<Desc/Clms Page number 1>
Drehbare Röntgenröhre
Die Energiedichte im Brennfleck einer modernen Hochleistungs-Röntgenröhre ist so gross, dass selbst eine mit Wolfram belegte und mit massivem Kupfer unterlegte flüssigkeitsgekühlte Anode im Auftreffpunkt der Kathodenstrahlen in kürzester Zeit durchschmelzen würde. Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn man dafür sorgt, dass der Brennfleck über die Anodenfläche wandert, so dass der jeweils von den Kathodenstrahlen getroffene Punkt nur während kleiner Bruchteile einer Sekunde belastet bleibt.
Solche Einrichtungen sind in verschiedenen Aus- tührungstormen bekannt.
Bei den Dreh-Anoden-Röntgenröhren ist inner- halb eines geschlossenen und ruhenden Vakuumgefässes die Anode drehbar angeordnet. Es muss als Nachteil dieser Röhren bezeichnet werden, dass die Anode die in ihr entwickelte Wärme nicht mit Leitung auf einen ausserhalb der Röhre liegenden Kühler übertragen kann und dass auch keine umlaufende Kühlflüssigkeit mit der Anode in Berührung gebracht werden kann, da es nicht möglich, zum mindesten aber sehr schwierig ist, ein sich drehendes Element luftdicht durch die ruhende Wand einer Röhre hindurchzuführen.
Infolgedessen sind Drehanodenröhren zwar anfänglich hoch belastbar, aber nach einiger Zeit, deren Dauer von der Grösse der Wärmekapazität der Drehanode abhängt, darf, um Überlastung zu vermeiden, nicht mehr Energie zugeführt werden, als die Anode abzustrahlen vermag.
Die direkte Kühlung durch Wärmeleitung ist allerdings möglich, wenn sich nicht nur die Anode, sondern die ganze Röntgenröhre dreht. Bei solchen Röhren muss dafür Sorge getragen werden, dass der Kathodenstrahl während der Drehung abgelenkt wird, denn sonst würde er trotz der Drehung stets den gleichen Punkt der Anode treffen. Zur Ablenkung kann man entweder ein magnetisches oder ein elektrostatisches Feld benützen. Anordnungen der ersteren Art sind beispielsweise in den englichen Patentschriften Nr. 9428 A. D. 1915 und Nr. 365432 beschrieben.
Im Gegensatz dazu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verbesserung einer rotierenden Röntgenröhre der zweiten Art mit Strahlablenkung durch ein elektrisches Feld. Die bisher bekanntgewordenen Röhren der zweiten Art (siehe DRP. Nr. 574885) benutzten einen an der Anode befestigten elektrostatischen Richtkörper, der die
Drehung der Röhre nicht mitmacht. Demgegen- über wird erfindungsgemäss ein stillstehender elektrostatischer Richtkörper in der Nähe der
Kathode angeordnet. Diese Bauart eignet sich besser zur Erzielung eines scharf begrenzten
Brennfleckes als die bekannte und fördert also die
Bildschärfe. Sie hat auch den Vorzug, dass schnelle, sekundäre Elektronen, die in Röntgenröhren allerhand schädliche Wirkungen ausüben können, in viel geringerem Masse vorkommen.
Der Richtkörper kann elektrisch mit der Glühkathode verbunden sein. Es ist unter bestimmten Umständen, z. B. falls es erwünscht ist, den Brennfleck in radialer Richtung verschieben zu können, vorteilhaft, den Richtkörper von der Glühkathode isoliert zu halten und ihn mit einem gesonderten Stromzuführungsdraht zu versehen, so dass ein Potentialunterschied zwischen dem Richtkörper und der Kathode beibehalten werden kann.
Der Richtkörper kann gleichzeitig als Sammelvorrichtung dienen, welche die Elektronen im Brennfleck konzentriert. Er wird drehbar um die Glühkathode angeordnet und mit einer schräg verlaufenden Vorderfläche versehen, die eine in bezug auf die Drehachse exzentrisch liegende Durchlassöffnung für den Elektronenstrahl aufweist.
