Röntgeneinrichtung, bei der die Röntgenröhre von einem aufzuladenden Kondensator gespeist wird. Bekanntlich kann man durch Anwendung eines Kondensators Röntgenaufnahmen von kurzer Dauer mit sehr höher elektrischer Lei stung vornehmen,
ohne das zur Verfügung stehende Leitungsnetz stark zu belasten. Der Kondensator wird mit geringem Ladestrom bis auf die bestimmte Hochspannung auf geladen.
Die Dauer der Aufladung kann sich über viele Perioden des für die Speisung des Hochspannungstransformators benötigten Wechsels.tromeserstrecken und kann mehrere Sekunden dauern.. Die Dauer,der wirksamen Entladung ist von der Glühstromstärke der Röntgenmöhre und von ,
dem Anfangswert der Kondenoatorspannung abhängig. Die Ent ladung kann mit einer Stromstärke stattfinden, die vielmal grösser ist als die Stromstärke bei der Aufladung,deis Kondensators. Man kann somit eine Aufnahme mit einer grossen., nur durch die Leistungsfähigkeit der Röntgen röhre begrenzten Milliamperesekundenzahl und in einer sehr kurzen Zeit vornehmen.
Ein Nachteil -bei der Kondensatorent- ladung ist das Sinken der--Spannung während ,der Entladung. Mit der Abnahme der im Kondensator aufgespeicherten Ladung Q ver- mindert sich die Spannung y' des Kondensa- @tors, die der Ladung Q proportional ist,
und zwar ist
EMI0001.0061
wenn C die Kapazität des Kondensators ist. Wenn die Spannung, mit .der die Entladung des Kondensators anfängt, den Wert E hat, so ändert sich ,
die Spannung mit ider Zeit t während der Entladung über einen konstanten Widerstand R nach der Gleichung
EMI0001.0073
Fig. 1 der Zeichnung gibt ein Beispiel für den Spannungsverlauf bei -.der Kondensator- entladung -über einen konstanten Widerstand. Um die .Spannungsänderung während der Aufnahme innerhalb gewisser <RTI
ID="0001.0085"> Grenzen zu halten, kann man,die Kapazität,des Konden- sators vergrössern. -Die Berührungslinie E P in dem Punkt V = E der Spannungskurve (Fig. 1) schneidet von der Zeitachse ein Stück <I>OP =</I> CR ab. Wenn man also C grösser macht, wird OP grösser, hat also die Kurve eine weniger starke 'Neigung und fällt die Spannung weniger rasch ab.
Je weniger Spaunungsä-nderung man. während einer Auf nahme von bestimmter Dauer und mit be stimmter Milliamperesekundenzahl zulassen will, um so grösser muss die Kapazität des Kondensators sein. Auf jeden Fall kann sich nur ein verhältnismässig geringer Teil der im Kondensator aufgehäuften Energie ,an der Strahlenaussendung beteiligen. Der grössere Teil bleibt im Kondensator zurück, wenn die Röhre rechtzeitig ausgeschaltet wird oder geht unbenutzt verloren, wenn eine Ausschal tung nicht stattfindet.
Ein bekanntes Mittel um die Form der Spannungskurve zu verbessern, besteht darin, dass man einen zweiten Energiespeicher ver wendet. So ist es bekannt, mit der Röhre eine Drosselspule in Reihe zu schalten, die so bemessen ist, dass sie im Anfang .der Ent ladung die Spannung aufnimmt und mit all mählich abnehmender Wattzahl einen Teil der vom Kondensator abgegebenen Energie ansammelt, um denselben, nachdem die Röh renspannung bis zu einem Wert gleich der hondensatorspannung angewachsen ist, wie der an die Röhre abzugeben.
Hierdurch wird erreicht, dass die Kurve der Röhrenspannung einen aufsteigenden und einen :sinkenden Teil hat. Dazwischen liegt ein Punkt, wo sie eine parallel zur Zeitachse liegende Linie berührt. Die Kurve hat dann wenigstens einen Teil, wo die Spannung nicht allzu stark variiert, denn sowohl links als rechts des Scheitel punktes treten dieselben Spannungswerte auf.
