WO2012139872A2 - Elektronenquelle zur erzeugung eines elektronenstrahls sowie röntgenquelle zur erzeugung von röntgenstrahlung - Google Patents

Elektronenquelle zur erzeugung eines elektronenstrahls sowie röntgenquelle zur erzeugung von röntgenstrahlung Download PDF

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WO2012139872A2
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    • H01J2235/06—Cathode assembly
    • H01J2235/068—Multi-cathode assembly

Definitions

  • the invention relates to an electron source for generating an electron beam according to the preamble of independent claim 1. Furthermore, the invention relates to a Röntgen source.
  • Electron sources are widely used in various fields where free electrons or a beam of electrons are needed. Exemplary here are picture tubes for computer screens and televisions, X-ray tubes and scanning electron microscopes.
  • a common technique for releasing the electrons in an electron source are electron emitters that can release electrons, for example, by annealing emission and / or field emission. These released electrons can be collected, bundled and / or accelerated within the electron source by electromagnetic fields, so that the electrons leave the electron source as a directed beam.
  • An example of the use of such an electron beam is, for example, an X-ray tube, in which the electron beam is directed onto an anode, whereby X-ray radiation is produced. This X-ray radiation can be used in many ways, for example to study matter.
  • humans and animals can be irradiated with this X-ray radiation.
  • the examination of items of baggage for example at security checks at airports or the screening of entire containers, for example in ports or loading yards, can also be carried out using X-rays.
  • the radiation source in particular the electron source
  • a long service life and a high ease of maintenance are beneficial.
  • measuring devices should be mentioned here which analyze the flow of gas-oil mixtures as part of natural gas and crude oil production. On the one hand, such measuring devices are partly operated continuously, whereby they are heavily loaded. On the other hand, these measuring instruments are also used under water, especially on the seabed. An exchange of a defective electron source is possible in such a device only under extremely great expense.
  • DE 1 514 781 A discloses an electron beam generation system in which a device is provided for accommodating reserve cathodes and for charging the electron beam generation system with cathodes.
  • a non-functional cathode of the electron beam generating system can be replaced with this device against a functioning cathode.
  • this is mechanically complex, time-consuming and causes additional maintenance.
  • DE 195 15 778 A1 discloses a CT X-ray apparatus with which helical scanning can be carried out quickly and to a large extent, whereby artifacts additionally occurring in a reconstructed image are additionally avoided.
  • two electron beam generating devices can be provided, which can be operated alternately.
  • the electron guns are not designed such that failure of one of the electron beam guns could be compensated for by the remaining one.
  • DE 199 53 613 A1 likewise discloses a CT apparatus in which the resolution achievable with the measuring system is increased. It is provided by two different positions of a focusing surface, on which an electron beam is directed to create two spaced-apart starting locations of X-rays, whereby at constant positioning of the detection elements of the CT device can increase the achievable resolution of such a measurement system.
  • two electron beam sources can be provided, which can be operated alternately.
  • a compensation of a failure of one of the electron beam sources by the remaining one is not provided in this document.
  • a radioactive isotope As the radiation source, electrons and / or X-rays are generated directly by the radioactive material. Such an electron or radiation source is maintenance-free, but the intensity of the source decreases due to the decay of the radioactivity of the material according to its half-life.
  • the disadvantage here is in addition that when used directly as an X-ray source only a very limited selection of X-ray energies is available and that when using radioactive materials strict safety regulations must be met.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an electron source and an X-ray source, which allow a long-lived, easy to maintain, especially maintenance-free, operation and are easy and safe to install and operate.
  • the object is according to the first aspect of the invention by an electron source for generating an electron beam, in which a first electron emitter for generating electrons and at least a second electron emitter for generating electrons are arranged, wherein the first electron emitter and the at least one second electron emitter are operable as an alternative, with the first electron emitter and the at least one second electron emitter being arranged stationary relative to one another and at least one common device for focusing the electrons of both the first electron emitter and the at least one second electron emitter being provided. That is, it is a common device for focusing the electrons of the different ones
  • Electron emitter In the context of the invention, this means that the first electron emitter can be completely replaced in its function by the at least one second electron emitter without the need for a mechanical remodeling or exchange of at least one of the electron emitters.
  • the at least one device for focusing the electrons is designed such that the electron beam formed from electrons of the first electron emitter and the electron beam formed from electrons of the at least one second electron emitter can be directed onto a common focusing surface.
  • Such a configuration of an electron source makes it possible to provide an electron beam and to focus on a sier constitution, regardless of whether the
  • Electrons were generated by the first electron emitter or by the at least one second electron emitter.
  • the at least second electron emitter which can be operated as an alternative to the first electron emitter, can then be activated. be tivated.
  • Activation in the sense of the invention is a purely electrical start-up of the at least one second electron emitter. A complex replacement of the electron emitter, as is known from the prior art, is not necessary.
  • the individual electron emitters are and remain stationary relative to each other and to at least one device for focusing the electrons.
  • the function of the electron source is maintained by the activation of the at least one second electron emitter.
  • the service life of an electron source according to the invention can thus double when using a second electron emitter, correspondingly multiply when using a plurality of second electron emitters.
  • a maintenance in which an electron emitter of an electron source must be replaced, is thus significantly rarer or not necessary, whereby the ease of maintenance of an electron source according to the invention is increased.
  • the first electron emitter and the at least one second electron emitter are arranged at the same or approximately equal distance from the at least one device for focusing the electrons.
  • the electron emitters can be positioned in particular in a plane or on a spherical shell around the at least one device for focusing the electrons. This represents an arrangement of the electron emitters, in which in a particularly simple manner a possible lends equal illumination of at least one device for focusing by the electrons of the individual electron emitter can be achieved. Differences in the intensity of the electron beams of the electron source according to the invention when switching from one electron emitter to another can thus be prevented or at least minimized.
  • the device for focusing has at least one Wehnelt cylinder.
  • a Wehnelt cylinder Through such a Wehnelt cylinder, it is possible to focus and intensify electrons simultaneously.
  • electrons from the first electron emitter and the at least one second electron emitter are focused by the same Wehnelt cylinder.
  • a separate Wehnelt cylinder is provided for each electron emitter.
  • the first electron emitter and / or the at least one second electron emitter is a thermal emitter.
  • the thermal emission or the Glühemission of electrons is the best known method for generating electrons.
  • metal for example, a coiled metal wire, a surface emitter or a
  • Dispenser cathode strongly heated in vacuo, causing electrons to escape.
  • wires made of tungsten are used, since this material has a very high melting point. This represents a very simple way of electron generation.
