Vorrichtung zur Herstellung kurzzeitiger Aufnahmen mittels Röntgenstrählen. Bei der Herstellung kurzzeitiger Aufnah men mittels Röntgenstrahlen wird die Rönt- genröhre stossweise belastet. Die für die Auf nahme erforderliche Energie kann einer Quelle konstanter Spannung entnommen werden. Derartige Aufnahmen erfordern eine hohe Stromstärke.
Um sicher zu sein, .dass die Span nung an -der Röntgenröhre während der Auf nahme nahezu konstant bleibt, müssen die Vorrichtungen zur Umwandlung von Wech selstrom in Gleichstrom grosse Abmessungen haben, um die Spannungsschwankungen, die beider Belastung infolge des in den Ventilen und Kondensatoren auftretenden Spannungs verlustes auftreten, innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten.
Bei .der Anwendung von pulsierendem Gleichstrom für den kurzzeitigen Betrieb der Röntgenröhre ist die Röhre nur während eines Teils jeder Halbperiode der gleichgerichteten Spannung voll belastet. Ausserdem sind die Ergebnisse der Röntgenaufnahme zu einem wesentlichen Teil abhängig von dem Verlauf der während der Belastung an der Röhre auftretenden Spannung, welche die Kon trastwirkung im photographischen Material bestimmt. Ist die Spannung übermässig hoch, ,so sind die Strahlen zu hart und die Kontrast- "virkung ungenügend.
Ist hingegen die Span nung übermässig niedrig, so wird ein wesent licher Teil der Strahlen im Körper, von dem die Aufnahme hergestellt werden soll, absor biert, Bei pulsierender Gleichspannung ist die Röhrenspannung stets während eines Teils der Phase zu niedrig. Es wird infolgedessen nur ein Teil der .der Röhre zugeführten Ener gie in nutzbare Röntgenstrahlen umgewandelt, so dass ein niedriger Wirkungsgrad erhalten wird.
Bei bekannten Röntgenapparaten wird zur Speisung der Röntgenröhre häufig auch ein Kondensator benutzt, der nach Aufladung auf eine bestimmte Spannung über die Röntgen röhre zur Entladung gebracht wird. Der dabei die Röntgenröhre durchfliessende Strom hat eine grosse Intensität, während die Ent ladung eine sehr kurze Dauer hat. Derartige Vorrichtungen eignen sich besonders zur Her stellung kurzzeitiger Aufnahmen mittels Rönt genstrahlen. Damit ein bestimmter -Teil der im Kondensator vorhandenen Energie von der Röntgenröhre in nützliche Röntgenstrah len umgewandelt wird, muss der Kondensator bis auf eine höhere Spannung geladen werden, als im Hinblick auf eine gute Kontrastwir kung der Röntgenstrahlen gewünscht ist.
Die Strahlen sind im Anfang der Entladung zu hart. Nachdem die Spannung einen bestimm ten Wert unterschritten hat, ist die Härte der Strahlung zu gering.
Es ist bekannt, bei einer solchen Vorrich tung eine Selbstinduktionsspule in Reihe mit der Röntgenröhre zu schalten, wodurch die Spannung an der Röntgenröhre während der Entladung des Kondensators derart beein- flusst werden kann., dass der Höchstwert der Spannung weniger abweicht von dem mitt leren Wert der Spannung innerhalb des Be reiches, in dem die Kondensatorentladung für die Herstellung einer Röntgenaufnahme brauchbare Resultate liefert.
Es ist zwar auf diese Weise gelungen, einen grösseren Teil der im Kondensator verfügbaren Energie in wirk same Röntgenstrahlen umzuwandeln, aber die Spannungsänderungen an der Röntgenröhre im Zeitraum, in dem die Aufnahme zustande kommt, sind -dabei doch noch bedeutend.
Die Erfindung hat den Zweck, bei einer Vorrichtung zur Herstellung kurzzeitiger Röntgenaufnahmen, die mit einer Spannungs quelle versehen ist, .die eine stark veränder liche Spannung liefert und die eine Selbst induktionsspule mit Eisenkern aufweist, wo bei die Spule in Reihe mit der Röntgenröhre geschaltet ist, die Belastung der Röntgen röhre bei nahezu konstanter Spannung er folgen zu lassen. Dies ist. erfindungsgemäss dadurch möglich, dass die Selbstinduktion der Drosselspule während des Fliessens des Bela stungsstromes geändert wird.