Bei den bekannten rotierenden Röntgenröhren mit sich mitdrehender Kathode erfahren die Elektronen erst nachdem sie eine erhebliche Geschwindigkeit erreicht haben, eine merkbare Kraft, die sie in seitlicher Richtung treibt, da das elektrische Feld in der Nähe der Kathode noch axial verläuft. Bei der erfindungsgemässen Röhre hingegen haben die Elektronen bereits die gewünschte Richtung, wenn sie in die Entladungsbahn eintreten. Das Bündel kann daher kürzer sein und zeigt geringere Streuung, was der Schärfe des Brennfleckes förderlich ist.
Gegenstand der Erfindung bildet auch eine Schaltung zum Betrieb einer Röntgenröhre, bei der eine Massnahme zur weiteren Verbesserung des elektrischen Feldes in der Nähe der Kathode angewendet ist, die darin besteht, dass dem Richtkörper eine solche positive Spannung in bezug auf die Glühkathode erteilt wird, dass er als Sauganode wirkt. Diese Spannung (Augenblickswert) ist ein proportionaler Teil der Anodenspannung
<Desc/Clms Page number 2>
und hat den gleichen Verlauf, wodurch erreicht wird, dass die Grösse und die Lage des Brennfleckes vollkommen unabhängig von der Anodenspannung sind. Die Spannung am Richtkörper kann auch negativ in bezug auf die Kathode und der Anodenspannung proportional sein.
In einer besonderen Ausführungsform dieses Röntgenapparates ist eine Vorrichtung zur Regelung der Sauganodenspannung mit dem Wähler der Anodenspannung in der Weise gekuppelt, dass unabhängig von der gewählten Spannung, die Sauganode stets den gleichen Prozentsatz der Anodenspannung hat.
Ein Richtkörper mit positivem Potential kann von Elektronen getroffen werden. Bei der erfindungsgemässen Röhre ist der durch den Auf- prall von Elektronen aut den K1chtkörper ver- ursachte Nachteil viel geringer als bei der Röhre mit an der Anode befestigten Richtkörper, da diese Elektronen eine viel grössere Geschwindig- keit haben und somit Röntgenstrahlen und Se- kundärelektronen verursachen. Es entsteht zwar ein Verlust an Elektronen durch die Ableitung zur Sauganode ; dies kann jedoch behoben werden durch Anwendung eines Richtkörpers, der zwei gegeneinander isolierte Blenden aufweist, von denen die äussere mit einem gesonderten Strom- zuführungsdraht versehen und die innere mit der
Kathode verbunden ist oder gleichfalls einen ge- sonderten Stromzuführungsdraht hat.
Der äusseren Blende kann dann eine solche, der Anodenspannung proportionale positive Spannung erteilt werden, dass sie als Sauganode wirkt. Die innere Blende, die Kathodenpotential oder ein negativeres Potential erhält, wirkt als Schirm. Vor der Kathode entsteht dann eine elektronenoptische Linse, die entsprechend dem Zweck der Erfindung, die Kathodenstrahlen auf einen sehr schmalen Brennfleck konzentriert.
Bei der erfindungsgemässen Röhre hat die zurücklenkende Wirkung des Feldes in der Nähe der Anode wenig Effekt wegen der grossen Geschwindigkeit, welche die Elektronen an dieser Stelle besitzen. Diese Wirkung kann übrigens aufgehoben werden, indem an der Anode eine Blende drehbar befestigt wird, deren Vorderfläche senkrecht zu der Richtung steht, die die Achse des Elektronenbündels in der Nähe der Kathode hat. Das elektrische Feld im Beschleunigungsraum hat in diesem Falle eine gerade Linie als Achse und der Raum zwischen der Blende und der Anode ist feldfrei. Die Blende kann durch einen Isolator mit dem Richtkörper verbunden werden, so dass beide als ein Ganzes um die Achse der Röntgenröhre drehbar sind.