  • the intensity of the electron emission can be regulated by the temperature of the metal during thermal emission.
  • the first electron emitter and / or the at least one second electron emitter is a field emitter. In this emitter form, high voltages are used to release electrons from the emitter material.
  • the emitter in the form of carbon nanotubes, can be present in the case of a metallic emitter material, in particular in the form of thin tips or fine needles.
  • An electron emitter based on field emission requires no additional heating of the emitter and can thus be operated at lower temperatures.
  • an inventive electron source can be provided that the first electron emitter and the at least one second electron emitter are configured identically.
  • the structure of the electron source simplifies significantly, since both electron emitters have the same specifications.
  • identical electron emitters have an identical or at least very similar electron emission characteristic. In a switching of electrons of the first electron emitter to electrons of the at least one second electron emitter thus results in no difference of the electron beam generated by the electron source, a continuous operation is thus possible.
  • an electron source it can be provided in the case of an electron source according to the invention that a device for monitoring the operation of the electron source is provided.
  • a monitoring device makes it possible to detect an error state of the electron source early. A failure of the electron source can thus be detected promptly. Subsequent damage caused by the failure of the electron source are thus avoidable.
  • it can be provided with an electron source that upon detection of a malfunction of the operation of the electron source by the device for monitoring, the first electron emitter can be deactivated and the at least one second electron emitter can be activated.
  • the electron emitter provides the electrons in the electron source. Detection of a malfunction of the operation of the electron source by the means for monitoring the operation of the electron source may therefore indicate a defective electron emitter.
  • the first electron emitter and the at least one second electron emitter are alternatively operable according to the invention. Due to the deactivability of the first electron emitter and the activatability of the at least one second electron emitter, ie the possible switching from the operation of the first electron emitter to the operation of the at least one second electron emitter, the operability of the electron source can be restored. The operation of the electron source can be continued without the need for time-consuming maintenance measures, such as the replacement of an electron emitter. This allows a great time and money saving.
  • an electron source it can be provided that a current, voltage and / or power consumption of the first electron emitter can be monitored by the device for monitoring the electron source.
  • a current, voltage and / or power consumption of the first electron emitter can be monitored by the device for monitoring the electron source.
  • an electron source can be additionally provided by the device for monitoring the electron source is capable of monitoring a current, voltage and / or power consumption of the at least one second electron emitter.
  • the proper operation of this at least one second electron emitter can also be monitored.
  • the time of failure of the electron source according to the invention can again be reduced.
  • an electron source according to the invention it can be provided that the alternative operation of the first and the at least one second electron emitter, in particular the deactivation of the first electron emitter and the activation of the at least one second electron emitter, manually and / or automatically executable.
  • the alternative operation of the first and the at least one second electron emitter in particular the deactivation of the first electron emitter and the activation of the at least one second electron emitter, manually and / or automatically executable.
  • manual switching from the first to the at least one second electron emitter it is possible to carry out this switching directly at the electron source or, for example, with a remote control, from a remote location. This can also be used for maintenance inaccessible placed electron sources.
  • An automatic switchover from the operation of the first to the operation of the at least one second electron emitter can increase the time in which the electron source is operable properly, since the first electron emitter deactivates and the at least one directly upon detection of a malfunction of the electron source second electron emitter is activated.
  • the controller for this automatic switching can in turn be placed directly on or in the electron source or removed therefrom, if a control device via communication means, such as signal cables. ern the Elek ronenetti is ensured by a remote control unit.
  • an X-ray source for generating X-rays, comprising an electron source and an anode, wherein the electron source is formed according to the first aspect of the invention.
  • electrons are generated by an electron source, accelerated by electromagnetic fields, and directed to an anode.
  • an X-ray source can be provided which has a significantly longer service life. Further, since the electron source in an X-ray source is a high-maintenance component compared to the rest of the components, an X-ray source according to the present invention is a low-maintenance X-ray source. It can therefore be used in places such as on the seabed where maintenance is very difficult is.
  • the anode is designed as a solid anode or rotary anode.
  • the electron beam of the electron source always strikes the anode at the same location.
  • This mechanically simple form of an anode is particularly suitable for applications where a low intensity of X-radiation is needed. Due to the low intensity of the X-ray radiation required, a low intensity of the electron beam is necessary, whereby the stress of the anode can be kept low. If a high intensity of X-radiation is required, the anode of the X-ray source is heavily loaded, in particular strongly heated.
  • the X-ray source is equipped with a rotary anode.
  • a rotary anode the anode moves in a rotational movement under the Electron beam.
  • another impulse is constantly loaded on the rotating anode by the electron beam.
  • the thermal load of the rotary anode is thus distributed to the complete rotary anode.
  • Significantly higher X-ray intensities are possible.
  • the anode is arranged on the common focusing surface or the anode forms the common focusing surface.
  • the electron beam of the electron source which is designed according to the first aspect of the invention, always strikes the anode at the same location. At this point and in the vicinity of this point in the anode, the deceleration of the electrons generates the X-ray radiation of the X-ray source.
  • an X-ray source it can be provided that the X-ray radiation of the X-ray source can be monitored by the device for monitoring the operation of the electron source.
  • the device for monitoring the operation of the electron source To measure the emitted X-radiation of an X-ray source is a common procedure.
  • dedicated monitor elements are often present or the detectors used for signal or image acquisition are used.
  • a malfunction, in particular a failure, of an electron emitter can thereby also by measuring the
  • X-rays are detected.
  • the use of existing detectors results in turn a simplification in the construction of the X-ray source, since no additional measuring devices are needed.
  • the X-ray source according to the invention is of course arranged in a housing.
  • the electron source and the anode are arranged in a common, preferably evakuierbar ausgestaltetem, housing.
  • FIG. 1 shows a first side view of an X-ray source with a prior art electron source
  • FIG. 2 shows a second side view of the X-ray source with an electron source according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows an X-ray source according to a Auspassart the
  • FIGS. 1 to 3 Elements with the same function and mode of operation are each provided in FIGS. 1 to 3 with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an embodiment of an X-ray tube 100 with an electron source 1 according to the prior art.
  • the electron source 1 is arranged together with the anode 24 in a housing 2, wherein the electron emitter 20 of the electron source 1 in the illustrated embodiment is realized as a filament.
  • Electrons emitted by the electron emitter 20 are focused by focusing elements (not shown) to form an electron beam 22.
  • the electron beam 22 impinges on the focusing surface 23 on the anode 24, which is designed as a fixed anode in the illustrated embodiment.
  • the X-rays 25 generated by the deceleration of the electrons are emitted and can subsequently be used.
