem Betrag der Drehfrequenz rotierbar, so dass die aktivierten Emissionsflächen 11.A relativ zum feststehenden Lagerteil im Wesentlichen ortsfest sind.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 erscheinen die aktivierten Emissionsflächen 11.A übereinandergelegt und ortsfest. In anderen Worten heben sich die Drehung des Kathodenkopfs 21 gemeinsam mit dem eingesetzten Elektronenemitter 21 und die Rotation der aktivierten Emissionsflächen 11.A gegenseitig auf.
  • Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Emission von Elektronen mittels eines erfindungsgemäßen Elektronenemitters 10 mit den Schritten:
    Verfahrensschritt S100 kennzeichnet ein Empfangen eines Drehfrequenzsignals.
  • Verfahrensschritt S101 kennzeichnet ein Aktivieren von verschiedenen Teilmengen der Segmente der segmentierten Emitterfläche 11 derart, dass die aktivierten Emissionsflächen 11.A um einen Drehpunkt D in Abhängigkeit des empfangenen Drehfrequenzsignals rotieren.
  • Fig. 6 zeigt eine Drehkolben-Röntgenröhre 30 in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse A.
  • Die Drehkolben-Röntgenröhre 30 weist eine Kathode 20, einen um eine Rotationsachse A mit einer Drehfrequenz relativ zu einem nicht in Fig. 6 gezeigten feststehenden Lagerteil lagerbaren evakuierten Drehkolben 31 und eine Anode 32 auf. Die Kathode 30 und die Anode 32 sind mit dem Drehkolben 31 drehfest verbunden. Die Kathode 20 weist einen Kathodenkopf 21 und einen Elektronenemitter 10, welcher in den Kathodenkopf 21 drehfest eingesetzt ist, auf. Der Drehkolben 31 besteht in einem Abschnitt 33 zwischen der Anode 32 und der Kathode 20 aus einem Glas.
  • Ferner ist in Fig. 6 gezeigt, dass der Drehkolben 31 zylinderförmig ausgebildet ist. Eine erste Stirnseite des zylinderförmigen Drehkolbens 31 ist zur Aufnahme eines kathodenseitigen Lagerteils 34 ausgebildet. Am kathodenseitigen Lagerteil 34 ist die Kathode 20 befestigt. Eine zweite Stirnseite des zylinderförmigen Drehkolbens 31 ist zur Aufnahme eines anodenseitigen Lagerteils 35 ausgebildet. Am anodenseitigen Lagerteil 35 ist die Anode 32 befestigt. Das kathodenseitige Lagerteil 34 sowie das anodenseitige Lagerteil 35 sind zur Rotation des Drehkolbens 31 relativ zu dem nicht in Fig. 1 gezeigten feststehenden Lagerteil um die Rotationsachse A in Rotationsrichtung R oder gegen die Rotationsrichtung R ausgebildet. Das kathodenseitige Lagerteil 34 und das anodenseitige Lagerteil 35 weisen jeweils eine Welle ausgerichtet an der Rotationsachse A auf. Die Welle dreht sich beispielsweise in Rotationsrichtung R oder entgegen die Rotationsrichtung R und mit der Welle rotiert die übrige Drehkolben-Röntgenröhre 30. Der Drehkolben 31 könnte mittels eines nicht gezeigten Kugellagers um die Rotationsachse A rotierbar sein.
  • In dieser Ausführung besteht die gesamte Mantelfläche des Drehkolbens 31 aus dem Glas. Die Drehkolben-Röntgenröhre 30 ist eine bipolare Hochspannungsröhre ist, wobei an der Kathode 20 ein negatives Hochspannungspotential und an der Anode 32 ein positives Hochspannungspotential anliegt.
  • Der Durchmesser des Drehkolbens 31 senkrecht zur Rotationsachse A ist in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als 100 mm und beträgt 85 mm. Eine Länge des Drehkolbens 31 entlang der Rotationsachse A ist kleiner als 200 mm und beträgt 156 mm. Eine solche Länge ist geeignet, dass der Glaskolben 30 eine Beschleunigungsspannung von bis zu 125 kV zwischen der Kathode 20 und der Anode 32 isoliert. Beispielsweise kann also das negative Hochspannungspotential -62,5 kV und das positive Hochspannungspotential 62,5 kV betragen. Der Abstand zwischen der Kathode 20 und der Anode 32 beträgt beispielsweise 90 mm, wobei die Anode 32 einen Anodenwinkel von insbesondere 14° aufweist.
  • Fig. 7 zeigt eine Variante der Drehkolben-Röntgenröhre 30 in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse A. Bei dieser Variante betragen der Anodenwinkel der Anode 32 16° und der Durchmesser des Drehkolbens 31 senkrecht zur Rotationsachse A 65 mm.
  • Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen Drehkolben-Röntgenstrahler 40.
