JPS5981847A - 高出力x線回転陽極 - Google Patents

高出力x線回転陽極

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JPS5981847A
JPS5981847A JP58180068A JP18006883A JPS5981847A JP S5981847 A JPS5981847 A JP S5981847A JP 58180068 A JP58180068 A JP 58180068A JP 18006883 A JP18006883 A JP 18006883A JP S5981847 A JPS5981847 A JP S5981847A
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JP
Japan
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moderator
rotating anode
anode
amorphous carbon
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP58180068A
Other languages
English (en)
Inventor
ハンス・プフイスタ−
ベルンハルト・ヒレンブラント
アルフレ−ト・ミユラ−
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/105Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高い特性値、 Z°θl11aX ” ! たマし、Z:順序数 θmax  :最大許容温度 α :熱伝導率 f :厚さ C:比熱 をもつ1種または数種の成分からなるイ:イ料を含有し
減速体に発生した動作温度で高い辰射能εをもつ炭素か
らなる部分に熱伝導的に結合された回転する皿状の電子
減速体を備えた高出力Xi回転陽極に関する。さらに本
発明は、上述の回転陽極の製造方法に関する。これに相
応する高出力X線回転陽極は、例えばE、Kreste
lによって編集された出版物″医療診断用撮影装置″シ
ーメンス社、ベルリン−ミュンヘン、]’980、特に
第1.57ないし第]60ページから出発している。
X線管は、原理的に真空容器の中のマイナス電位に熱陽
極を、プラス電位に陽極を備えている。
熱放射によって熱陰極から電子が飛び出ず、陰極の構成
要素としての焦点調整装置は、陽極」−の場所的に限定
された衝突]m1いわ1φる焦点に限定させるため、飛
び出した電子を集束ずろ働きをする。
電極間の電界は、電子を充分に加速させる働きをする。
陽極の焦点において、電子エネルギーの約り!3%が衝
突電子によって熱に変換され、僅か約4%が所望のX線
になる。その場合に陽極に生じる熱エネルギーは、適当
な冷却によって放散する必要がある。− 医療6’6断に必要なX線管の高い短時間出力は、必要
な曝射時間および小さな焦点の場合、実際には回転陽極
によってのみ達成されるっその場合、陽極の回転によっ
て、まだ電子線に衝撃己れないで加熱されず、充分に再
び冷却された物質が電子線の中に入れられる。このよう
な陽極の最大短時間出力は、主として、溶融点、極めて
高い温度勾配による表面の荒れおよび/または焦点にお
ける陽極44料の蒸発率によって定まる。
特に適切な陽極材料としては、タングステンがあげられ
る。これは、この4.(料の高い順序数、高い溶融温度
および他の高融点材料と比較して良好な熱特性値によっ
て条件づけられている。これに関連して、この材料の回
転陽極にス・jする特性として示される数値、Z・θ1
11.IIX−G了τTは特に高く約:37 fl O
fl Oである(前記出版物笑7 (iおよび第77ペ
ージ参照)。この場合、Zは順序数、θ+n;+xは最
大81容温度、αは熱伝導率Jは厚さ、Cは比熱である
。一般に、許容最高焦点温度は陽極材料の溶融点温度よ
り20ないし30%低い。
タングステンまたはタングステン台金からなる高出力回
転1場極の冷却には、一般に放射冷力1が使用される。
その場合、陽極は放射線に向いた表面で約J、 U (
l Fl ℃の平均温度をもっている熱放射は、法則 P =A−−ao−e(f’)−’1”たソし、■〕:
放射出力 A:放射面積 σ。:ステファンーボルッマン定数 ε(1’) :全発散率 ゴ:絶苅温度 によって絶対温度の4乗で行われる。従って放射出力は
発散率ε(T)により影響される。タングステンの場合
は温度1000℃におけるε値は約02である。これに
対し、黒船の場合には、この温度におけるε値は05な