  • the surface 23 forms, in particular, an inclined surface with respect to the direction of the electron beam 22-for example at an angle between 30 ° and 60 °, particularly preferably 45 °, and a radiation direction of the generated x-rays 25 is preferably 90 ° with respect to the direction of the electron beam 22nd
  • the electron emitter 20 is preferably arranged centrally above the focusing surface 23.
  • FIG. 2 shows a further side view, rotated by 90 °, of the x-ray source 100 with a single electron source 1 according to the embodiment of FIG. 1. It becomes clear from the two figures 1 and 2 that in the electron source 1 only one electron emitter 20 is provided. A failure or malfunction of the electron emitter 20 thus inevitably leads to a failure of the complete electron source 1 and thus the X-ray source 100.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of an X-ray source 100 with an electron source 1, which is designed according to the principle of the invention. In this case, it is provided in the case of the X-ray source 100 that the electron source 1 with a first electron emitter 20 and a second electron emitter 21 are provided in a housing 2.
  • the two electron emitters 20, 21 are stationary relative to one another and arranged at the same distance from the common focusing surface 23 and thus to the common focusing device (not shown).
  • the electrons emitted by the two electron emitters 20, 21, which are configured to be operated alternatively, are focused by at least one common device for focusing (not shown) into an electron beam 22 and directed to a common focusing surface 23.
  • the focusing surface 23 is formed in the illustrated embodiment of the anode 24, which is realized in the embodiment shown as a fixed anode and is also disposed within the housing 2.
  • the two electron emitters 20, 21 are preferably not arranged centrally above the focusing surface, but offset from one another.
  • the direction of the respective electron beam 22 has in particular two direction components, a first direction component in the direction of the anode 24 and a second direction component at right angles thereto.
  • the focusing surface 23 preferably again forms an oblique planar surface with respect to the first direction component of the electron beam 22, for example at an angle between 30 ° and 60 °, particularly preferably 45 °.
  • the focusing surface 23 is not irradiated directly from the direction of the first direction component, but obliquely in the direction of the second direction component, since the two electron emitters 20, 21 are preferably not arranged centrally above the focusing surface 23.
  • An emission direction of the generated X-rays 25 (not shown) is analogous to FIG. 1, and preferably 90 ° with respect to the first direction component of the electron beam 22.
  • the two electron emitters 20, 21 are supplied with power via a current source 26, wherein the supply lines can be switched separately for the alternative operation of the two electron emitters 20, 21.
  • a device 27 for monitoring the operation of the electron source 1 Via a device 27 for monitoring the operation of the electron source 1, the tube current 28 can be measured in the illustrated embodiment.
  • a monitoring signal 29 can be generated. This monitoring signal 29 can be used to deactivate the current supply to the first electron emitter 20 in the current source 26 and to activate the current supply to the second electron emitter 21.
  • an external signal 30 is shown, which can be used independently of the detection of a fault condition by means 27 for monitoring the electron source 1, in order to switch off the first emitter 20 and to activate the second emitter 21.
  • the service life of an electron source 1 or an X-ray source 100 with an electron source 1 according to the invention can thus be extended by simple means, in particular doubled, or multiplied when several second electron emitters 21 are used. This is particularly advantageous when an exchange of the emitter of an electron source is not possible or only with great effort. Examples of this are applications of X-ray sources in hard-to-reach places, for example on the seabed.

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Abstract

Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlung Die Erfindung betrifft eine Elektronenquelle (1) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (23), in der ein erster Elektronenemitter (20) zur Erzeugung von Elektronen und zumindest ein zweiter Elektronenemitter (21) zur Erzeugung von Elektronen angeordnet sind, wobei der erste Elektronenemitter (20) und der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) alternativ betreibbar ausgestaltet sind und zueinander ortsfest angeordnet sind. Zusätzlich ist bei der Elektronenquelle (1) wenigstens eine gemeinsame Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen des ersten Elektronenemitters (20) und des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (21) vorgesehen, wobei durch die wenigstens eine Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen der gebildete Elektronenstrahl (22) des ersten Elektronenemitters (20) und der gebildete Elektronenstrahl (22) des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (21) auf eine gemeinsame Fokussierfläche (23) gerichtet werden können. Ferner betrifft die Erfindung eine Röntgenquelle (100), wobei die Röntgenquelle (100) eine Elektronenquelle (1) und eine Anode (24) aufweist, wobei die Elektronenquelle (1) derart ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
Die Erfindung betrifft eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Rönt- genquelle .
Elektronenquellen werden vielfältig in verschiedensten Bereichen verwendet, bei denen freie Elektronen beziehungsweise ein Strahl von Elektronen benötigt werden. Beispielhaft sind hier Bildröhren für Computerbildschirme und Fernseher, Rönt- genröhren und Elektronenrastermikroskope zu nennen. Eine gängige Technik, um in einer Elektronenquelle die Elektronen frei zu setzen, sind Elektronen-Emitter, die zum Beispiel durch Glühemission und/oder Feldemission Elektronen freisetzen können. Diese freigesetzten Elektronen können innerhalb der Elektronenquelle durch elektromagnetische Felder gesammelt, gebündelt und/oder beschleunigt werden, so dass die Elektronen die Elektronenquelle als gerichteter Strahl verlassen . Ein Beispiel für die Anwendung eines solchen Elektronenstrahls stellt zum Beispiel eine Röntgenröhre dar, in der der Elektronenstrahl auf eine Anode geleitet wird, wodurch Röntgenstrahlung entsteht. Diese Röntgenstrahlung kann vielfältig eingesetzt werden, zum Beispiel um Materie zu untersuchen. So können zum Beispiel für medizinische Untersuchungen Menschen und Tiere mit dieser Röntgenstrahlung bestrahlt werden. Auch das Durchleuchten von Gepäckstücken, beispielweise bei Sicherheitskontrollen an Flughäfen oder die Durchleuchtung von ganzen Containern, zum Beispiel in Häfen oder Verladebahnhö- fen, kann mit Röntgenstrahlung durchgeführt werden.