  • Der Drehkolben-Röntgenstrahler 40 weist ein Gehäuse 41, eine Drehkolben-Röntgenröhre 30 und eine Ablenkungseinheit 42 auf. Die Drehkolben-Röntgenröhre 30 ist innerhalb des Gehäuses 41 um eine Rotationsachse A mit einer Drehfrequenz relativ zum Gehäuse 41 rotierbar gelagert. Die Drehkolben-Röntgenröhre 30 weist eine Kathode 20, einen Drehkolben 31 und eine Anode 32 auf. Die Anode 32 mit dem Drehkolben 31 drehfest verbunden ist. Die Kathode 20 weist einen Kathodenkopf 21 und einen in den Kathodenkopf 21 eingesetzten Elektronenemitter 10 zur Emission von Elektronen auf sowie ist innerhalb des Drehkolbens 31 auf der Rotationsachse A angeordnet.
  • Die Ablenkungseinheit 42 ist zur Erzeugung eines inhomogenen Feldes zwischen der Kathode 20 und der Anode 32 innerhalb des Drehkolbens 31 eingerichtet. Das inhomogene Feld beeinflusst die emittierten Elektronen auf deren verschiedenen Bahnen in Richtung der Anode 32 beeinflusst und ist derart ausgestaltet, dass Weglängenunterschiede der emittierten Elektronen entlang der verschiedenen Bahnen innerhalb des inhomogenen Felds berücksichtigt sind. Wenn die Ablenkungseinheit 42 eine Spule mit einem Magnetkern aufweist, ist die Ablenkungseinheit 42 in der Fig. 8 beispielhaft derart ausgestaltet, dass eine zur Rotationsachse A senkrechte Ebene, in welcher die Enden des Magnetkerns liegen, zwischen der Kathode 20 und der Anode 31 die Rotationsachse A schneidet.
  • Der Drehkolben-Röntgenstrahler 40 weist ferner ein feststehendes Lagerteil 43 auf, welches mit dem Gehäuse 41 drehfest verbunden ist. Das feststehende Lagerteil 43 wirkt insbesondere mit dem kathodenseitigen Lagerteil 34 und dem anodenseitigen Lagerteil 35 zusammen, um die Rotation der Drehkolben-Röntgenröhre 30 relativ zum Gehäuse 41 zu ermöglichen.
  • Fig. 9 zeigt drei Ansichten einer Variante der Ablenkungseinheit 42. Die Ablenkungseinheit 42 umgibt den Drehkolben 31 in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse A weniger als 360°, insbesondere weniger als 180°.
  • Die Ablenkungseinheit 42 weist eine Spule mit einem Magnetkern auf. Der Magnetkern ist derart ausgerichtet, dass die Enden des Magnetkerns in derselben Ebene senkrecht zur Rotationsachse A liegen und zur Rotationsachse A äquidistant ausgerichtet sind. Der Magnetkern ist ferner derart ausgerichtet, dass eine Mittenachse der Wicklungen der Spule in der zur Rotationsachse A senkrechten Ebene liegt, in welcher die Enden des Magnetkerns liegen. Der Magnetkern ist weiterhin derart ausgestaltet, dass der Anteil parallel verlaufender magnetischer Feldlinien außerhalb des Magnetkerns reduziert ist.
  • In der oberen Zeile zeigen die beiden Ansichten die Ablenkungseinheit 42 gemeinsam mit dem Drehkolben 31 links in einer Frontalansicht und rechts in einer Seitenansicht. In der unteren Zeile ist eine perspektivische Ansicht der Ablenkungseinheit 42 gezeigt.
  • Fig. 10 zeigt eine weitere Variante der Ablenkungseinheit 42 in einer Detailansicht. Das inhomogene Feld ist ein Magnetfeld. Die Ablenkungseinheit 42 weist eine Spule mit einem Magnetkern auf. Der Magnetkern ist gebogen und zumindest ein Ende, in diesem Ausführungsbeispiel beide Enden, des Magnetkerns sind abgeschrägt.
  • Fig. 11 zeigt drei Ansichten (frontal, seitlich, perspektivisch von links nach rechts) einer anderen Variante der Ablenkungseinheit 42. Die Ablenkungseinheit 42 weist eine Spule mit einem Magnetkern auf. Die Spule umfasst mehrere Pakete mit Wicklungen. Die mehreren Wicklungspakete sind an zueinander verwinkelten Abschnitten des Magnetkerns angebracht.
  • Fig. 12 zeigt ein inhomogenes Magnetfeld. Die Ablenkungseinheit 42 weist eine Spule mit einem Magnetkern auf. Die Magnetfeldkomponenten sind schematisch eingezeichnet, woraus sich der eingezeichnete Verlauf der Feldlinien gezeigt entlang der durchgezogenen Linien ergibt. Ein derart konfiguriertes inhomogenes Magnetfeld ist insbesondere vorteilhaft, da Bx einen Gradienten in negative y-Richtung hat sowie By das Vorzeichen der x-Achse und einen Gradienten in y-Richtung.