Zu .diesem Zweck können Mittel angewendet werden, welche die Magnetisierung des Eisenkernes derart beeinflussen, dass die Selbstinduktion der Spule zunimmt, nachdem nach .dem Schlie ssen des Belastungsstromkreises die Spannung der Speisevorrichtung die Belastungsspannung erreicht hat und abnimmt, wenn diese Span nung unterhalb der Belastungsspannung sinkt.
Die gewünschte Beeinflussung der Ma gnetisierung des Eisenkernes kann dadurch erzielt werden, dass auf dem Eisenkern der Drosselspule eine Hilfswicklung vorgesehen wird, durch welche ein veränderlicher Strom geführt wird. Zur Erzielung einer Vergrösse rung der Selbstinduktion muss dieser Strom derart gerichtet sein, dass er ein magnetisches Feld erzeugt, das entgegengesetzt zu dem vom Strom in der Selbstinduktionsspule erzeugten Feld gerichtet ist. Umgekehrt muss der Strom ein gleichgerichtetes Feld erzeugen, wenn eine Herabsetzung der Selbstinduktion ge- iv-ünscht wird.
Die Stromänderungen in der Hilfswicklung können dadurch herbeigeführt werden, dass eine Gleichspannungsquelle mit der Hilfswicklung über einen synchron mit der Wechselspannung im Speisenetz angetrie benen Kommutator verbunden wird. Es ist auch möglich, den :Eisenkern mit einem Luft spalt zu versehen und letzteren während des Betriebes der Röhre grösser oder kleiner zu machen. Dies kann durch Ein- und Aus schieben eines ferromagnetischen Körpers er folgen, der bei eingeschobener Lage den Luftspalt ausfüllt und sieh in der andern Stellung ausserhalb des Luftspaltes befindet.
Bei einer mit der Wechselspannung synchron laufenden Bewegung des Körpers kann auf diese Weise eine periodische Änderung des magnetischen Widerstandes des Eisenkernes herbeigeführt werden.
Wenn der Röhrenstrom von einem auf geladenen Kondensator geliefert wird, können die gewünschten Änderungen der Selbstinduk tion dadurch herbeigeführt werden, dass in Reihe mit der Hilfswicklung ein Konden sator geschaltet wird und diese Kombination von Elementen parallel zur Hauptwicklung der Selbstinduktionsspule geschaltet wird. Der Verlauf des Entladungsstromes des als Energiequelle für die Röntgenröhre dienen den Kondensators eignet sich in diesem Fall zur selbsttätigen Regelung der Magnetisierung des Eisenkernes infolge des Stromdurch ganges durch die Hilfswicklung.
Es ist empfehlenswert, die Regelung der Selbstinduktion sich auf die ganze Belastungs dauer erstrecken zu lassen. Es kann Sorge dafür getragen werden, dass die Selbstinduk tion während der Zeit, die dazu erforderlich ist, die Spannung an der Röntgenröhre bis zum Betriebswert zu steigern, einen kleineren Wert hat als durch die mit der Bauart der Spule zusammenhängenden Faktoren bedingt wird, so dass die an der Spule wirksame Ge genspannung gering ist. Die Spannung an der Röhre steigt infolgedessen schnell bis zum gewünschten Wert, hier Betriebswert genannt, der in Zusammenhang mit der richtigen Kon trastwirkung im photographischen Material und der von den Röntgenstrahlen im.
Objekt zurückzulegenden Strecke gewählt wird, Die Grösse des Belastungsstromes wird der ürt eingestellt, dass die Aufnahme in mög lichst kurzer Zeit gemacht wird, um die bei der Herstellung einer Aufnahme bewegter Teile verursachte Unschärfe möglichst gering zu halten. Der Strom wird durch die Belast barkeit der Röhre bestimmt und kann bei konstanter Spannung an der Röhre höher ge wählt werden, als bei einer sich stark ändern- den Spannung an der Röhre.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand zweier in der beiliegenden Zeichnung darge stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. in der Fig. 1 einige Spannungskurven einer ge mäss Fig. 2 geschalteten Vorrichtung dar stellt.
