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nere Kühlraum (13') eine zur Längsachse (22) senkrechte, als Kühlfläche (9') dienende Bodenfläche aufweist und der erste Bauteil (2a) an seiner Bodenfläche (9") ein vom inneren Kühlraum (13') nach aussen wegführendes Rohrstück (27) für den Kühlmittel-Einlass (14) trägt; ein zylindrischer zweiter Bauteil (2b), dessen Aussendurchmesser grösser ist als der Durchmesser (D) der zylindrischen Aussenfläche (17a) des ersten Bauteils (2a), als Kühlverteiler dient, wobei seine innere Stirnfläche (15') mit Abstand der Bodenfläche (9") des ersten Bauteiles (2a) gegenüberliegt, um zwischen beiden Bauteilen (2a, 2b) einen ringförmigen flachen Hohlraum (29) zu bilden, der mit einem Kühlmittel-Auslass (21) in Verbindung steht;
und ein rohrförmiger dritter Bauteil (2c) den ersten Bauteil (2a) und den zweiten Bauteil (2b) als Kühlmantel umschliesst, wobei der Innendurchmesser des dritten Bauteils (2c) dem Aussendurchmesser des zweiten Bauteils (2b) entspricht und die zylindrische Aussenfläche (17a) des ersten Bauteils (2a) von der Innenfläche des dritten Bauteils (2c) Abstand hat, um einen ringförmigen äusseren Kühlraum (16) zu bilden, der an der inneren Stirnfläche (15') des zweiten Bauteils (2b) mit dem ringförmigen Hohlraum (29) in Verbindung steht und am anderen Ende durch einen an der Innenseite des dritten Bauteils (2c) und/oder am Mantel des ersten Bauteils (2a) angeformten Flansch (18a) flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Hohlanode in einer Röntgenröhre, bei welcher Hohlanode am Boden ihres Hohlraumes eine Elektronen-Auftreffplatte für die Erzeugung von Röntgenstrahlen und in der Hohlraumwand ein seitliches Fenster für den Röntgenstrahlenaustritt angeordnet sind, und bei welcher im Bereich des Hohlraumbodens ein innerer Kühlraum vorhanden ist, um mit einer diesen durchströmenden Kühlflüssigkeit die Elektronen-Auftreffplatte zu kühlen.
Bei Röntgenröhren wird ein wesentlicher Anteil der im Brennfleck auftreffenden Elektronen gestreut, mit der Folge, dass ein beachlicher Anteil der im Elektronenstrahl vorhandenen Energie nicht im Brennfleck zur Erzeugung von Röntgenstrahlen aufgenommen, sondern demselben entzogen und der Brenufleckumgebung zugeführt wird. Der Energieverteilungsprozess nach dem Aufprall der Elektronen im Brennfleck ist so sowohl durch die Wärmeleitung der Elektronen-Auftreffplatte und des Hohlanodenkörpers als auch durch die Elektronenstreuung bestimmt und damit ist der Anodeninnenraum insgesamt als Energiesenke zu betrachten.
Da hohe Anodentemperaturen zu einer Lebensdauerverkürzung der Röntgenröhre führen wurden frühzeitig flüssigkeitsgekühlte Anoden entwickelt, wobei als Kühlmittel vorwiegend Wasser oder Öl verwendet wird. Dabei bedarf die Führung des Kühlmittelstromes durch den Anodenkörper besonderer Sorgfalt und vor allem dürfen im Kühlmittelstrom keine überhitzte Stellen vorkommen, an denen das Kühlmittel vedampft oder das Öl verkokt, weil durch derlei Effekte die Wirkung des Kühlsystems unkontrolliert beeinträchtigt wird und damit eine frühzeitige Schädigung der Röntgenröhre auftreten kann.
Bei Röntgenröhren hoher Leistung sind ferner Massnahmen erforderlich, um eine zu schnelle Schädigung der Elektronen Auftreffplatte durch hohe Anodentemperaturen im Brennfleck zu vermeiden. Solche Schädigungen sind durch die im Brenn fleckbereich der Elektronen-Auftreffplatte auftretenden Temperaturgradienten verursacht und äussern sich in einer zunehmenden Aufrauhung der Auftreffplattenoberfläche, was eine ständige Abnahme der Strahlenausbeute der Röntgenröhre zur Folge hat.