いし09である。
陽極の背面すなわち電子線と反対の側を黒くすることに
よって、回転陽極の本来の純粋な金属器の比較的低い発
散率を高めるよう試みられた。これに関して、陽極器の
背面に溶接された黒鉛層を備えた金属−黒l)−結合回
転陽極が知られている。
この場合、黒鉛の良好な発散率だけでなく、この物質の
高い比熱が利用されている。このようにして、例えば1
00咽の陽極直径の場合4KWまでの高い連続出力が、
陽極を許容値を越えて高く加熱することなく、放射され
る。
しかしながら、この公知の回転陽極の場合には、黒鉛材
料は、電子にさらされた高温になる陽極器の前面と直接
結合されていない。その上、陽極器の背面に設けられた
黒鉛材料は、機械的な理由から条件づけられた可成りの
厚さの陽極器によって高温部から離れているため、そこ
の低い温度に相応する僅少な放射出力しか得られない。
また黒鉛は、その場所の温度で好ましくない炭化物を形
成して陽極4′APIと反応するため、公知の黒鉛イオ
料は、明らかに、陽極器の前面に設けることはできない
っ従って、公知の回転陽極の放射冷却は、これによって
制限される。
本発明の目的は1、この公知の複合回転陽極の放射冷却
を向上することにある。
この目的は、冒頭に述べた形式の高出力回転陽極を、本
発明により、皿状減速体の少くとも電子線にさらされる
前面が、減速体に発生する動作温度で少くとも050発
敗率εをもぢ減速体のX線放射材料に対して化学的に充
分安定な無定形炭素からなる層を少くとも部分的に備え
ることによって達成される。
その場合、減速体材料に対して安定な炭素層とは、最悪
の場合でも、回転陽極の所要の寿命の枠内において減速
体およびX線放射部分の材料との無視できるほど僅少な
化学反応特に炭化物形成しか生じないような層として理
解することができる。
特に、回転@極の本発明による形成に関連した長所は、
リング状焦点区域のすぐ近くに高い発散率をもつ領域を
設けることによって陽極器の表面の放射出力が公知の実
施形態の回転陽極に比べて本質的に向」ニされる点にあ
る。従って陽極器の温度は低下され、これによってX線
管の寿命は長久化される。また、陽極を許容値以上に過
熱することなくXm管の出力を向上させることができる
本発明による高出力X線回転陽極の好適な製造方法は、
炭化水素の空中放電によって無定形炭素層を被覆するこ
とを特徴とする。
本発明による高出力X線回転陽極およびその製造方法の
一層好適な実施態様は、その他の付帯要項から出発して
いる。
次に、本発明による高出力X線回転陽極が示された図に
よって本発明を一層詳細に説明する。
図に縦断面図として概略的に示された高出力X線回転陽
極において、このような陽極は公知の実施形態から出発
している(例えば前記出版物第158ページ参照)。回
転陽極は、図示されていない熱陰極によって発生された
焦点調整装置に集束される電子線の減速体としての役割
をする陽極器2を備えているうこの陽極器は、図示され
ていない回転子の回転部と結合された中心軸3に固定さ
れている。回転子の回転数は、一般に162−ないし3
 (10Hzである。@極細スは、本質的には基体11
からなり、この基体4は中心部6と向い合って所定の角
αをなすように軸3に固定された少くとも1つのさらに
外方に位置したリング状領域5を備えている。この傾斜
した領域5の少くともリング状の一部領域7に、図で矢
線で示した電子線束8が投射される。従って、この一部
領域7は、陽極器2の焦点区域を示している。傾斜した
領域5の少くともこのリング状焦点区域7は、X線を放
射する被覆層9を備えている。例えば工ないし2τの厚
さをもつこのlIN層は、例えば純タングステンまたは
例えばタングステンレニウムのようなタングステン合金
からつくり、一方基体4および軸は例えばモリブデン合
金からつくるのが好ましい。場合によっては、全体の陽
極器2をタングステンまたはタングステン合金からつく
ることもできる。
本発明により、陽極器ヱの電子線束8に向い合った前面
の表面に、無定形のダイアモンドまたはグラファイト系
の炭素からなる薄い層が固く被覆されている。図示の実
施例においては、焦点区域7がこれらの炭素で被覆され
ていない例から出発している。しかしながら、場合によ
っては、この区域に適当な層を設けることもできる。焦
点区域7の領域において、炭素の析出をマスキングによ
って回避することができ、または析出過程後に無定形炭
素をこの領域から機械的、物理的又は化学的に除去する
こともできる。図示の実施例では、焦点区域7は、外縁
部のリング状炭素層IJど、@極細ヱの中心部を被覆す
る円板状の炭素層12との間にある。約01ないし10
μmの厚さをもつこの無定形炭素層]Jおよび12にJ