Fig. 3 zeigt einige Spannungskurven für eine Vorrichtung, von der in Fig. 4 ein ver einfachtes Schaltbild dargestellt ist und bei der die Röntgenröhre aus einem aufgeladenen Kondensator gespeist wird.
In Fig. 1 sind durch Kurven 2 die posi tiven Bereiche der von den beiden Hälften 22 und 23 der Sekundärwicklung des Hoch spannungstransformators 14 der Speisevor richtung nach Fig. 2 gelieferten Spannungen bezeichnet. Die negativen Bereiche der Span nungen gelangen nicht zur Anwendung und sind auch nur zum Teil durch die Kurven teile 2' angedeutet. Der vom Transformator 14 gelieferte Strom wird mittels eines Gleich richtorganes, z. B. einer Entladungsröhre 15, gleichgerichtet und der Röntgenröhre 16 über eine Selbstinduktionsspule 17 zugeführt. Die an der Röntgenröhre 16 auftretende Span nung ist in F'ig. 1 durch die Kurve 1 darge stellt.
Die Spannung steigt nach dem Schlie ssen des Belastungsstromkreises anfänglich langsam an gemäss dem Kurventeil a. Der 'feil b hat einen nahezu normalen sinusför- migen Verlauf.
Auf dem Eisenkern der Selbstinduktions spule 17 ist eine Hilfswicklung 19 vorgesehen, die über eine Kommutationsvorrichtung <B>9-1</B> mit der Gleichstromquelle 20 in Verbindung gebracht werden kann. Die Speisevorrichtung nach Fig. 2 ent hält ferner noch die Glühstromtransforma- toren 24 und 25, die zur Erwärmung der Glühdrähte der Gleichrichterröhre 15 und der Röntgenröhre 16 vorgesehen sind. Sie sind unter Zwischenfügung des Schalters 26 pri-- märseitig mit dem Speisenetz verbunden.
Die Glühkathoden können unabhängig von der Inbetriebstellung des Hochspannungstrans formators eingeschaltet werden, so dass beim Schliessen des Schalters 18, wodurch der Strom in der Primärwicklung des Hochspannungs transformators zu fliessen anfängt, die Ka thoden bereits auf ihre Betriebstemperatur erwärmt sind.
Der Selbstinduktion der Spule wird nach dem Schliessen des Belastungsschalters 18 durch Magnetisierung des Eisenkernes mit Hilfe eines durch die Hilfswicklung 19 ge führten Gleichstromes ein geringer Wert ge geben. Der Belastungsstrom und somit die Spannung an der Röntgenröhre steigt infolge dessen schnell biss zum Betriebswert. Die Re gelung der anfangs geringen Selbstinduktion. die über einen Teil der Spannungskurve b für den die Spannung höher als der Betriebs wert ist, gross sein muss und dann wiederum zu einem geringen Wert zurückkehren muss. erfolgt dadurch, dass man mit. Hilfe des Kom- mutators 21 den Strom in der Hilfswicklung 1.9 bestimmte Veränderungen erfahren lässt.
Durch Anwendung eines einfachen Umschal ters kann der Strom in der Hilfewicklung Gien gestrichelten Verlauf c haben und wird bereits eine erhebliche Verbesserung erzielt. Die Spannung an der Röhre hat in diesem Fall annähernd den in F'ig. 1 mit d bezeich neten Verlauf. Es wird jedoch eine Spannung angestrebt, die über einen möglichst grossen Teil der Belastung konstant ist; sie wird in Fig. 1 mit e bezeichnet.
Bei den in der Hilfs wicklung mit Hilfe des Kommutators herbei geführten Stromänderungen macht sich die Selbstinduktion dieser Wicklung geltend, wo durch die Zu- und Abnahme des Stromes mit geringer Steilheit vor sich geht, wodurch be reits eine Annäherung des Röhrenspannungs- verlaüfes an die Kurve e herbeigeführt wird, Man kann an Hand von Versuchen den ge wünschten Verlauf des Regelstromes fest stellen und denselben durch Einfügen von Widerständen, die nach und nach ein- bzw. ausgeschaltet werden, verwirklichen.