Eine für Hochleistungs-Röntgenröhren im allgemeinen zweckmässige Kühleinrichtung wird demnach so ausgebildet sein, dass der ganze Anodenkörper einschliesslich des Fensters und des die Elektronen-Auftreffplatte enthaltenden Anodenkopfes allseitig von einem Kühlmittelstrom gekühlt wird. Eine solche Kühleinrichtung ist z.B. schon in der älteren DE-PS 902 061 (AEG) beschrieben. Der Anodenkörper besteht dort aus einem Metallrohr, in das seitlich ein entsprechend gekrümmtes Fenster und als Abschluss ein nach aussen halbkugelförmig gewölbter und radiale Schlitze oder Bohrungen als Kühlkanäle enthaltender Anodenkopf eingesetzt sind.
Der Anodenkörper ist, einen Zwischenraum belassend, in ein doppelwandiges, ebenfalls halbkugelförmig abgeschlossenes Rohr eingesetzt, dessen Innenraum durch eine Öffnung im Scheitel der Innenwand mit dem Zwischenraum in Verbindung steht, so dass das in den Innenraum des doppelwandigen Aussenrohres eingeführte Kühlmittel durch die Öffnung in die radialen Schlitze des Anodenkopfes eingespritzt wird und durch den Zwischenraum zwischen Anodenkörper und Aussenrohr abfliesst.
Es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um durch Verbesserung insbesondere der Kühlung des die Elektronen-Auftreffplatte enthaltenden Anodenkopfes die Leistung und die Lebensdauer von Röntgenröhren zu vergrössern.
So ist beispielsweise schon vorgeschlagen worden, in einem hohlen Anodenkopf die der Elektronen-Auftreffplatte gegen überliegende Kühlfläche statt mit spiralig oder zueinander parallel verlaufenden Kühlmittelströmen (DE-PS 718 031, DE-PS 902 062, US-PS 2 790 102) mittels einer im Hohlraum angeordneten, eine Vielzahl Bohrungen aufweisenden Dusche mit Kühlmittel unter Druck zu besprühen, so dass die Kühlfläche mit einem die Wärme schneller abführenden turbulenten Kühl mittelstrom bespühlt wird (FR-PS 1129 945, US-PS 2 715 194).
Dabei wird eine noch bessere Wärmeabfuhr erreicht, wenn die Kühlfläche, ähnlich wie in der oben genannten DE-PS 718 031, im Bereich der Elektronen-Auftreffplatte in den Hohlraum hinein konvex gewölbt ausgebildet wird (DE-OS 29 34 870, DE-OS 31 24 913). Mit einer so flüssigkeitsgekühlten gewölbte Kühlfläche können bei richtiger Dimensionierung Schädigungen der Elektronen-Auftreffplatte wirksam vermieden und damit die Leistung und die Lebensdauer der Röntgenröhre wesentlich erhöht werden.
Bei einer anderen, in der US-PS 2 886 724 beschriebenen Röntgenröhre enthält der Anodenkopf mehrere zur Röhrenlängsachse parallele, auf die Elektronen-Auftreffplatte hin gerichtete Sackbohrungen, in denen Düsen angeordnet sind um aus einem konischen Verteilerraum Kühlflüssigkeit auf die Böden der Sackbohrungen zu spritzen, die dann in einer turbulenten Strömung die Wandungen der Sackbohrungen bespühlt und über einen ringförmigen Sammelkanal durch radiale Bohrungen in einen ersten äusseren Kühlraum geleitet wird.
Dieser erste äussere Kühlraum nimmt etwa ein Viertel des Anodenkörperumfanges ein und erstreckt sich längs des zylindrischen Anodenkörpers über die Elektronen-Auftreffplatte hinaus bis in Höhe des Anodenhohlraumes, wo er durch einen Ringkanal an einen zweiten äusseren Kühlraum angeschlossen ist, der dem ersten Kühlraum diametral gegenüberliegt und gleich wie dieser ausgebildet ist. Nach dem Durchströmen des zweiten äusseren Kühlraumes fliesst die Kühlflüssigkeit durch eine Anordnung von Kanälen ab. Das Fenster ist zwischen den beiden äusseren Kühlräumen angeordnet und wird demnach nicht direkt gekühlt.
Um ein frühzeitiges Ablösen der in den Anodenkopf integrierten Elektronen-Auftreffplatte zu verhindern, ist vorgeschlagen worden (DE-OS 31 43 141) die Kontur der Grenzfläche zwischen der Auftreffplatte und dem Anodenkopfmaterial einer ausgewählten Isothermenfläche entsprechend zu gestalten, so dass die bei heissem Anodenkopf an der Grenzfläche auftretenden Scherkräfte minimal sind.