Bei all diesen Anwendungen ist es von Vorteil, wenn die Strahlungsquelle, insbesondere die Elektronenquelle, eine ho- he Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit, insbesondere Wartungsfreiheit, aufweist. Insbesondere bei Elektronenquellen, bei denen ein Austausch nicht ohne weiteres möglich ist, sind eine hohe Lebensdauer und eine hohe Wartungsfreundlichkeit von Vorteil. Beispielhaft sind hier Messgeräte zu nennen, die den Fluss von Gas-Öl-Gemischen in Rahmen einer Erdgas- und Erdölförderung analysieren. Zum Einen werden derartige Messgeräte zum Teil kontinuierlich betrieben, wodurch sie stark belastet werden. Zum Anderen werden diese Messgeräte auch un- ter Wasser, insbesondere auf dem Meeresgrund eingesetzt. Ein Austausch einer defekten Elektronenquelle ist bei einem derartigen Messgerät nur unter extrem großen Aufwand möglich. So ist aus der DE 1 514 781 A ein Elektronenstrahl- Erzeugungssystem bekannt, bei dem eine Vorrichtung zur Auf- nähme von Reservekathoden und zur Beschickung des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems mit Kathoden vorgesehen ist. Eine nicht mehr funktionsfähige Kathode des Elektronenstrahl - Erzeugungssystems kann mit dieser Vorrichtung gegen eine funktionsfähige Kathode ausgetauscht werden. Dies ist aller- dings mechanisch aufwendig, zeitintensiv und verursacht einen zusätzlichen Wartungsaufwand.
Die DE 195 15 778 AI offenbart einen CT-Röntgenapparat , mit dem eine Wendelabtastung schnell und mit großem Umfang durch- führbar ist, wobei zusätzlich in einem rekonstruierten Bild auftretende Artefakte vermieden werden. Dabei können zwei Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtungen vorgesehen sein, die abwechselnd betreibbar sind. Die Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtungen sind jedoch nicht derart ausgestaltet, dass ein Ausfall einer der Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtungen durch die verbleibende kompensiert werden könnte.
In der DE 199 53 613 AI wird ebenfalls ein CT-Gerät offenbart, bei dem die mit dem Messsystem erzielbare Auflösung er- höht wird. Dafür ist vorgesehen, durch zwei unterschiedliche Positionen einer Fokussierfläche , auf die ein Elektronenstrahl gerichtet ist, zwei voneinander beabstandete Ausgangsorte von Röntgenstrahlung zu schaffen, wodurch bei gleichbleibender Positionierung der Detektionselemente des CT-Geräts sich die erreichbare Auflösung eines derartigen Messsystems steigern lässt. Es können dabei zwei Elektronenstrahlenquellen vorgesehen sein, die abwechselnd betreibbar sind. Eine Kompensation eines Ausfalls einer der Elektronenstrahlenquellen durch die Verbleibende ist jedoch auch in dieser Schrift nicht vorgesehen.
Speziell für den Einsatz in oben genannten Flussmessgeräten ist es bekannt, als Strahlungsquelle ein radioaktives Isotop zu verwenden. Dabei werden Elektronen und/oder Röntgenstrahlung direkt durch das radioaktive Material erzeugt. Eine derartige Elektronen- beziehungsweise Strahlungsquelle ist wartungsfrei, jedoch nimmt die Intensität der Quelle bedingt durch das Abklingen der Radioaktivität des Materials entsprechend seiner Halbwertszeit ab. Nachteilig hierbei ist zusätzlich, dass bei direktem Einsatz als Röntgenquelle nur eine sehr beschränkte Auswahl an Röntgenenergien zur Verfügung steht und dass bei Verwendung von radioaktiven Materialien strenge Sicherheitsvorschriften eingehalten werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenquelle und eine Röntgenquelle zu schaffen, die einen langlebigen, wartungsfreundlichen, insbesondere wartungsfreien, Betrieb ermöglichen und die einfach und sicher in der Montage und im Betrieb sind.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Elektronenquelle mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentan- spruch 1 sowie durch eine Röntgenquelle mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektronenquelle be- schrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Röntgenquelle, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann. Die Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, in der ein erster Elektronenemitter zur Erzeugung von Elekt- ronen und zumindest ein zweiter Elektronenemitter zur Erzeugung von Elektronen angeordnet sind, wobei der erste Elektronenemitter und der zumindest eine zweite Elektronenemitter alternativ betreibbar ausgestaltet sind, gelöst, wobei der erste Elektronenemitter und der zumindest eine zweite Elekt- ronenemitter zueinander ortsfest angeordnet sind und wobei wenigstens eine gemeinsame Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen sowohl des ersten Elektronenemitters als auch des zumindest einen zweiten Elektronenemitters vorgesehen ist. Das heißt, es handelt sich hierbei um eine gemeinsame Vor- richtung zur Fokussierung der Elektronen der verschiedenen
Elektronenemitter. Dabei bedeutet im Sinne der Erfindung alternativ betreibbar, dass der erste Elektronenemitter in seiner Funktion durch den zumindest einen zweiten Elektronenemitter vollständig ersetzt werden kann, ohne dass ein mecha- nischer Umbau oder Austausch zumindest eines der Elektronenemitter erforderlich ist. Die wenigstens eine Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen ist derart ausgebildet, dass der aus Elektronen des ersten Elektronenemitters gebildete Elektronenstrahl und der aus Elektronen des zumindest einen zwei- ten Elektronenemitters gebildete Elektronenstrahl auf eine gemeinsame Fokussierfläche gerichtet werden können.
Durch eine derartige Ausgestaltung einer Elektronenquelle ist es möglich, einen Elektronenstrahl bereitzustellen und auf eine Fokussierfläche zu richten, unabhängig davon ob die
Elektronen durch den ersten Elektronenemitter oder durch den zumindest einen zweiten Elektronenemitter erzeugt wurden. Bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Elektronenquelle kann dabei vorgesehen sein, dass beim Einschalten der Elektronenquelle der erste Elektronenemitter zum Erzeugen von Elektronen verwendet wird. Bei einem Ausfall des ersten Elektronenemitters kann dann der alternativ zum ersten Elektronenemitter betreibbar ausgestaltete zumindest zweite Elektronenemitter ak- tiviert werden. Eine Aktivierung im Sinne der Erfindung ist eine rein elektrische Inbetriebnahme des zumindest einen zweiten Elektronenemitters. Ein aufwendiger Austausch der Elektronenemitter, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist nicht nötig. Bei einer Aktivierung sind und bleiben somit die einzelnen Elektronenemitter zueinander und zur wenigstens einen Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen ortsfest. Da Elektronen von dem zumindest einen zweiten Elektronenemitter durch die wenigstens eine Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen auf die gemeinsame Fokussierflache, insbesondere einem Fokussierpunkt , gerichtet sind, wird die Funktion der Elektronenquelle durch die Aktivierung des zumindest einen zweiten Elektronenemitters aufrechterhalten. Es ergibt sich somit eine deutlich erhöhte Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle. Insbesondere kann sich so die Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle bei Einsatz von einem zweiten Elektronenemitter verdoppeln, bei einem Einsatz von mehreren zweiten Elektronenemittern entsprechend vervielfachen. Eine Wartung, bei der ein Elektro- nenemitter einer Elektronenquelle ausgetauscht werden muss, ist somit deutlich seltener oder nicht nötig, wodurch die Wartungsfreundlichkeit einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle erhöht wird. Durch den Verzicht auf den Einsatz von radioaktiven Quellen zur Erzeugung von Elektronen und/oder Röntgenstrahlung erhöht sich zusätzlich die Sicherheit einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle und zudem wird der Aufwand an Material und Zeit bei der Montage erniedrigt.