Durch die Regelung der Selbstinduktion wird erreicht, dass ein grösserer Teil der über schüssigen Energie, die bei der den Betriebs wert übersteigenden Spannung von der Speise vorrichtung geliefert wird, von der Impedanz aufgenommen wird als bei Nichtanwendung dieser Regelung. Ebenso wird ein grösserer Teil der von der Impedanz aufgenommenen Energie an die Röntgenröhre abgegeben als bei gleichbleibender Selbstinduktion; dieser Teil ist um so grösser, als die Selbstinduktion kleiner wird.
Die Spannung an der Röntgen röhre bleibt dadurch längere Zeit auf dem Be triebswert und sinkt dann schnell auf den Augenblickswert der von der Vorrichtung ge lieferten Spannung. Der Verlauf der Span nung an der Röhre ist in .diesem Fall nicht gemäss Kurve 1, sondern gemäss Kurve B. Die durch die Spannungskurven eingeschlossenen Oberflächen bilden ein Mass für die in der Röntgenröhre verbrauchte Energie; es ergibt sich dabei, dass das Verhältnis zwischen der insgesamt verfügbaren und .der ausgenützten Energie für den Spannungsverlauf gemäss Kurve 3 wesentlich günstiger ist als für den Spannungaverlauf gemäss Kurve 1.
Da die Stromstärke in der Röhre durch die Belastbarkeit der Röhre und die maximal auftretende ,Spannung begrenzt wird, ergibt sich, dass auch eine höhere Stromstärke zu lässig ist, so .dass .die Aufnahmezeit verkürzt werden kann.
Die im vorstehenden hinsichtlich einer Halbperiode der Spannung gegebenen Erklä rungen gelten auch, wenn die Belastungszeit sich über mehrere Perioden der Wechselspan nung erstreckt.
In Fig. 3 sind drei Kurven 4, 5 und 6 dargestellt, die den Spannungsverlauf bei einer Vorrichtung darstellen, der mit einem aufgeladenen Kondensator für den Betrieb der Röntgenröhre versehen ist, Damit ein bestimmter Teil der im Kon densator vorhandenen Energie durch die Röntgenröhre in nützliche Röntgenstrahlen umgesetzt wird, muss der Kondensator bis auf die Spannung ei aufgeladen werden. Bei dieser Spannung sind die Strahlen zu hart, um hinreichende Kontraste im photographi schen Material herbeizuführen.
Nur wenn die Spannung bis auf den Wert e2 herabgesunken ist, haben die Röntgenstrahlen so viel von ihrer Härte verloren, dass ein scharfes Rönt genbild erhalten wird. 'Unterhalb der Span nung e3 ist die Menge der das Objekt durch dringenden Strahlen zu gering.
Bei Anwendung einer Drosselspule in Reihe mit der Röntgenröhre kann der Span nungsverlauf der Kurve 5 annähernd entspre chen. Die Spannung steigt schnell bis zum Wert e3, bei dem die Röntgenröhre nützliche Strahlen zu liefern anfängt. Sie behält einen Wert im brauchbaren Bereich der Konden- satorentladung. Nach dem Wiedererreicheu des Wertes e" hört die Erzeugung von aus- nützbaren Strahlen auf.
Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass nur ein Teil der im Kondensator angehäuften Energie nützlich angewendet wird. Ein be deutender Teil der Gesamtladung geht un gebraucht verloren und wird in der Röntgen röhre in Wärme umgesetzt, es sei denn, dass ein Mittel vorgesehen wird, das den Strom kreis sofort unterbricht, nachdem die Span nung an der Röhre bis auf den Wert e3 her abgesunken ist.
Die hierzu erforderlichen Massnahmen bedeuten eine Verwicklung, wo durch die Einfachheit .der Vorrichtung und somit .die Vorteile gegenüber bekannten Vor richtungen, bei denen Massnahmen zur Be schränkung der Belastungsdauer getroffen sind, verlorengehen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 wird während der Entladung des Kondensators 7, der als Speisequelle für die Röntgenröhre 8 dient, die Selbstinduktion der in Reihe mit der Röntgenröhre geschalteten Impedanz 13 selbsttätig verändert. Das Fliessen des Ent ladungsstromes jurgh die Röntgenrölre kann mit Hilfe eines Schalters 10 herbeigeführt werden, der z. B. aus einer Elektronenent- ladungsröhre mit einem Steuergitter bestehen kann.