Bei Hohlanoden herkömmlichen Aufbaus, d.h. mit einem hohlen Anodenkörper vorzugsweise aus Kupfer, einer in den Hohlraumboden integrierten Elektronen-Auftreffplatte und ei
nem eine seitliche Strahlen-Austrittsöffnung abschliessenden Fenster1 lässt sich eine Herabsetzung der die Röntgenröhre leistung und lebensdauermässig begrenzenden Temperaturea, insbesondere der Brennflecktemperatur im wesentlichen nur durch Verkürzung der Wärmeleitungswege, Vergrösserung der Kühlflächen und Erweiterung des Anodenhohlraumes für den im Brennfleck stattfindenden Elektronenstreuprozess erreichen.
Diese Parameter sind, wie vorstehend an einigen Beispielen gezeigt, bei den bekannten Röntgenröhren durch spezielle Ausbildung der Hohlanoden variiert worden, immer mit dem Bestreben, eine möglichst leistungsstarke Röntgenröhre befriedigend langer Lebensdauer zu erhalten. Die, soweit bekannt, bisher erzielten besten Resultate sind Röntgenröhren mit einer Betriebsleistung von 6 kW auf einem Brennfleck von 1,8 mm x 9 mm.
Auf etlichen Gebieten, wie z.B. in der Computer-Tomographie, werden Röntgenröhren besonders hoher Leistung benötigt, so dass Röntgenröhren mit noch höherer Leistung erwünscht sind.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, eine flüssigkeitsgekühlte Hohlanode für Röntgenröhren zu schaffen, in welcher die vorstehend genannten, einander teilweise widersprechenden Forderungen kurze Wärmeleitungswege, grosse Kühlflächen und weiter Anodenhohlraum in einer geometrischen Ausgestaltung des strahlenundurchlässigen Anodenkörpers realisiert sind, die durch insbesondere dimensionsmässige Optimierung eine Betriebsleistung von beachtlich mehr als 6 kW bei einer Lebensdauer, die wenigstens in etwa der bekannter Hochleistungs Röntgenröhren entspricht, zulässt, und die auch-einfach im Aufbau ist, um die Herstellungskosten und vor allem die Störanfälligkeit im Betrieb zu verringern.
Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe besteht in der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Hohlanode.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemässen Hohlanode ist der innere Kühlraum zur Kühlung des die Elektronen-Auftreffplatte enthaltenden Hohlraumbodens mit einem den Anodenkörper umfänglich umschliessenden äusseren Kühlraum durch mehrere Kühlkanäle verbunden. Diese drei Kühlabschnitte werden von der Kühlflüssigkeit nacheinander durchströmt. Ohne Schwierigkeiten können der innere und der äussere Kühlraum so dimensioniert und die Anzahl sowie Durchmesser der Kühlkanäle so gewählt werden, dass ab einem vorgegebenen Kühlmittel- Mindestdurchsatz die Kühlmittelströmung in allen drei Kühlabschnitten turbulent bleibt. Die so bestimmten drei Kühlabschnitte können dann im bzw. am Anodenkörper für einen optimal weiten Anodenhohlraum und optimal kurze Wärmeleitungswege angeordnet werden.
Mit einer Hohlanode nach der Erfindung wurde eine Be triebsleistung von 9 kW auf einem Brennfleck von 1,8 mm > < x 6 6 mm gegenüber 6 kW der bekannten Hochleistungs-Röntgenröhren erreicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:
Figuren 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt durch eine Hohlanode bevorzugter Ausführung,
Figuren 3 und 4 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt durch eine Hohlanode einer anderen Ausführung.
Die in Figur 1 gesamthaft mit 1 bezeichnete Hohlanode weist einen im wesentlichen zylindrischen Anodenkörper 2 auf, der in einer bevorzugten Ausführungsform aus drei Teilen 2a, 2b und 2c zusammengesetzt ist. Der eine Bauteil 2a des Anodenkörpers 2 enthält den zylindrischen Anodenhohlraum 5, in dessen schräg geneigten Bodenfläche 7 die Elektronen-Auftreffplatte 8 integriert ist. Am anderen Ende geht der Anodenhohlraum 5 über einen konischen Abschnitt 5a in einen verengten Elektronen-Eintrittskanal 4 über, der sich in einem am zylindrischen Bauteil 2a stirnseitig angeformten konischen Ansatz 3 befindet. Im Betrieb sind längs der Längsachse 22 der Hohlanode 1 einfallende Elektronenstrahlen auf die Elektronen-Auftreffplatte 8 gebündelt und erzeugen dort den Brennfleck 12.
Für des Austritt der Röntgenstrahlen enthält der Anodenkörper Bauteil 2a seitlich eine konische Austrittsöffnung 10, deren Öffnungswinkel dem Ausstrahlwinkel der Röntgenröhre angepasst ist und die in der zylindrischen Aussenfläche 17a des Bauteiles 2a ausläuft. Die Aussenfläche 17a ist ungefähr in Höhe des Anodenhohlraumes 5 durch einen verhältnismässig breiten Flansch 18a des Bauteiles 2a begrenzt.