Der Richtkörper kann in bekannter Weise mittels eines magnetischen Joches während der Drehung der Röhre in Ruhe gehalten werden.
Die Röntgenröhre kann erfindungsgemäss auch derart gebaut werden, dass der Richtkörper mechanisch fixiert werden kann. Bei der derart ausgebildeten Röhre weist die Wand in der Umgebung der Kathode einen verengten Teil auf und an dieser Stelle ist der Richtkörper drehbar um die Röhrenwand, also ausserhalb des Vakuums angeordnet. Dieser Körper ist vorzugsweise drehsymmetrisch ausgestaltet mit einem Längsspalt versehen ; er kann sowohl trichterförmig als auch zylindrisch sein. Der Spalt veranlasst eine Störung der radialen Symmetrie des elektrischen Feldes in der Nähe der Kathode, welche die Elektronen in schräger Richtung wandern lässt.
Zur näheren Erläuterung sind in der Zeichnung Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Röntgenröhre im Schnitt dargestellt.
Fig. 1 ist eine Röhre, bei der der Richtkörper Kathodenpotential besitzt, Fig. 2 stellt eine Bauart mit zweiteiligem Richtkörper dar, Fig. 3 stellt eine Röhre dar, bei der der Richtkörper sich ausserhalb des Vakuums der Röhre befindet. Fig. 4 ist eine axiale Projektion des Richtkörpers, der in Fig. 3 dargestellten Röhre.
In den ersten drei Figuren werden die Glaswand der Röhre mit 1, die Anode mit 2 und die Glühkathode mit 3 bezeichnet. Die Anode, die nur in Fig. 1 im Schnitt dargestellt ist, weist einen Hohlraum 4 auf zum Zwecke der Kühlung durch eine strömende Flüssigkeit, die von einer Röhre 5 zugeführt wird.
Zwischen der Glühkathode 3 und der Anode 2 ist ein Richtkörper vorhanden, der bei den Röhren nach Fig. 1 und 2 mittels eines magnetischen Joches an Ort und Stelle gehalten wird, wenn die um ihre Achse 7 drehbare Röntgenröhre in Drehung versetzt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht der Richtkörper aus einer Sammelvorrichtung 8, die leicht drehbar auf einem Metallzylinder 9 betestigt ist, der die (jluitathode tragt. bie ist mit ferromagnetischen Polen 10 versehen zum magnetischen Fixieren des Richtkörpers bei sich drehender Röhre mit Hilfe des Joches 6. Um den Kraftlinien des elektrischen Feldes an der Stelle, an der die Elektronen den Körper 8 verlassen, die gewünschte Richtung zu erteilen, hat der Richtkörper eine schräg verlaufende Vorderfläche.
Durch die exzentrische Lage der Durchlass- öffnung 11 für die Elektronen werden letztere unter einem Winkel in bezug auf die Achse 7 zur Anode 2 gezogen und sie treffen letztere ausserhalb der Achse auf der kegelförmigen Vorderfläche 12, auf der der Anodenspiegel angebracht ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Richtkörper aus zwei, gegeneinander isolierten Kappen 13 und 14, die beide an der Vorderseite eine schräg verlaufende Blende aufweisen. Sie sind durch Bolzen 15 am Polsystem 10 befestigt, jedoch durch Ringe 16 aus Isolierstoff ist dafür gesorgt, dass nur die Kappe 14 elektrisch mit dem Anker 10 verbunden ist. Die Kappe 13 ist auf einem Kugelblöckchen 17 angeordnet und steht dadurch mit dem Stromzuführungsdraht 18 in Verbindung.
Der Anker 10 ruht auf einem Kugelblöckchen 19 und steht daher in Verbindung mit dem Stromzuführungsdraht 20. Die Drähte 18 und 20 sind mit Büchsen 21 und 22 verbunden, die durch ein angeschmolzenes gläsernes Zwischenstück 23 aneinander befestigt sind. An der
<Desc/Clms Page number 3>
Büchse 21 ist das Blöckchen 17, an der Büchse 22 das Blöckchen 19 befestigt. Die Büchse 22 ist um den Glaszylinder 24 geklemmt, der an den einspringenden Teil 25 der Röhrenwand angeschmolzen ist, der den Quetschfuss 26 trägt. Die Stromzuführungsdrähte 27 und 28 dienen zur Leitung des Heizstromes der Kathode.