:って、陽極皿又の有効な放射冷却を保証する必要があ
る1、このため、これらの層の炭素vJ判は、黒体と殆
んと等しい高い発散率εをもっている。従ってεは、焦
点区域7上への電子線束8の衝突の際に層]、 ]およ
びJ2のすぐ下にある陽極器2の一部領域に生しる温度
の場合に最低0.5例えば約08である。
その場所において、対応する温度は例えば約]、000
℃である。タングステンの発散率が例えは約()、2の
温度において、無定形炭素は、陽極器2のイ′A判に対
し、特に放射性被覆層9のタングステンまたはタングス
テン合金に対して化学的に充分安定であるうすなわち、
炭素材料は、陽極の寿命の間、陽極器の隣接する材料と
この温度では実際に反応しない。
さらに図から判るように、電子線8と反対側の陽極皿呈
の背面、および場合によっては皿の外縁部に、放射冷却
を一層高めるため、無定形炭素材料からなる同様な層1
3および14を設けることもできる、 場合によっては、全体の被覆された陽極器2は、公知の
方法で、そのリング状の傾斜した領域5に放射状のスリ
ットを設けることができる(前記出版物筒151)およ
び’1.62ページ参照)。
基体」二における無定形炭素層の製造自体は、よく知ら
れている(例えば’ Appl、、Phys、 Let
t、 ”:I (+ (lI ”)、1980年2月1
5EI、第291および第292ページ; ” Th1
n 5olid F目1ns ”第80巻(1981年
)、第193ないし第200ページおよび第227ない
し第234ページおよび第G 0巻(]、 D 71)
年)第21−3ないし第225ページ参照)。これらに
よれば、このような層は、例えば炭化水素の直流電圧プ
ラズマ中で、または高周波カソードスパッタリングによ
って被覆することができる。しばしばダイアモンド類似
品と呼ばれ高い硬度を特徴とするこの層は、前記出版物
によれば、従来から光学装置において、赤外線領域にお
ける半導体の抗反射層として、または表面硬化用の層と
して利用されている。
この種の無定形炭素層は、例えば] 000 ℃以上の
温度において、一般に高出力X線回転陽拶用に設けられ
たX線放射材料、特にタングステンまたはタングステン
合金に対して化学的に充分安定であることが現在判って
いる。従って、同様な無定形炭素層は、X線回転陽極の
放射冷却を向上させるために好適に使用される。これに
適した無′lJt形炭素層を公知の方法で回転陽極の陽
極器に被覆することができる。特に、炭化水素の空中放
電による陽極皿上における炭素層の析出が好適である。
本発明によるX線回転陽極を製造する具体的な実施例に
よれば、先ず、無定形炭素で被覆しょう′とするX線放
射性材料としての純タングステンからなる陽極器は洗滌
処理が行われる。これには特に、粉末粒子の直径が約1
0μmのAt20.粉末によるサンドブラスチンダを予
め行なうことができる。場合によっては、この処理の代
り又はこれに続く追加処理として、スパッタエツチング
とも称されるそれ自体公知の陰極線エツチングを行なう
ことができる。このようなスパッタ洗滌はサンドプラス
チングの後に行われる。これは、被覆室例えばシリンダ
状のガラス容器の中で約Q、 ]、 mbarの圧力を
もったアルゴン算囲気中で行うことができ、その場合に
約1.5 KVの動作電圧で約100μA/ctrl 
 の電流密度に調整される。その後で、このように処理
されるタングステン陽極皿を備えた被覆室にメタンガス
またはブタンガスが通される。
その場合、炭化水素雰囲気の圧力は、約0.1+nba
rである。この雰囲気中で、陰極として接続されたタン
グステン陽極皿と陽極との間の直流空中放電が室温で点
弧される。約0.5ないし3時間、特に工ないし2時間
、l +njrar当りおよび陰極面積1cvl当り0
.3ないし3W例えば約IWの電力・密度で、陰極に流
れる電流密度約50ないし100μm/crlのグロー
放電が行われる。グ四−放電処理の終りには、μmの領
域の厚さをもった固着された無定形炭素層が陽極皿上に
現われる。暗灰色をしたこの層は、1(100℃以上の
温度まで陽極皿のタングステンに対して安定であり、こ
の温度で約0,8の高い発散率εをもっている。
場合によっては、陽極皿上に無定形炭素からなる被覆さ
れた層を備えた陽極皿に、特に3()0℃以」二の高温
、特に500℃以上例えば約1000℃において、熱的
な追加処理を行なうことができる。このようにして無定
形炭素層において場合によっては41着した水素をその
層から好適に除去することができる。
さらに、マスキングによって空中放電中の炭素の析出が
遮蔽されない場合には、被覆された陽極皿の前面」二に