Die konische Austrittsöffnung 10 ist durch ein strahlendurchlässiges Fenster 11 in Form einer ebenen Platte z.B. aus Beryllium abgeschlossen. Das Fenster 11 ist möglichst weit aussen in eine ringsumlaufende Nut 23 der Austrittsöffnung 10 eingesetzt und mit dem Material des Bauteils 2a z.B. hart verlötet.
Wegen des ebenen Fensters 11 ergibt sich bei der Austrittsöffnung 10 ein in die Aussenfläche 17 des Bauteiles 2a übergehender äusserer Abschnitt 10a, dessen Wandung unabhängig vom Öffnungswinkel so abgeflacht ist, dass sich für ein über das Fenster 11 hinweg strömendes Kühlmittel keine Toträume ergeben.
Bei der in Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsform weist der Boden 6 der Hohlanode als Stirnseite eine zur Längsachse 22 senkrechte ebene Kühlfläche 9 auf, die am Umfang durch einen über sie in axialer Richtung vorstehenden Wulst 24 des Bauteiles 2a begrenzt ist, wobei ihr Durchmesser grösser als der Durchmesser d des Anodenhohlraumes 5 ist. Der Randbereich der Kühlfläche 9 ist mit dem an den Flansch 18a angrenzenden Endbereich der Aussenfläche 17a durch eine Anzahl, im gezeigten Ausführungsbeispiel sieben, Kühlkanäle 19 verbunden, von denen jeder einen zur Längsachse 22 parallelen axialen Abschnitt 19a, der in dem Randbereich der Kühlfläche 9 mündet, und am anderen Ende einen radialen, im genannten Endbereich der Aussenfläche 17a mündenden Abschnitt 19b aufweist.
Die seitliche Austrittsöffnung 10 liegt zwischen zwei Kühlkanälen, die im übrigen auf einem Kreisumfang über die Kühlfläche 9 gleichmässig verteilt sind und einen einheitlichen Durchmesser aufweisen.
Der Hohlanoden-Bauteil 2b ist das vereinfachte Gegenstück zum Bauteil 2a und weist wie dieser eine zylindrische Aussenfläche 17b gleichen Durchmessers auf, die durch einen dem Flansch 18a entsprechenden Flansch 18b begrenzt ist. Am andern Ende weist der Bauteil 2b eine periphäre Ausnehmung 25 zur dichten Aufnahme des Wulstes 24 am Bauteil 2a auf, die jedoch etwas weniger tief als der Wulst 24 hoch ist, so dass sich bei zusammengesetzten Bauteilen 2a, 2b ein einerseits durch die Kühlfläche 9 von Bauteil 2a und anderseits durch die Stirnfläche 15 des Bauteils 2b begrenzter innerer Kühlraum 15 ergibt.
Die innere Stirnfläche 15 des Bauteils 2b ist bei der dargestellten Hohlanode konisch, so dass die axiale Weite des inneren Kühlraumes 13 in radialer Richtung von der Mitte zum Rand hin stetig abnimmt.
Dieser zweite Anodenkörper-Bauteil 2b dient als Kühlvertei ler und enthält eine zentrale Bohrung als Kühlmittel-Einlass 14, die mittig in den inneren Kühlraum 13 einmündet. Der Kühlmittel-Auslauss 21 ist hier als ein den Kühlmittel-Einlass 14 umschliessender ringförmiger Kanal ausgebildet, von dem radiale Bohrungen 20 zur Aussenfläche 17b des Bauteiles 2b nahe dem Flansch 18b führen.
Die beiden Anodenkörper-Bauteile 2a und 2b bestehen aus einem gut wärmeleitenden Metall, wie üblich aus Kupfer.
Der dritte Anodenkörper-Bauteil 2c ist ein als Kühlmantel dienendes Rohrstück, das die zusammengesteckten beiden Bauteile 2a und 2b umschliesst und mit seiner Innenfläche flüssigkeitsdicht an deren Flansche 18a, 18b anliegt, so dass zwischen den Aussenflächen 17a und 17b der beiden Bauteile 2a und 2b und der Innenfläche des Bauteiles 2c ein ringförmiger äusserer Kühlraum 16 gebildet ist, der durch die Flansche 18a und 18b an beiden Enden dicht abgeschlossen ist. Zur zusätzlichen Abdichtung können an den Flanschen 18a, 18b Dichtungsringe 26 vorgesehen sein, von denen in Figur 1 einer gezeigt ist.