Bei der erfindungsgemässen Röntgenein- richtung kann der Energieinhalt des Konden sators besser ausgenützt werden. Erfindungs- gemäss ist in Reihe mit der Röntgenröhre ein Energieverbraucher geschaltet. Dieser nimmt einen Teil der Kondensatorspannung auf und vernichtet auch einen Teil ;der aufgespeicher ten Energie.
Der ZVidersta.nd dieses Energie verbrauchers wird in Abhängigkeit der Kon- den.:atorspannung derart geregelt, dass der von ihm aufgenommene Teil der Kondensa- torspannung bei fortschreitender Kondensa- torentladung immer kleiner wird und die Spannung an der Röntgenröhre praktisch konstant bleibt, solange dieKondensatorspa.n- nung über einem bestimmten Wert liegt..
Als Energieverbraucher verwendet man zweclunässig eine gittergesteuerte Entladungs röhre, im folgenden Steuerröhre genannt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass der \Vidersta,nd des Energieverbrauchers leicht und trägheitslos geregelt werden kann.
Auch kann die Röhre dazu ver-,vendet -erden, den Entladungsstrom ein- und auszuschalten. Die Schaltung der Steuerröhre wird zweckmässig o gewählt, dass die Spannungsänderungen an der Röntgenröhre durch die als Gleichstrom verstärker wirkende Steuerröhre verstärkt auf den reit der Röntgenröhre in Reihe lie genden Teil des Stromkreises übertragen werden, mit andern Worten, dass beim Sinken der Kondensatorspannung die Spannung an der Steuerröhre sich stark vermindert,
die Spannung an der Röntgenröhre dagegen praktisch konstant bleibt.
Zweckmässig verbindet man das Gitter der Steuerröhre über eine Quelle konstanter positiver Vorspannung mit einem Punkte, dessen PotenüalunterzehiE-d gegenüber der Kathode der Steuerröhre negativ ist und sich mnit der Spannung an der Röntgenröhre gleichsinnig ändert. Es ergibt sich dabei die Möglichkeit,
die Spannung an der Röntgen röhre innerhalb weiter Grenzen beliebig zu w i ählün. wenn die positive Vorspannung t' oder das Verhältnis der negativen Zusatzspannung zii der Röhrenspannung oder diese beide re gelbar sind.
Das günstigste Verhältnis zwischen der in der Röntgenröhre verbrauchten und in dem Kondensator aufgespeicherten Energie erhält. inan, wenn die Konden=atorspanuung das Doppelte der Röhrenspannung beträgt. Es ist darum die Spannung, auf welche der Kon- densalor aufgeladen wird, zweckmässig dop pelt so hoch zu wählen, wie der mittlere Wert :des verlangten Bereiches der Röhren spannung.
In Fig. 2 der Zeichnung ist für ein Aus- führungsbeispiel,des Erfindungsgegenstandes die Kondensatorspannung als Funktion der Milliamperesekun:
denzah1 eingetragen. Wenn Q, die im Kondensator bei Beginn der
EMI0003.0015
Entladung <SEP> vorhandene <SEP> Ladung <SEP> ist, <SEP> so <SEP> ist
<tb> die <SEP> nach <SEP> einer <SEP> Zeit <SEP> t <SEP> vorhandene <SEP> Ladung
<tb> <I>0 <SEP> =ev <SEP> - <SEP> Q,_- <SEP> S <SEP> idt.</I> <SEP> Das <SEP> Verhältnis <SEP> zwischen
<tb> Kondensatorspannung <SEP> und <SEP> Milliamp6resekun den <SEP> ist <SEP> somit <SEP> linear. <SEP> Die <SEP> Gerade <SEP> S <SEP> U <SEP> stellt
<tb> den <SEP> Verlauf <SEP> :der <SEP> Spannung <SEP> als <SEP> Funktion <SEP> :der
<tb> Milliamperesekundenzahl <SEP> :dar.