Bei einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle kann ferner vor- gesehen sein, dass der erste Elektronenemitter und der zumindest eine zweite Elektronenemitter in gleichem oder annähernd gleichem Abstand zur wenigstens einen Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen angeordnet sind. Sind mehrere zweite Elektronenemitter vorgesehen, können die Elektronenemitter insbesondere in einer Ebene oder auf einer Kugelschale um die wenigstens eine Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen positioniert sein. Dies stellt eine Anordnung der Elektronenemitter dar, in der in besonders einfacher Weise eine mög- liehst gleiche Ausleuchtung der wenigstens einen Vorrichtung zur Fokussierung durch die Elektronen der einzelnen Elektronenemitter erreicht werden kann. Unterschiede in der Intensität der Elektronenstrahlen der erfindungsgemäßen Elektronen- quelle bei der Umschaltung von einem Elektronenemitter auf einen anderen können so verhindert oder zumindest minimiert werden .
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsge- mäßen Elektronenquelle kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Fokussierung zumindest einen Wehnelt-Zylinder aufweist. Durch einen derartigen Wehnelt-Zylinder ist es möglich, Elektronen zu fokussieren und gleichzeitig zu intensivieren. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass Elektronen aus dem ersten Elektronenemitter und dem zumindest einen zweiten Elektronenemitter durch denselben Wehnelt-Zylinder fokussiert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass für jeden Elektronenemitter ein separater Wehnelt-Zylinder vorgesehen ist. Durch den Einsatz von Wehnelt-Zylindern kann somit bei sonst gleichen Bauteilen ein intensiverer und schärfer gebündelter Elektronenstrahl durch die erfindungsgemäße Elektronenquelle zur Verfügung gestellt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle kann ferner vor- gesehen sein, dass der erste Elektronenemitter und/oder der zumindest eine zweite Elektronenemitter ein thermischer Emitter ist. Die thermische Emission beziehungsweise die Glühemission von Elektronen stellt die bekannteste Methode zur Erzeugung von Elektronen dar. Dazu wird Metall, zum Beispiel ein gewendelter Metalldraht, ein Flächenemitter oder eine
Dispenser-Kathode, im Vakuum stark erhitzt, wodurch Elektronen austreten. Um hohe Temperaturen erreichen zu können, werden dabei insbesondere Drähte aus Wolfram eingesetzt, da dieses Material einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist. Dies stellt eine sehr einfache Art der Elektronenerzeugung dar. Die Intensität der Elektronenemission kann bei thermischer Emission durch die Temperatur des Metalls geregelt werden. Alternativ kann bei einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle vorgesehen sein, dass der erste Elektronenemitter und/oder der zumindest eine zweite Elektronenemitter ein Feldemitter ist. Bei dieser Emitterform werden hohe Spannungen einge- setzt, um Elektronen aus dem Emittermaterial herauszulösen. Der Emitter kann dabei, im Falle eines metallischen Emitterwerkstoffes, insbesondere in Form von dünnen Spitzen oder feinen Nadeln vorliegen, im Falle eines Kohlenstoffemitters in Form von Kohlenstoffnanoröhren . Ein auf Feldemission ba- sierender Elektronenemitter benötigt kein zusätzliches Heizen des Emitters und kann somit bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfin- dungsgemäßen Elektronenquelle kann vorgesehen sein, dass der erste Elektronenemitter und der zumindest eine zweite Elektronenemitter identisch ausgestaltet sind. Durch eine identische Ausgestaltung der verwendeten Elektronenemitter vereinfacht sich der Aufbau der Elektronenquelle deutlich, da beide Elektronenemitter dieselben Spezifikationen aufweisen. Auch weisen identische Elektronenemitter eine identische beziehungsweise zumindest sehr ähnliche Elektronenemissionscharakteristik auf. Bei einem Umschalten von Elektronen des ersten Elektronenemitters auf Elektronen des zumindest einen zweiten Elektronenemitters ergibt sich somit kein Unterschied des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls, ein kontinuierlicher Betrieb ist somit ermöglicht.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle vor- gesehen sein, dass eine Einrichtung zur Überwachung des Betriebs der Elektronenquelle vorgesehen ist. Eine derartige Überwachungseinrichtung ermöglicht, einen Fehlerzustand der Elektronenquelle frühzeitig festzustellen. Ein Ausfall der Elektronenquelle kann somit zeitnah detektiert werden. Folge- Schäden, die durch den Ausfall der Elektronenquelle entstehen, sind somit vermeidbarer. In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Elektronenquelle vorgesehen sein, dass bei Detektion einer Fehlfunktion des Betriebs der Elektronenquelle durch die Einrichtung zur Überwachung der erste Elektronenemitter deaktivierbar und der zumindest eine zweite Elektronenemitter aktivierbar sind. Der Elektronenemitter stellt die Elektronen in der Elektronenquelle zur Verfügung. Eine Detektion einer Fehlfunktion des Betriebs der Elektronenquelle durch die Einrichtung zur Überwachung des Betriebs der Elektronenquelle kann daher auf einen defekten Elektronenemitter schließen lassen. Der erste Elektronenemitter und der zumindest eine zweite Elektronenemitter sind erfindungsgemäß alternativ betreibbar. Durch die Deaktivierbarkeit des ersten Elektronenemitters und die Aktivierbarkeit des zumindest einen zweiten Elektronenemitters, also der möglichen Umschaltung vom Betrieb des ersten Elektronenemitter auf den Betrieb des zumindest einen zweiten Elektronenemitters, kann die Funktionsfähigkeit der Elektronenquelle wiederhergestellt werden. Der Betrieb der Elektronenquelle kann fortgesetzt werden, ohne dass zeitintensive Wartungsmaßnahmen, wie der Tausch eines Elektronenemitters, nötig sind. Dies ermöglicht eine große Zeit- und Geldeinsparung.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung ei- ner erfindungsgemäßen Elektronenquelle kann vorgesehen sein, dass durch die Einrichtung zur Überwachung der Elektronenquelle eine Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsaufnahme des ersten Elektronenemitters überwachbar ist/sind. Durch die Überwachung der genannten elektronischen Kenngrößen des ers- ten Elektronenemitters kann direkt auf die Funktionsfähigkeit des ersten Elektronenemitters geschlossen werden. Ein Ausfall des ersten Elektronenemitters kann durch diese Überwachung zeitnah detektiert werden. Dadurch ist es möglich, die Zeit, in der die Elektronenquelle nicht funktionsfähig ist, zu mi- nimieren.