Der Kühlmantel-Bauteil 2c kann eine verhältnismässig dünne Wandstärke aufweisen und besteht zweckmässig aus einem Röntgenstrahlen wenig absorbierenden Metall, wie Aluminium oder Titan, so dass die aus dem Fenster 11 austretende Röntgenstrahlung nur wenig geschwächt wird. Falls erwünscht, kann der Kühlmantel-Bauteil 2c auch ein dem Fenster 11 gegenüberliegendes zweites Fenster für den Röntgenstrahlenaustritt enthalten.
Die vorstehend beschrieben Hohlanode weist einen besonders einfachen Aufbau auf, wobei bei der Fertigung lediglich in den als Formkörper ausgebildeten Bauteil 2a zusätzlich die Elektronen-Auftreffplatte 8 und das Fenster 11 einzusetzen sind. Die drei Bauteile 2a, 2b, 2c können dann zusammengesetzt und durch herkömmliche einfache Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben gesichert werden.
Zur Erzielung einer langen Lebensdauer bei hoher Betriebsleistung ist die Hohlanode nach der Erfindung zu optimieren, wobei von der Optimierung insbesondere die an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorstehend beschriebene, drei Kühlabschnitte umfassende Kühleinrichtung betroffen ist.
Bei der Optimierung der Kühlung wird zweckmässig von einem vorgegebenen Kühlmittel-Mindestdurchsatz ausgegangen und die drei Kühlabschnitte sind so einzurichten und zu dimensionieren, dass überall an ihren Kühlflächen eine turbulente Strömung vorliegt.
Der innere Kühlraum 13:
Die zur Hohlanoden-Längsachse 22 senkrecht oder parallel zur Elektronen-Auftreffplatte 8 ausgerichtete Kühlfläche 9 des inneren Kühlraumes 13 ist so weit vom Brennfleck 12 zu distanzieren, dass die durch das vorgesehene Kühlmittel und den vorgegebenen Kühlmittel-Durchsatz bestimmte Grenzleistungsdichte auf der Kühlfläche 9 nicht überschritten wird. Der innere Kühlraum 13 und der Kühlmittel-Einlass 14 sind so zu gestalten, dass die eingeführte Kühlflüssigkeit auf die Kühlfläche 9 aufprallt und radial zum Rand der Kühlfläche abfliesst, wodurch, wie bekannt, eine turbulente Strömung gewährleistet ist.
Da eine einheitliche Fliessgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit auf der Kühlfläche 9 vorteilhaft ist, ist die im inneren Kühlraum 13 der Kühlfläche 9 gegenüberliegende Fläche, d.h.
die Stirnfläche 15, so zu gestalten, dass ihre Distanz von der Kühlfläche von der Mitte zum Rand hin abnimmt, wobei der Kühlmittel-Einlass 14 in der Mitte dieser Fläche 15 angeschlossen ist. Eine konische Fläche 15, wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel gezeigt, ist gewöhnlich ausreichend.
Die Kühlkanäle 19:
Diese Kühlkanäle 19 dienen vor allem zur Kühlung der durch die in den Anodenhohlraum 5 gestreuten Elektronen erwärmten Innenwand der Hohlanode. Die Ausbildung des mehrere solcher Kühlkanäle 19 umfassenden zweiten Kühlabschnittes erfolgt somit mit Bezug auf den inneren Kühlraum 13 und den Anoden-Hohlraum 5. Die Anordnung, Anzahl und Durchmesser der Kühlkanäle 19 sind so zu wählen, dass sie alle von der aus dem inneren Kühlraum 13 abfliessenden Kühlflüssigkeit in turbulenter Strömung durchflossen werden.
Bei einem zylindrischen Anoden-Hohlraum 5 wird, wie vorstehend beschrieben, jeder Kühlkanal 19 einen zur Anoden Längsachse 22 parallelen Abschnitt 19a aufweisen, der vom Aussenbereich des inneren Kühlraumes 13 bis in Nähe des oberen Hohlraumendes reicht. Hat der innere Kühlraum 13 eine zur Längsachse 22 senkrechte Kühlfläche 9, so können die Kühlkanäle 19 einheitliche Durchmesser haben und rings um den Anoden-Hohlraum 5 mit gleichen Abständen voneinander angeordnet sein. Bei einer zur schräggestellten Elektronen-Auftreffplatte 8 parallelen Kühlfläche 9 können verschiedene Durchmesser und ungleiche Abstände der Kühlkanäle 19 vorteilhaft sein.
Der äussere Kühlraum 16:
Dieser äussere Kühlraum 16 erstreckt sich rings um die Mantelfläche des Anodenkörpers 2 und ist so auszubilden, dass die aus den Kühlkanälen 19 ausfliessende Kühlflüssigkeit über die Mantelfläche gleichmässig verteilt wird und durch einen entsprechend ausgebildeten Kühlmittel-Auslass 20, 21 abfliessen kann. Durch Wahl einer entsprechenden Weite für den äusseren Kühlraum 16 lässt sich auch in diesem dritten Kühlabschnitt eine gewünschte Kühlmittelfliessgeschwindigkeit einstellen.