<tb>
Wenn <SEP> die <SEP> praktisch <SEP> konstant <SEP> gehaltene
<tb> Röhrenspannung <SEP> <I>ER, <SEP> = <SEP> 0E,</I> <SEP> ist, <SEP> so <SEP> stellt <SEP> das
<tb> Rechteck <SEP> 0E1 <SEP> X, <SEP> M, <SEP> die <SEP> Energie,dar, <SEP> welche
<tb> von <SEP> der <SEP> Röhre <SEP> bei <SEP> konstanter <SEP> .Spannung <SEP> ver braucht <SEP> wird. <SEP> Wenn <SEP> 0E, <SEP> = <SEP> :1/2 <SEP> OS, <SEP> beträgt
<tb> ,diese <SEP> Energie <SEP> 5,0-% <SEP> :
des <SEP> gesamten <SEP> Energie inhaltes <SEP> des <SEP> Kondensators. <SEP> Die <SEP> Kurve <SEP> zweiten
<tb> Grades <SEP> <I>ON@N,N,U</I> <SEP> stellt <SEP> als. <SEP> Funktion <SEP> der
<tb> Xilliamperesekunden <SEP> die <SEP> verfügbare <SEP> Energie
<tb> <I>VS <SEP> idt</I> <SEP> dar. <SEP> Wenn <SEP> bei <SEP> einem <SEP> bestimmten <SEP> An faugswert <SEP> OS <SEP> der <SEP> Kondeusatorspannuug <SEP> die
<tb> Ro-hrenspannung <SEP> z. <SEP> B. <SEP> 0E= <SEP> gewählt <SEP> wird,
<tb> so <SEP> ist <SEP> das <SEP> Rechteck <SEP> <I>OEZX_Mz</I> <SEP> das <SEP> Mass <SEP> für
<tb> die <SEP> nützliche <SEP> Energie. <SEP> Wählt <SEP> man <SEP> die <SEP> Röh renspaunung <SEP> 0E;, <SEP> so <SEP> ist:di:e@Energie <SEP> OE@@@M;
a.
<tb> Die <SEP> Ordinaten <SEP> <I>31,N.</I> <SEP> .und, <SEP> <I>1VI,N,</I> <SEP> füT <SEP> S <SEP> <I>idt=OM_</I>
<tb> bezw. <SEP> 0M., <SEP> -sind <SEP> proportional <SEP> dem <SEP> Inhalt <SEP> :die ser <SEP> Rechtecke. <SEP> In <SEP> der <SEP> Figur <SEP> ist <SEP> <I>MZNz <SEP> = <SEP> 313N3</I>
<tb> gewählt. <SEP> Bei <SEP> zwei <SEP> venschiedennen <SEP> Röhrenspan nungen <SEP> E.- <SEP> und <SEP> E3 <SEP> können: <SEP> also <SEP> Aufnahmen
<tb> mit <SEP> gleicher <SEP> WaItsekundenzahl <SEP> gemacht
<tb> werden.
<tb>
Ist <SEP> die <SEP> Röhrenspannung <SEP> 0E, <SEP> so <SEP> wird <SEP> die
<tb> durch <SEP> das <SEP> Dreieck <SEP> E1X,S <SEP> dargestellte <SEP> Ener gie <SEP> im <SEP> vorgeschalteten <SEP> Verbraucher <SEP> vernich tet, <SEP> die <SEP> Energie, <SEP> welche <SEP> durch <SEP> das <SEP> Dreieck
<tb> <I>X,1l7,U</I> <SEP> dargestellt <SEP> wind, <SEP> bleibt, <SEP> wenn <SEP> der
<tb> Röhrenstrom <SEP> rechtzeitig <SEP> ausgeschaltet <SEP> wird,
<tb> im <SEP> Kondensator <SEP> zurück. <SEP> Für <SEP> die <SEP> nächste <SEP> Auf nahme <SEP> braucht <SEP> dann <SEP> nur <SEP> die <SEP> Energie <SEP> <I>0311X18</I>
<tb> dem <SEP> Kondensator <SEP> zugeführt <SEP> zu <SEP> werden.