Bei der Verwendung der Röhre kann dem Draht 18 und daher der Kappe 13 ein negatives und dem Draht 20 und daher der Kappe 14 ein positives Potential in bezug auf den Glühfaden 3 gegeben werden. Es wird auf diese Weise eine elektronen-optische Linse gebildet, die einen besonders kleinen Brennfleck auf dem Anodenspiegel 12 entstehen lässt. Dies entspricht dem Zweck der Drehung der Röhre, die ja dazu dient, eine höhere spezifische Belastung der Anode zu ermöglichen und somit bei gegebener Leistung einen kleineren Brennfleck zulässig zu machen.
Die Blenden der Kappen 13 und 14 weisen je eine exzentrisch liegende Durchlassöffnung 29 bzw. 30 auf. Der Elektronenstrahl tritt durch diese Öffnungen in der mit 31 angegebenen
Richtung hinaus, unter einem solchen Winkel zur Achse 7, dass der Anodenspiegel in einiger
Entfernung von der Achse getroffen wird.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Röhre weist die Wand 1 in der Umgebung der Glühkathode 3 einen engeren Teil 32 auf, so dass hier zwischen der Wand und dem Zylinder 33, dessen Rand den Glühfaden umgibt, nur ein enger Raum vorhanden ist. Um den Teil 32 herum ist der Richtkörper 34 drehbar angeordnet. Letzterer kann bei Drehung der Röhre um ihre Achse 8 mechanisch fixiert und in vollkommener Ruhe gehalten werden, so dass ein Zittern der Brennflecke, das beim magnetischen Fixieren des Richtkörpers nicht immer vermieden werden kann, ausgeschlossen ist.
Der Richtkörper 34 ist trichterförmig und hat einen weiten Längsspalt 35 (Fig. 4). Dies hat zur Folge, dass bei negativem Potential des Richtkörpers die Elektronen in Richtung des Spaltes abgelenkt werden und sich in der mit 36 angegebenen Richtung in der Symmetrieebene des Körpers 34 zum Anodenspiegel 12 bewegen.
Durch Änderung des Potentials oder der Lage des Richtkörpers 34 ist die Lage des Brennfleckes veränderlich. Dies ist z. B. von Bedeutung bei Röhren zur Prüfung von Stoffen, bei denen es sich um die Erzeugung von Röntgenstrahlen bestimmter Wellenlänge handelt. Es kann dabei erforderlich sein, über Anodenspiegel aus verschiedenen Materialien zu verfügen, um das verschiedenen Spektren der ausgesandten Strahlen eine Auswahl treffen zu können. Bei einer erfindungsgemässen Röhre können diese Anodenspiegel als konzentrische Ringe auf der Vorderfläche 12 der Anode angebracht sein.
Durch Regelung des Potentials oder der Lage des Richtkörpers lässt sich die Richtung der Elektronen ändern und somit der Brennfleck auf den gewünschten Ring stellen.
Wird dem Richtkörper 34 ein positives Potential in bezug auf die Kathode gegeben, so zieht er den Elektronenstrahl auf sich und lässt den
Brennfleck an der gegenüberliegenden Seite entstehen. Es ist also möglich, die Röntgen- strahlen nach Belieben an zwei entgegengesetzten
Seiten der Röhre austreten zu lassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Röntgenröhre, bei der eine relative Bewegung des Brennfleckes in bezug auf die Anode durch
Drehung der Röhre um ihre Längsachse erhalten wird und die von einer in der Drehachse ange- ordneten Kathode ausgesandten Elektronen mittels eines stillstehenden elektrostatischen Richtkörpers in schräger Richtung zur Anode bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Richtkörper in der Nähe der Kathode angeordnet ist.