Der Stromdurchgang durch die Selbst induktionsspule 9 erzeugt an den Enden der Spule einen Spannungsunterschied, der den Stromdurchgang :durch die Hilfswicklung 11 beeinflusst, die auf dem Eisenkern der Impe danz 13 angeordnet ist und deren Feld die Magnetisierung des Eisenkernes mitbestimmt, die vom Feld der Spule 9 erzeugt wird. Da durch, dass in Reihe mit der Hilfswicklung 11 ein Kondensator 19 geschaltet wird, erhält der Strom durch die Hilfswicklung einen. solchen Verlauf, dass das Auftreten dieses Stromes die Selbstinduktion der Eisenkernspule in einem für das Verhindern von Abweichungen von dem Betriebswert der Röhrenspannung<B>gün-</B> stigen Sinne variiert.
Der unterschiedliche Verlauf der an der Röntgenröhre auftretenden Spannung ergibt sich aus Fig. 3. Die Kurve 5 stellt die Span nung bei Anwendung einer Selbstinduktions spule im Entladungskreis des Kondensators dar. Die Kurve 6 stellt dieselbe Spannung hei Anwendung der Hilfswricklung 11 und des Kondensators 12 dar. Im Fall .der Kurve 5 wird während der Zeit to-t, und im Fall der Kurve 6 während der Zeit to-t, keine Nutz strahlung erhalten, da die Spannung an der Röntgenröhre unterhalb des Wertes e3 liegt und somit zu niedrig ist.
Die Zeitdauer to-t, kann wesentlich kürzer als die Zeitdauer t',-t, sein. Der Energieverlust bei Beginn der Entladung ist dementsprechend kleiner. Aus der Fig. 3 ist auch ersichtlich, dass die Kurve 6 in einem späteren Zeitpunkt t; als die Kurve 5 bis auf den Wert e3 herabgesun ken ist. Infolge des grösseren Energiever brauches während der nutzbaren Belastungs periode nimmt die Spannung an der Röntgen röhre darauf schnell ab.
Die verfügbare Energie wird also gemäss der Kurve 6 für einen grösseren Teil als gemäss der Kurve 5 in demjenigen Bereich verbraucht, in dem die Spannung einen günstigen Wert hat. Wenn eine bestimmte Belastungszeit eiivünscht ist, kann somit die Kapazität des den Belastungs- Strom liefernden ondensators kleiner ge wählt werden. Wird z. B. eine Kapazität von 0,6 ,ccF angewendet, so kann die Selbstinduk tion annähernd 1000 Henry betragen.
Die zur Aufladung des Kondensators erforderliche Einrichtung ist in Fig.4 nicht dargestellt. Sie kann den zu diesem Zweck bekannten Schaltungen vollkommen entspre chend ausgebildet sein, bei denen der Lade strom von einem Hochspannungstransfor mator geliefert und über einen Gleichrichter dem Kondensator zugeführt wird. An Stelle eines einzigen Kondensators ist auch eine Bat terie von mehreren Kondensatoren anwendbar. -%rährend der Gleichrichter aus einer oder meh reren Entladungsröhren oder aus Gleich richtergeräten anderer Art, wie Selenzellen. bestehen kann.
Lm die Abmessungen der gan zen Vorrichtung klein zu halten und letztere an ein Wechselstromnetz, das nur eine geringe Energie liefern kann, anschliessen zu können, kann der Ladestrom derart gewählt werden, dass die Energieaufnahme des Kondensators über eine Anzahl Perioden der Wechselspan nung verteilt ist. In diesem Fall braucht Leim Einschalten des Entladungskreises der Ladestrom nicht ausgeschaltet zu werden..
Die Schaltvorrichtung im Entladungskreis kann jedoch auch mit einem LTnterbrecher des P'ri- märstromes des Hochspannungstransformator gekuppelt sein, wobei gleichzeitig mit der Einschaltung der Entladung die Ladestrom- quelle vom Speisenetz getrennt wird.