  • Im Übrigen ist in Fig. 12 die Position der Rotationsachse A rein beispielhaft auf Höhe der x-Achse eingezeichnet. Eine Verschiebung der Rotationsachse A nach oben oder unten entlang der y-Achse ist ohne weiteres denkbar.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Elektronenemitter (10) für eine Drehkolben-Röntgenröhre (30), aufweisend
    - eine segmentierte Emitterfläche (11), wobei die segmentierte Emitterfläche (11) eine Vielzahl an Emitternadeln aufweist und dazu eingerichtet ist, eine Teilmenge der Segmente der segmentierten Emitterfläche (11) als aktivierte Emissionsfläche (11.A) zur Feldeffekt-Emission von Elektronen aus der aktivierten Emissionsfläche (11.A) derart zu aktivieren, dass aktivierte Emissionsflächen (11.A) durch Veränderung der Teilmenge paarweise zueinander um einen Drehpunkt (D) rotierbar sind.
  2. Elektronenemitter (10) nach Anspruch 1,
    wobei der Drehpunkt (D) ein Mittelpunkt der segmentierten Emitterfläche (11) ist.
  3. Elektronenemitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die aktivierten Emissionsflächen (11.A) sich maximal teilweise überlappen.
  4. Elektronenemitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die aktivierten Emissionsflächen (11.A) übereinandergelegt einen Kreis bilden.
  5. Elektronenemitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei jede aktivierte Emissionsfläche (11.A) im Wesentlichen dieselbe Form und/oder dieselbe Anzahl an aktivierten Segmenten und/oder dieselbe Größe und/oder dieselbe Elektronenstrommenge aufweist.
  6. Kathode (20) für eine Drehkolben-Röntgenröhre (30), aufweisend
    - einen um eine Rotationsachse (A) mit einer Drehfrequenz relativ zu einem feststehenden Lagerteil drehbar lagerbaren Kathodenkopf (21) und
    - einen Elektronenemitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher in den Kathodenkopf (21) drehfest eingesetzt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die segmentierte Emitterfläche (11.A) dazu eingerichtet ist, die Teilmenge der Segmente derart zu aktivieren, dass die gemäß einer verschiedenen Teilmenge der Segmente aktivierten Emissionsflächen (11.A) entgegen der Drehfrequenz rotierbar sind.
  7. Kathode (20) nach Anspruch 6,
    wobei die aktivierten Emissionsflächen entgegen der Drehfrequenz mit dem Betrag der Drehfrequenz rotierbar sind, so dass die aktivierten Emissionsflächen relativ zum feststehenden Lagerteil im Wesentlichen ortsfest sind.
  8. Kathode (20) nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
    wobei der Drehpunkt (D) des Elektronenemitters (1) auf der Rotationsachse (A) liegt.
  9. Drehkolben-Röntgenröhre, aufweisend
    - eine Kathode nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    - einen um die Rotationsachse mit der Drehfrequenz relativ zu dem feststehenden Lagerteil lagerbaren evakuierten Drehkolben und
    - eine Anode,
    wobei die Kathode und die Anode innerhalb des Drehkolbens mit dem Drehkolben drehfest verbunden sind.
  10. Drehkolben-Röntgenröhre nach Anspruch 9,
    wobei der Drehkolben in einem Abschnitt zwischen der Kathode und der Anode aus einem Glas besteht.
  11. Drehkolben-Röntgenstrahler, aufweisend
    - ein Gehäuse,
    - ein feststehendes Lagerteil und
    - eine Drehkolben-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
    wobei das feststehende Lagerteil mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist und die Drehkolben-Röntgenröhre innerhalb des Gehäuses mittels des feststehenden Lagerteils relativ zum Gehäuse rotierbar gelagert ist.
  12. Drehkolben-Röntgenstrahler nach Anspruch 11,
    wobei der Drehkolben-Röntgenstrahler eine Ablenkungseinheit aufweist, wobei die Ablenkungseinheit zur Erzeugung eines inhomogenen Feldes zwischen der Kathode und der Anode innerhalb des Drehkolbens eingerichtet ist, wobei das inhomogene Feld die emittierten Elektronen auf deren verschiedenen Bahnen in Richtung der Anode beeinflusst und derart ausgestaltet ist, wobei das inhomogene Feld ein Magnetfeld ist und wobei die Ablenkungseinheit eine Spule mit einem gebogenen Magnetkern aufweist, dass Weglängenunterschiede der emittierten Elektronen entlang der verschiedenen Bahnen innerhalb des inhomogenen Felds berücksichtigt sind.
  13. Drehkolben-Röntgenstrahler nach Anspruch 12,
    wobei die Ablenkungseinheit den Drehkolben in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse weniger als 360°, insbesondere weniger als 180°, umgibt.
  14. Verfahren zur Emission von Elektronen mittels eines Elektronenemitters nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    - Empfangen eines Drehfrequenzsignals,
    - Aktivieren von verschiedenen Teilmengen der Segmente der segmentierten Emitterfläche derart, dass die aktivierten Emissionsflächen um einen Drehpunkt in Abhängigkeit des empfangenen Drehfrequenzsignals rotieren.
  15. Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Recheneinheit ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit ausgeführt wird.
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