Da der Anodenkörper 2 vorzugsweise ein zylindrischer Hohlkörper ist, ist der äussere Kühlraum 16 ein ringförmiger Raum von, mit Ausnahme des Bereichs um das Fenster 11 herum, einheitlicher Weite.
Bei einem, die vorstehend beschriebene Kühleinrichtung enthaltenden zylindrischen Anodenkörper 2 mit zylindrischem Anodenhohlraum 5 wird dann der Durchmesser d des Anodenhohlraums 5 in Abhängigkeit von den Kühlkanälen 19 maximal gewählt, so dass der im Brennfleck gestreute Energieanteil möglichst brennfleckfern absorbiert wird. Ferner ist der Aussendurchmesser D des Anodenkörpers 2 in Abhängigkeit von den Kühlkanälen 19 minimal zu bemessen, um die Wärmeleitungswege bis zur gekühlten Aussenfläche kurz zu halten.
Weitere Optimierungen betreffen das Strahlen-Austrittsfenster 11 und die Elektronen-Auftreffplatte 8.
Das seitlich in den Anodenkörper 2 eingesetzte Fenster 11 ist dem vorgesehenen Ausstrahlwinkel der Röntgenröhre entsprechend auszulegen und hinter einer konischen Austrittsöffnung 10 brennfleckfern zu installieren, um den das Fenster 11 erreichenden Elektronen-Streuanteil zu minimalisieren.
Die Elektronen-Auftreffplatte 8, die in der Regel aus Wolfram besteht, ist derart zu dimensionieren, dass für den orthogonal vom Brennfleck ausgehenden Wärmestrom eine maximale Ausbreitungsmöglichkeit innerhalb des Anodenkörpers, der üblicherweise aus Kupfer besteht, vorliegt.
Da Kupfer eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Wolfram besitzt, ist es zweckmässig, wie schon vorgeschlagen worden ist, die Flächen-Abmessungen der Elektronen-Auftreffplatte 8 den Brennfleckabmessungen anzupassen und die Dicke der Elektronen-Auftreffplatte 8 derart zu bemessen, dass der Temperatursprung in Wolfram zur maximal zulässigen Temperatur des Kupfer-Anodenkörpers 2 führt, bei der eine wärmeschlüssige Verbindung zwischen Wolfram und Kupfer dauerhaft gewährleistet ist.
Figur 3 zeigt einen Längsschnitt und Figur 4 einen Querschnitt längs der Linie B - B durch eine Hohlanode nach der Erfindung in einer geänderten Ausführung, bei der ebenfalls die vorstehend zusammengefasste Optimierung der Kühlung realisiert ist.
Im Aufbau entspricht diese Hohlanode im wesentlichen der in Figur 1 und Figur 2 gezeigten, was durch gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile berücksichtigt ist. Lediglich die untere Partie des Anodenkörper-Bauteils 2a und entsprechend der Anodenkörper-Bauteil 2b haben hier eine andere Ausgestaltung erfahren.
Jeder Kühlkanal 19 weist wie bei der vorhergehenden Ausführung einen axialen Abschnitt 19a auf, der am oberen Ende durch einen in der Aussenfläche 17a mündenden radialen Abschnitt 19b mit dem äusseren Kühlraum 16 verbunden ist. Am unteren Ende jedes axialen Abschnittes 19a schliesst ein zweiter radialen Abschnitt 19c an, der in dem mit der Längsachse 22 koaxialen zylindrischen Kühlmittel-Einlass 14 mündet. Zur Bildung des Kühlmittel-Einlasses 14 kann, wie dargestellt, unten in den Anodenkörper-Bauteil 2a ein Rohrstück 27 eingesetzt sein.
Der Anodenkörper-Bauteil 2b weist eine ebene, zur Längsachse 22 senkrechte innere Stirnfläche 15' und eine mit der Längsachse 22 koaxiale Bohrung 28 auf, deren Durchmesser grösser als der Durchmesser des Rohrstückes 27 ist, so dass zwischen dem Rohrstück 27 und der Innenwand des Bauteils 2b ein ringförmiger Kanal als Kühlmittel-Auslass 21 gebildet ist. Der äussere Kühlraum 16 reicht bis zur inneren Stirnfläche 15' des Bauteils 2b, die von der Unterseite des Bauteils 2a Abstand hat, so dass der äussere Kühlraum 16 durch einen flachen ringförmigen Hohlraum mit dem Kühlmittel-Auslass 21 verbunden ist.