<tb>
Die <SEP> Fig. <SEP> 3 <SEP> gibt <SEP> einen <SEP> Vergleich <SEP> zwischen
<tb> einer <SEP> Einrichtung <SEP> ohne <SEP> stromregelnden <SEP> Ver braucher <SEP> und <SEP> einem <SEP> Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach :der Erfindung, woraus besonders die Vorteile für den letzteren Fall :ersichtlich ;sind. Angenommen die Spannung an der Röhre darf im ersten Fall nicht mehr als 20% während der Aufnahme sinken. Man.
kann :dann einen Kondensator mit einer Ka pazität
EMI0003.0024
verwenden; und wenn die Spannung von<I>OG</I> auf KH <I>=</I> 0.,8 <I>OG</I> herab- gesunken ist, den Strom unterbrechen. Von dem genannten Energieinhalt <I>OLG</I> des Kon- :
densatars hat man dann den Teil OKHG ver braucht, dass ist 3,3 %.
Im zweiten Falle kann man einen Konden sator mit viel geringerer Kapazität verwen:- ,den, z. B. einer Kapazität
EMI0003.0044
und diesen, bis auf die Spannung 0A auf laden. Diese Spannung ist so hoch gewählt, ,dass sie gleich OG -f- .gH ist.
Wird 'dabei die Röhrenspannung auf 0F=,1/2 0A eingestellt, so dass sie @dens:elben Wert wie die Röhren spannung im ersten Fall durchschnittlich hat, so wird von dem Energieinhalt OBA des Kondensators 50% nützlich verbraucht und die Wattsekundenzahl der Aufnahme ist in beiden Fällen dieselbe.
Ist zum Beispiel die Kapazität C2 <I>=</I> 4,uF und die .Spannung 0A =100 kV, ;so ist der gesamte Energieinhalt :des Kondensators 20 kWsek. Davon werden bei einer Röhren spannung von 50 kV 10 kWsek. nützlich verbraucht.
Um :dieselbe Energie mit einer nicht konstant gehaltenen Spannung, deren Anfangswert 55 kV und deren Endwert 45 kV ist, zu erreichen, muss der Kondensator eine Kapazität von<B>20</B> ,uF besitzen und darin muss man 30,25 kWsek. aufspeichern.
Der zweite Fall bringt also die Vorteile, :dass die Röhrenspannung günstiger wird, weil sie sich während der Aufnahme verhältnis mässig wenig vermindert, .dass die durch das Netz zu liefernde Energie geringer sein kann und besonders, dass man eine vielgeringere Kapazität braucht, um Aufnahmen mit einer bestimmten Wattsekundenzahl vorzunehmen.
Die Auflaadevorrichtung kann während .der Korndensatorentladung von der Röntgen- röhre getrennt sein. Die Fig. 2 und 3 be ziehen sich auf diesen Fall.
Während der Entladung zinkt dabei die Kondensatorspannung rasch ab. Dadurch ver mindert sich die Spannung an der Röntgen röhre. Bei der oben erwähnten Ausführungs form wird die Gitterspannung der Steuer röhre allmählich etwas weniger negativ, und wenn die Kondensatorspannung h so weit gesunken ist, da.ss sie nur noch wenig grösser als Eu ist, fängt die Leitfähigkeit der Steuer röhre merklich zu steigern an. Die noch vor handene Spannung entfällt dann praktisch ganz auf die Röntgenröhre.
Diesen Teil der Kondensatorentladung wird man in der Re gel nicht für die Aufnahme verwenden, weil die Spannung an der Röntgenröhre dabei rasch bis auf einen Wert herabsinkt, der so gering ist, dass die Röhre al:s Strahlenquelle unwirksam wird. Man wird darum die Röhre meistens vorher abschalten.