おいて、焦点区域内の被覆された炭素を再び除去するこ
とができる。しかしながら場合によっては、無定形炭素
を焦点区域内に残留させることができる。
【図面の簡単な説明】
fグ図は本発明の一実施例を示す断面図である。 2・・・陽極皿、3・・・中心軸、4・・・基体、5・
・・傾斜区域、6・・・中心部、7・・・焦点区域、8
・・・電子線束、9・・・被覆層、11,12,13,
14・・・無定形炭素層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 」)高い特性値、 z−θll1aX ’ t/;f−c た丈し、Z:順序数 θ1naX ’最大許容湿度 α:熱伝導率 f:厚さ C:比熱 をもつ1種または数種の成分からなる材料を含有し減速
    体に発生した動作温度て゛高い発散率εをもつ炭素から
    なる部分に熱伝導的に結合された回転する皿状の電子減
    速体を備えた高出力X線回転陽極において、冊状減連体
    (2)の少くとも電子線(8)にさらされる削げ11(
    区域5および6)は、減速体(2)に発生する動作温度
    で少くとも050発散率εをもち減速体(2)のX線放
    射材料(層9)に対して化学的に充分安定な無定形炭素
    からなるI’i11.i、12)を少くとも部分的に備
    えることを特徴とする高出力X線回転陽極。 2)無定形炭素層(11,,1,2)は少くとも()、
    1μmの厚さをもつことを特徴とする特31請求の範囲
    第1項記載の回転陽極。 3)無定形炭素層(J、1,1.2)の厚さは最大10
     lu+z であることを特徴とする特J’r Kn求
    の範囲第1項または第2項記載の回転陽極。 ・1)減速体(2)の前面において電子線(8)にさら
    された焦点区域(7)に隣接ずろ土面部分(5およびに
    )だけが無定形炭素層(、+1,1.2)を備えること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第;う項のい
    ずj+かに記載の回転陽Ff8゜ 5)減速体(工)の電子線(8)と反ス・]の背面が、
    無定形炭素からなる層(J 3 )をf+fiiえろこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第・1項の
    いずれかに記載の回転陽極っ6)無定形炭素層(1,1
    ,,12)は炭化水素の空中放電によって被覆されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のい
    ずれかに記載の回転陽極。 7)無定形炭素層N−4,1,2)は、流動するメタン
    またはブタン中の空中放電で被覆されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第()項記載の回転陽極。 8)炭素層(1,1,,12)が被覆された減速体(、
    、りに熱的な追加加工を行なうことを特徴とする特Fl
    ’請求の範囲第6項または第7項記τυ熱的な追加加工
    は300℃以上特に500℃以」−の湿度で行われるこ
    とを特徴とする特i’l’ Ha求の範囲第8項記載の
    回転陽極。
JP58180068A 1982-09-29 1983-09-28 高出力x線回転陽極 Pending JPS5981847A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE32361041 1982-09-29
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Publications (1)

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JPS5981847A true JPS5981847A (ja) 1984-05-11

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ID=6174491

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JP58180068A Pending JPS5981847A (ja) 1982-09-29 1983-09-28 高出力x線回転陽極

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JP (1) JPS5981847A (ja)
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