Ferner kann gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung bei einer Elektronenquelle zusätzlich vorgesehen sein, dass durch die Einrichtung zur Überwachung der Elektronenquelle eine Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsaufnahme des zumindest einen zweiten Elektronenemitters überwachbar ist/sind. Durch diese zusätzliche Überwachung des zumindest einen zweiten Elektronenemitters kann auch der ordnungsgemäße Betrieb dieses zumindest einen zweiten Elektronenemitters überwacht werden. Bei einem Ausfall des zumindest einen zweiten Elektronenemitters, der durch die Überwachung ebenfalls zeitnah de- tektiert werden kann, kann wiederum die Ausfallszeit der er- findungsgemäßen Elektronenquelle reduziert werden. Dabei besteht insbesondere bei Einsatz von mehreren zweiten Elektronenemittern die Möglichkeit, einen dieser mehreren zweiten Elektronenemitter zu aktivieren und so den Betrieb der Elektronenquelle fortzusetzen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle kann vorgesehen sein, dass das alternative Betreiben des ersten und des zumindest einen zweiten Elektronenemitters, insbesondere das Deaktivieren des ersten Elektronenemitters und das Aktivieren des zumindest einen zweiten Elektronenemitters, manuell und/oder automatisch ausführbar ist. Dabei ist es möglich, bei einem manuellen Umschalten vom ersten auf den zumindest einen zweiten Elektronenemitter, dieses Umschalten direkt an der Elektro- nenquelle oder, zum Beispiel mit einer Fernbedienung, von einem entfernten Ort auszuführen. Damit können auch für Wartungsarbeiten unzugänglich platzierte Elektronenquellen umgeschaltet werden. Ein automatisches Umschalten vom Betrieb des ersten auf den Betrieb des zumindest einen zweiten Elektro- nenemitters kann die Zeit, in der die Elektronenquelle ordnungsgemäß betreibbar ist, erhöhen, da direkt bei einer De- tektion einer Fehlfunktion der Elektronenquelle der erste Elektronenemitter deaktiviert und der zumindest eine zweite Elektronenemitter aktiviert wird. Die Steuerung für diese au- tomatische Umschaltung kann wiederum direkt an oder in der Elektronenquelle platziert sein oder davon entfernt, wenn über Kommunikationsmittel, wie etwa Signalkabel, ein Ansteu- ern der Elek ronenquelle durch eine entfernt aufgebaute Steuereinheit sichergestellt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Röntgenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, aufweisend eine Elektronenquelle und eine Anode, wobei die Elektronenquelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, gelöst. In einer Röntgenquelle werden von einer Elektronenquelle Elektronen erzeugt, diese durch elektromag- netische Felder beschleunigt und auf eine Anode gelenkt.
Durch das Abbremsen der Elektronen in der Anode entsteht Röntgenstrahlung. Durch Ausfall der Elektronenquelle ist auch die Röntgenquelle nicht funktionsfähig. Durch Einsatz einer Elektronenquelle gemäß des ersten Aspekts der Erfindung, kann eine Röntgenquelle geschaffen werden, die eine deutlich verlängerte Betriebsdauer aufweist. Da ferner die Elektronenquelle in einer Röntgenquelle ein im Vergleich zu den restlichen Bauteilen wartungsintensives Bauteil darstellt, stellt eine erfindungsgemäße Röntgenquelle eine wartungsfreundliche Röntgenquelle dar. Sie kann daher an Orten eingesetzt werden, wie zum Beispiel auf dem Meeresgrund, an denen eine Wartung nur sehr schwer möglich ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle kann vorgesehen sein, dass die Anode als eine Festanode oder Drehanode ausgestaltet ist. Bei einer Festanode trifft der Elektronenstrahl der Elektronenquelle stets am selben Ort auf die Anode auf. Diese mechanisch einfache Form einer Anode eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen eine geringe Intensität von Röntgenstrahlung nötig ist. Durch die geringe benötigte Intensität der Röntgenstrahlung ist auch eine geringe Intensität des Elektronenstrahls nötig, wodurch die Belastung der Anode gering gehalten werden kann. Bei Bedarf einer hohen Intensität an Röntgenstrahlung wird die Anode der Röntgenquelle stark belastet, insbesondere stark aufgeheizt. In diesen und anderen Fällen kann vorgesehen sein, dass die Röntgenquelle mit einer Drehanode ausgestattet ist. Bei einer Drehanode bewegt sich die Anode in einer Rotationsbewegung unter dem Elektronenstrahl. So wird ständig ein anderer Auftreff unkt auf der Drehanode durch den Elektronenstrahl belastet. Die thermische Belastung der Drehanode wird somit auf die komplette Drehanode verteilt. Deutlich höhere Röntgenstrahlungs- Intensitäten sind so möglich.
Bei einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle kann ferner vorgesehen sein, dass die Anode an der gemeinsamen Fokussierfläche angeordnet ist oder die Anode die gemeinsame Fokussierfläche bildet. Durch das Anordnen der Anode an der gemeinsamen Fokussierfläche oder die Bildung der gemeinsamen Fokussierfläche durch die Anode, trifft der Elektronenstrahl der Elektronenquelle, die gemäß des ersten Aspekts der Erfindung ausgestaltet ist, stets an derselben Stelle auf die Anode. An die- ser Stelle und in der Umgebung dieser Stelle in der Anode wird durch die Abbremsung der Elektronen die Röntgenstrahlung der Röntgenquelle erzeugt. Durch die spezielle Anordnung der Anode in Bezug auf die Fokussierfläche der Elektronenquelle wird, unabhängig davon, ob der erste oder zumindest eine zweite Elektronenemitter aktiv ist, die Strahlungscharakteristik der erzeugten Röntgenstrahlung nicht verändert. Dies vereinfacht den Aufbau der Röntgenquelle, da das Umschalten zwischen den Emittern in der Elektronenquelle nicht kompensiert werden muss.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Röntgenquelle kann vorgesehen sein, dass durch die Einrichtung zur Überwachung des Betriebs der Elektronenquelle die Röntgenstrahlung der Röntgenquelle überwachbar ist. Die emittierte Röntgenstrahlung einer Röntgenquelle zu messen stellt eine übliche Vorgehensweise dar. Dafür sind oftmals dedizierte Monitor-Elemente vorhanden oder es werden die zur Signal- oder Bildgewinnung verwendeten Detektoren verwendet. Eine Fehlfunktion, insbesondere ein Ausfall, eines Elektronenemitters kann dadurch auch durch das Messen der
Röntgenstrahlung detektiert werden. Durch die Verwendung von bereits vorhandenen Detektoren ergibt sich daraus wiederum eine Vereinfachung beim Aufbau der Röntgenquelle, da keine zusätzlichen Messgeräte benötigt werden.