Die AuflaJevorriehtung kann auch mit der Röhre verbunden bleiben. Dabei kann man entsprechend dem früheren Patent Nr. 1R4397 den innern Widerstand der Rönt genröhre erhöhen, so dass der Spannungs abfall in der Speisevorrichtung so klein bleibt, dass bei dem sich einstellenden Gleich- (Yeiv iehtszrrstand, wenn .der Kondensator in ,jeder Periode des VTechselstromes ebensoviel Lzdung aus der Stromquelle aufnimmt,
wie vom Kondensator an die Röhre abgegeben wird, die Spannung an der Röhre zum Aus senden von Röntgenstrahlen ausreicht.
Wird der innere Widerstand der Rönt genröhre nicht während der Kondensator, entla.dung erhöht, so wird im allgemeinen, nachdem ein grosser Teil der im Kondensator aufgespeicherten Energie verbraucht ist, ein Gl_eiehgewichtszustand entstehen, bei dem die Spannung für die Strahlenerzeugung zu ge ring ist.
Man verwendet ja. einen Kondensa tor, um mit einer verhältnismässig schwachen Speisevorrichtung auskommen zu können, die bei Belastung mit einem geringen Wider stand die erzeugte <I>E.</I> M. <I>K.</I> grösstenteils in ihrem innern Widerstand selbst verzehrt. Es ist in diesem Falle nicht. nötig, den Strom rasch abzuschalten, vorausgesetzt, dass die Ladevorrichtung die kurzschlussartige Be lastung mit dem geringen Widerstand der Röntgenröhre verträgt und dass Netz nicht zrr stark belastet wird.
Fig. 4 zeigt das Schattungssehema eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung, bei der die Speisevorrichtung während der Entladung des Kondensators mit der Röntgenröhre verbunden bleibt. Der Hochspannungstransformator 1, von dem nur die Sekundärwicklung gezeichnet ist, lädt über die Ventile<B>)</B> und 3 (vorzugsweise Glüh- kathodenröhren) die Kondensatoren 4 und 5 auf.
Diese können sich über die Röntgen röhre 6 und die mit ihr in Reihe geschaltete Dreipolröhre 7, die als Steuerröhrer dient, entladen. Die Kathode 8 der Röhre 7 ist mit ,der Anode 9 der Röntgenröhre 6 über eine Schutzdrossel 10 (gegen Röhrendurchschläge) verbunden. Ein Widerstand 11 verbindet die Anode 9 mit der Kathode '12 -der Röntgen röhre.
Die erforderlichen Glühstromkreise für die Glühkathoden 8 und 12 und für die Glüh kathoden der Ventile 2 und 3 sind in der Zeichnung nicht angegeben.
'Da,:, Gitter 13 der Steuerröhre 7 ist über einen Widerstand 14, eine Quelle konstanter positiver Vorspannung 15 und einen Schalter 16 mit einer Anzapfung 17 des Widerstandes 11 verbunden.
Die Röhrenspannung sei E und die Span nung zwischen der Anode 9 und dem Punkt <I>17</I> Eln. Wenn ferner die Spannung der Quelle 1,5 g ist, so ist die Gitterspannung der Röhre
EMI0004.0065
Die Röhrenspannung lässt sich nun wie folgt in einer Formel aus drücken:
EMI0004.0067
D ist; hierin der Durchgriff der Röhre 7 und T' die Spannung zwischen der Anode 18 und der Kathode 12. Wenn man nun darauf acht gibt, da.ss T'D sehr klein ist mit Bezug auf g, so ist E ungefähr konstant. Meistens wird WV klein sein mit Bezug auf 1. E ist :dann un gefähr proportional n.
Angenommen die Leerlau.fspannung des Transformators 1 sei 0,5 V1, dann ist die Spannung V zwischen der Anode 18 und der Kathode 12 mit der die Belastung anfängt, ungefähr V,. Davon entfällt ein Teil ER auf die Röntgenröhre, der z. B. 50@% von Vl be trägt.