Bei dieser Ausführung umfasst demnach die Kühlfläche 9 des Anodenkörper-Bauteils 2a zwei Abschnitte: einen dem Brennfleck 12 näher liegenden kreisförmigen zentralen ersten Abschnitt 9', von dem strahlenartig die radialen Kühlkanal-Abschnitte 19c wegführen und auf den durch den Kühlmittel-Einlass 14 zugeführtes Kühlmittel aufprallt, und einen ringförmigen zweiten Abschnitt 9'', der in einem grösseren Abstand vom Brennfleck 12 den zentralen ersten Abschnitt 9' umschliesst. Der innere Kühlraum 13' umfasst den durch den zentralen ersten Kühlflächen-Abschnitt 9' begrenzten Endbereich des Kühlmittel-Einlasses 14 und zumindest die Anfangsbereiche der von diesem wegführenden radialen Kühlkanal-Abschnitte 19c.
Der zwischen dem ringförmigen zweiten Kühlflächen-Ab schnitt 9' ' und der inneren Stirnfläche 15' des Anodenkörper- Bauteils 2b liegende flache ringförmige Hohlraum 29 stellt dabei einen inneren Hilfskühlraum dar, durch den die Kühlwirkung des inneren Kühlraumes 13' unterstützt wird. Um einen vorgegebenen Abstand des Anodenkörper-Bauteiles 2b vom Bauteil 2a zu gewährleisten, können auf dem ringförmigen zweiten Kühlflächen-Abschnitt 9' ' und/oder auf der inneren Stirnfläche 15' des Bauteils 2b vorzugsweise radiale Rippen oder Noppen (in Figur 2 nicht dargestellt) angeformt sein, durch die der Kühlmittelstrom nicht beeinträchtigt wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Lebensdauer einer Röntgenröhre mit einer Hohlanode nach der Erfindung, bei der die angegebenen Optimierungsmassnahmen berücksichtigt worden sind, wesentlich erhöht werden kann und dass sich eine solche Röntgenröhre mit höheren Leistungen betreiben lässt, ohne dass eine Schädigung der Hohlanode einsetzt. Während die bekannten leistungsstärksten Röntgenröhren, wie eingangs erwähnt, mit einer Leistung von 6 kW betrieben werden können, ergab sich für eine Röntgenröhre mit einer Hohlanode nach der Erfindung eine Betriebsleistung von 9 kW auf einem kleineren Brennfleck, so dass mit der vorliegenden Erfindung ein Leistungsgewinn von 50% erzielt worden ist.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
Nere cooling space (13 ') has a bottom surface perpendicular to the longitudinal axis (22) and serves as a cooling surface (9') and the first component (2a) has on its bottom surface (9 ") a piece of pipe leading outwards from the inner cooling space (13 ') ( 27) for the coolant inlet (14); a cylindrical second component (2b), whose outer diameter is larger than the diameter (D) of the cylindrical outer surface (17a) of the first component (2a), serves as a cooling distributor, its inner End face (15 ') at a distance from the bottom surface (9 ") of the first component (2a), in order to form an annular flat cavity (29) between the two components (2a, 2b), which has a coolant outlet (21) in Connection is established;
and a tubular third component (2c) encloses the first component (2a) and the second component (2b) as a cooling jacket, the inside diameter of the third component (2c) corresponding to the outside diameter of the second component (2b) and the cylindrical outer surface (17a) of the first component (2a) is at a distance from the inner surface of the third component (2c) in order to form an annular outer cooling space (16) which, on the inner end face (15 ') of the second component (2b) with the annular cavity (29 ) is connected and at the other end is liquid-tightly closed by a flange (18a) formed on the inside of the third component (2c) and / or on the jacket of the first component (2a).
The invention relates to a liquid-cooled hollow anode in an X-ray tube, in which a hollow anode has an electron target plate for the generation of X-rays and a side window for the X-ray exit in the cavity wall, and in which an internal cooling space is provided in the region of the cavity floor is to cool the electron target plate with a cooling liquid flowing through it.
In X-ray tubes, a substantial proportion of the electrons hitting the focal spot are scattered, with the result that a considerable proportion of the energy present in the electron beam is not absorbed in the focal spot to generate X-rays, but is extracted from it and fed to the surrounding area. The energy distribution process after the impact of the electrons in the focal spot is determined both by the heat conduction of the electron target plate and the hollow anode body and by the electron scattering, and the anode interior as a whole is therefore to be regarded as an energy sink.