Die erfindungsgemäße Röntgenquelle ist selbstverständlich in einem Gehäuse angeordnet. Insbesondere sind dabei die Elektronenquelle und die Anode in einem gemeinsamen, bevorzugt evakuierbar ausgestaltetem, Gehäuse angeordnet.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine erste Seitenansicht einer Röntgenquelle mit einer Elektronenquelle nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine zweite Seitenansicht der Röntgenquelle mit einer Elektronenquelle gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine Röntgenquelle nach einer Ausgestaltungsart der
Erfindung .
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausgestaltung einer Röntgenröhre 100 mit einer Elektronenquelle 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. In der Röntgenröhre 100 ist die Elektronenquelle 1 zusammen mit der Anode 24 in einem Gehäuse 2 angeordnet, wobei der Elektronenemitter 20 der Elektronenquelle 1 in der abgebildeten Ausgestaltungsform als Glühwendel realisiert ist. Vom Elektronenemitter 20 ausgesandte Elektronen werden durch Fokussierelemente (nicht mit abgebildet) zu einem Elektronenstrahl 22 gebündelt. Der Elektronenstrahl 22 trifft auf der Fokussierfläche 23 auf die Anode 24, die in der abgebildeten Ausgestaltungsform als Festanode ausgestaltet ist. Die durch das Abbremsen der Elektronen erzeugten Röntgenstrahlen 25 werden abgestrahlt und können im Anschluss daran verwendet werden. Die Fokus- sierfläche 23 bildet dabei gegenüber der Richtung des Elektronenstrahls 22 insbesondere eine schräge Fläche - beispielsweise in einem Winkel zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt von 45° - und eine Abstrahlrichtung der erzeugten Rönt- genstrahlen 25 ist bevorzugterweise 90° gegenüber der Richtung des Elektronenstrahls 22.
Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Elektronenemitter 20 vorzugsweise mittig über der Fokussierfläche 23 angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine weitere, um 90° gedrehte, Seitenansicht der Röntgenquelle 100 mit einer einzelnen Elektronenquelle 1 gemäß der Ausgestaltungsform aus Fig. 1. Aus den beiden Abbildungen Fig. 1 und Fig. 2 wird deutlich, dass in der Elektro- nenquelle 1 nur ein Elektronenemitter 20 vorgesehen ist. Ein Ausfall oder eine Fehlfunktion des Elektronenemitters 20 führt damit zwangsläufig zu einem Ausfall der kompletten Elektronenquelle 1 und damit der Röntgenquelle 100. Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausgestaltungsform einer Röntgenquelle 100 mit einer Elektronenquelle 1, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip ausgestaltet ist. Dabei ist bei der Röntgenquelle 100 vorgesehen, dass in einem Gehäuse 2 die Elektronenquelle 1 mit einem ersten Elektronenemitter 20 und einem zweiten Elektronenemitter 21 vorgesehen sind. Die beiden Elektronenemitter 20, 21 sind zueinander ortsfest und in einem gleichen Abstand zur gemeinsamen Fokussierfläche 23 und damit zu der nicht abgebildeten, gemeinsamen Vorrichtung zur Fokussierung angeordnet . In dem Gehäuse 2 herrscht ein Vaku- um. Die von den beiden Elektronenemittern 20, 21, die alternativ betreibbar ausgestaltet sind, ausgesandten Elektronen werden durch zumindest eine gemeinsame Vorrichtung zur Fokussierung (nicht mit abgebildet) zu je einem Elektronenstrahl 22 fokussiert und auf eine gemeinsame Fokussierfläche 23 ge- leitet. Die Fokussierfläche 23 ist bei der abgebildeten Ausgestaltungsform von der Anode 24 gebildet, die in der gezeigten Ausgestaltungsform als Festanode realisiert ist und ebenfalls innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Gemäß Fig. 3 sind die beiden Elektronenemittern 20, 21 vorzugsweise nicht mittig über der Fokussierflache angeordnet, sondern versetzt zueinander. Die Richtung des jeweiligen Elektronenstrahls 22 hat insbesondere zwei Richtungskomponenten, eine erste Richtungskomponente in Richtung der Anode 24 und eine zweite Richtungskomponente im rechten Winkel dazu. Vorzugsweise bildet die Fokussierflache 23 erneut gegenüber der ersten Richtungskomponente des Elektronenstrahls 22 ins- besondere eine schräge ebene Fläche - beispielsweise in einem Winkel zwischen 30° und 60°, besonders bevorzugt von 45°. Darüber hinaus wird die Fokussierfläche 23 nicht direkt aus Richtung der ersten Richtungskomponente bestrahlt, sondern schräg in Richtung der zweiten Richtungskomponente, da die beiden Elektronenemittern 20, 21 vorzugsweise nicht mittig über der Fokussierfläche 23 angeordnet sind. Eine Abstrahlrichtung der erzeugten Röntgenstrahlen 25 (nicht dargestellt) ist analog zu Fig. 1 ausgebildet und bevorzugterweise 90° gegenüber der ersten Richtungskomponente des Elektronenstrahls 22.