Was nach Einschaltung des E:ätladungs- stromes mit den Spannungen geschieht, hängt :davon ab, wie hoch die Stromstärke der Röntgenröhre ist. Ist diese Stromstärke ge nügend klein, so entsteht ein Gleichgewichts- zustand, bei dem die Kondensatorspannung V immer oberhalb ER und die Spannung an der Röntgenröhre E ungefähr gleich ER bleibt.
Man kann hieven Gebrauch machen, um Durchleuchtungen oder Aufnahmen von län gerer Dauer mit .geringer Leistung und belie big einstellbarer Spannung ER zu machen.
Wird aber :die Röhrenstromstärke auf einen Werteingestellt, bei dem der Span nungsverlust der Aufladevorrichtung grösser ist als der Unterschied zwischen Kondensator- spannung V und ER beträgt, so wird solange die Kondensatorspannung höher als ER ist, den Kondensatoren mehr Ladung entnommen als ihnen durch :die Ladevorrichtung zugeführt wird, und die Kondensatorspannung sinkt. Solange V noch beträchtlich höher als ER ist, bleibt die Spannung E praktisch konstant.
Je geringer der Unterschied zwischen V und En wird, um .so stärker nimmt auch E ab. Dadurch wird die vom .Spannungsteiler 11 abgegriffene negative Gittervorspannung be trächtlich kleiner, die Leitfähigkeit der Röhre 7 grösser, so dass schliesslich :die Span nung E mit der Kondensatorspannung zu sammenbricht und auf einen unterhalb ER liegenden Wert zurückfällt, der desto gerin ger ist, je grösser :die eingestellte Röhren- stromstärke ist, und so klein sein kann, dass keine Aussendung von Röntgenstrahlen mehr s1 attfindet.
Der .Schalter 16, der durch eine Spule 19 geöffnet werden kann, ist vorgesehen, um den Strom in der Röntgenröhre zu unterbrechen. Zur Erregung der Spule 19 kann eine auto matisch wirkende Vorrichtung, wie z. B. eine Zeitschaltvorrichtung oder ein Milli- amperesekundenrelais vorgesehen sein.
Sobald der ,Schalter 16 geöffnet wird, wird das Gitter der Steuerröhre, das über eine Quelle negativer Vorspannung 20 und einen hohen Widerstand 21 mit der Anza-pfung 17 ver bunden ist, negativ. Die Steuerröhre ist dann nicht mehr leitend und,der Strom wird unter brochen. Die Milliamperesekundenzahl kann hierdurch beliebig begrenzt werden.
Die Ventile in dem Ladekreis können zweckmässig dazu benutzt werden, das Netz oder den Transformator gegen Überlastung zu schützen, indem sie :durch ihren Sätti- gungsstrom die Aufladeleistung begrenzen.
Die Glühkathodenheizung der Ventile wird dann so eingestellt, :dass sie auch bei Kurz schluss der Kondensatoren oder bei ungelade nen Kondensatoren keinen grösseren Strom aufnehmen, als der höchstzulässigen Be lastung :des Netzes oder :;les Transformators entspricht.
Es kann dann erwünscht sein, die Ventile mit einem Schirm zu umgeben, der Röntgenstrahlen absorbiert, weil unter Umständen :die Spannung an .den Ventilen bis auf einen Wert, bei dem eine merkliche Strahlung stattfindet, zunehmen kann, wenn der Sättigungspunkt erreicht ist.
Um sowohl eine ,Strombelastung grösser als die, welche die Aufladevorrichtung bei einer nützlichen Röhrenspannung liefern kann, als auch eine wirksame Stromlieferung direkt aus :dem Netz zu erzielen, kann man während der Kondensatorentladung :den Wi derstand der Röntgenröhre erhöhen, und da durch das Gleichgewicht nach .einer höheren Spannung E verlegen, bei der brauchbare Röntgenstrahlen erzeugt werden.