Die beiden Elektronenemitter 20, 21 werden über eine Stromquelle 26 mit Strom versorgt, wobei für den alternativen Betrieb der beiden Elektronenemitter 20, 21 die Zuleitungen se- parat schaltbar sind. Über eine Einrichtung 27 zur Überwachung des Betriebs der Elektronenquelle 1 kann in der abgebildeten Ausgestaltungsform der Röhrenstrom 28 gemessen werden. Im Falle einer Detektion eines Fehlerzustandes kann ein Überwachungssignal 29 generiert werden. Dieses Überwachungs- signal 29 kann verwendet werden, um in der Stromquelle 26 die Stromzufuhr zum ersten Elektronenemitter 20 zu deaktivieren und die Stromzufuhr zum zweiten Elektronenemitter 21 zu aktivieren. Dadurch kann ein beinahe unterbrechungsfreier Betrieb der Elektronenquelle 1 und damit der Röntgenquelle 100 auch bei Ausfall des ersten Elektronenemitters 20 sichergestellt werden . Ferner ist ein externes Signal 30 gezeigt, das unabhängig von der Detektion eines Fehlerzustandes durch die Einrichtung 27 zur Überwachung der Elektronenquelle 1, genutzt werden kann, um den ersten Emitter 20 abzuschalten und den zweiten Emitter 21 zu aktivieren. Die Lebensdauer einer Elektronenquelle 1 beziehungsweise einer Röntgenquelle 100 mit einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle 1 kann so mit einfachen Mitteln verlängert, insbesondere verdoppelt, oder, bei Einsatz von mehreren zweiten Elektronenemittern 21, vervielfacht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein Austausch der Emitter einer Elektronenquelle nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich ist. Beispiele dafür sind Anwendungen von Röntgenquellen an schwer zugänglichen Orten, zum Beispiel auf dem Meeresgrund.

Claims

Patentansprüche
1. Elektronenquelle (1) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (22), in der ein erster Elektronenemitter (20) und zumindest ein zweiter Elektronenemitter (21) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektronenemitter (20) und der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) alternativ betreibbar ausgestaltet sind, dass der erste Elektronenemitter (20) und der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) zu- einander ortsfest angeordnet sind und dass wenigstens eine gemeinsame Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen des ersten Elektronenemitters (20) und des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (21) vorgesehen ist, wobei durch die wenigstens eine Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen der gebildete Elektronenstrahl (22) des ersten Elektronenemitters (20) und der gebildete Elektronenstrahl (22) des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (21) auf eine gemeinsame Fokussierflache (23) gerichtet werden können.
2. Elektronenquelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektronenemitter (20) und der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) in gleichem oder annähernd gleichem Abstand zur wenigstens einen Vorrichtung zur Fokussierung der Elektronen angeordnet sind.
3. Elektronenquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Fokussierung einen Wehnelt-Zylinder aufweist.
4. Elektronenquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektronenemitter (20) und/oder der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) ein thermischer Emitter ist/sind.
5. Elektronenquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektronenemitter (20) und/oder der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) ein Feldemitter ist/sind.
6. Elektronenquelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektronenemitter (20) und der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) identisch ausgestaltet sind.
7. Elektronenquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Überwachung (27) des Betriebs der Elektronenquelle (1) vorgesehen ist.
8. Elektronenquelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion einer Fehlfunktion des Betriebs der Elektronenquelle (1) durch die Einrichtung zur Überwachung (27) der erste Elektronenemitter (20) deaktivierbar und der zumindest eine zweite Elektronenemitter (21) aktivierbar sind .
9. Elektronenquelle (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einrichtung zur Über- wachung (27) der Elektronenquelle (1) eine Strom-, Spannungsund/oder Leistungsaufnahme des ersten Elektronenemitters (20) überwachbar ist/sind.
10. Elektronenquelle (1) nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass durch die Einrichtung zur Überwachung (27) der Elektronenquelle (1) eine Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsaufnahme des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (21) überwachbar ist/sind.
11. Elektronenquelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das alternative Betreiben des ersten und des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (20, 21), insbesondere das Deaktivieren des ersten Elektronenemitters (20) und das Aktivieren des zumindest einen zweiten Elektronenemitters (21), manuell und/oder automatisch ausführbar ist.
12. Röntgenquelle (100) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (25), aufweisend eine Elektronenquelle (1) und eine Anode (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet ist.
13. Röntgenquelle (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (24) als eine Festanode oder Drehanode ausgestaltet ist.
14. Röntgenquelle (100) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (24) an der gemeinsamen Fokussierflache (23) angeordnet ist oder die Anode (24) die gemeinsame Fokussierflache (23) bildet.
15. Röntgenquelle (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einrichtung zur Überwachung (27) des Betriebs der Elektronenquelle (1) die Röntgenstrahlung (25) der Röntgenquelle (100) überwachbar ist.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3832689A3 (de) 2019-12-05 2021-08-11 Hologic, Inc. Systeme und verfahren für verbesserte röntgenröhrenlebensdauer
US11471118B2 (en) 2020-03-27 2022-10-18 Hologic, Inc. System and method for tracking x-ray tube focal spot position
EP4163948A1 (de) * 2021-10-08 2023-04-12 Excillum AB Kathodenanordnung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1514781A1 (de) 1965-12-13 1969-04-24 Steigerwald Dipl Phys Karl Hei Elektronenstrahl-Erzeugungssystem
DE19515778A1 (de) 1994-04-30 1995-11-02 Shimadzu Corp CT-Röntgenapparat
DE19953613A1 (de) 1999-11-08 2001-05-17 Siemens Ag CT-Gerät sowie Verfahren zum Betrieb eines CT-Geräts

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4799248A (en) * 1987-08-06 1989-01-17 Picker International, Inc. X-ray tube having multiple cathode filaments
US5241577A (en) * 1992-01-06 1993-08-31 Picker International, Inc. X-ray tube with bearing slip ring
US5303281A (en) * 1992-07-09 1994-04-12 Varian Associates, Inc. Mammography method and improved mammography X-ray tube
US5901197A (en) * 1997-08-20 1999-05-04 Continental X-Ray Corporation Method of extending the life of a multiple filament x-ray tube
DE10011294B4 (de) * 1999-03-31 2007-04-05 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre
JP2004265606A (ja) * 2003-01-21 2004-09-24 Toshiba Corp Ｘ線管装置
US7215739B2 (en) * 2004-07-20 2007-05-08 Communications & Power Industries Canada Inc. Active dose reduction device and method
KR100766907B1 (ko) * 2006-04-05 2007-10-17 한국전기연구원 마이크로 집속 수준의 전자빔 발생용 탄소나노튜브 기판분리형 방사선관 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1514781A1 (de) 1965-12-13 1969-04-24 Steigerwald Dipl Phys Karl Hei Elektronenstrahl-Erzeugungssystem
DE19515778A1 (de) 1994-04-30 1995-11-02 Shimadzu Corp CT-Röntgenapparat
DE19953613A1 (de) 1999-11-08 2001-05-17 Siemens Ag CT-Gerät sowie Verfahren zum Betrieb eines CT-Geräts

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Publication number Publication date
DE102011007215A1 (de) 2012-10-18
WO2012139872A3 (de) 2012-12-06

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