Since high anode temperatures lead to a shortening of the lifespan of the X-ray tube, liquid-cooled anodes were developed at an early stage, with water or oil predominantly being used as the coolant. The guidance of the coolant flow through the anode body requires special care and, above all, there must be no overheated points in the coolant flow where the coolant evaporates or the oil cokes, because the effects of the cooling system are impaired in an uncontrolled manner by such effects and thus premature damage to the X-ray tube can occur.
In the case of high-power X-ray tubes, measures are also necessary in order to avoid damage to the electron target plate due to high anode temperatures in the focal spot. Such damage is caused by the temperature gradients occurring in the focal area of the electron target plate and manifests itself in an increasing roughening of the target plate surface, which results in a constant decrease in the radiation yield of the X-ray tube.
A cooling device which is generally suitable for high-performance X-ray tubes will accordingly be designed such that the entire anode body, including the window and the anode head containing the electron target, is cooled on all sides by a coolant stream. Such a cooling device is e.g. already described in the older DE-PS 902 061 (AEG). There, the anode body consists of a metal tube, into which an appropriately curved window is inserted on the side and, as the end, an anode head containing cooling slots that are curved outwards in a hemispherical manner and radial holes or bores are inserted.
Leaving an intermediate space, the anode body is inserted into a double-walled, also hemispherical tube, the interior of which is connected to the intermediate space through an opening in the apex of the inner wall, so that the coolant introduced into the interior of the double-walled outer tube passes through the opening into the radial slots of the anode head is injected and flows through the space between the anode body and the outer tube.
Considerable efforts have been made to improve the performance and the life of X-ray tubes by improving, in particular, the cooling of the anode head containing the electron target.
For example, it has already been proposed, in a hollow anode head, to counter the cooling surface of the electron target plate with coolant flows which run in parallel or mutually parallel (DE-PS 718 031, DE-PS 902 062, US-PS 2 790 102) by means of an im Cavity arranged to spray a large number of holes with coolant under pressure, so that the cooling surface is flushed with a faster heat-dissipating turbulent coolant flow (FR-PS 1129 945, US Pat. No. 2,715,194).
An even better heat dissipation is achieved if the cooling surface, like in the above-mentioned DE-PS 718 031, is convexly curved into the cavity in the area of the electron target (DE-OS 29 34 870, DE-OS 31 24 913). With such a liquid-cooled curved cooling surface, damage to the electron target plate can be effectively avoided with the correct dimensioning, and the performance and the service life of the X-ray tube can thus be significantly increased.
In another x-ray tube described in US Pat. No. 2,886,724, the anode head contains a plurality of blind bores parallel to the longitudinal axis of the tube and directed towards the electron target plate, in which nozzles are arranged in order to spray cooling liquid from a conical distributor space onto the bottoms of the blind bores. which then flushes the walls of the blind bores in a turbulent flow and is conducted through an annular collecting channel through radial bores into a first outer cooling chamber.
This first outer cooling space takes up about a quarter of the anode body circumference and extends along the cylindrical anode body beyond the electron target plate to the level of the anode cavity, where it is connected by a ring channel to a second outer cooling space which is diametrically opposite the first cooling space and the same as this one. After flowing through the second outer cooling space, the cooling liquid flows out through an arrangement of channels. The window is located between the two outer cold rooms and is therefore not cooled directly.
In order to prevent premature detachment of the electron target plate integrated in the anode head, it has been proposed (DE-OS 31 43 141) to design the contour of the interface between the target plate and the anode head material in accordance with a selected isothermal surface, so that when the anode head is hot the shear forces occurring at the interface are minimal.
With conventional hollow anodes, i.e. with a hollow anode body, preferably made of copper, an electron target plate integrated into the cavity floor and egg
In addition to a window that closes a side radiation exit opening, the temperature and the lifespan-limiting temperature a, in particular the focal spot temperature, can only be reduced essentially by shortening the heat conduction paths, increasing the cooling surfaces and expanding the anode cavity for the electron scattering process taking place in the focal spot.
As shown above with some examples, these parameters have been varied in the known X-ray tubes by special design of the hollow anodes, always with the aim of obtaining an X-ray tube which is as powerful as possible and has a satisfactorily long service life. As far as is known, the best results achieved so far are X-ray tubes with an operating power of 6 kW on a focal spot of 1.8 mm x 9 mm.
In a number of areas, such as In computer tomography, X-ray tubes with a particularly high output are required, so that X-ray tubes with an even higher output are desired.
It was therefore an object of the invention to provide a liquid-cooled hollow anode for X-ray tubes, in which the above-mentioned, sometimes contradicting requirements, short heat conduction paths, large cooling surfaces and wide anode cavity are realized in a geometrical configuration of the radiation-impermeable anode body, which in particular achieves operational performance through dimensional optimization of considerably more than 6 kW with a service life that at least roughly corresponds to the known high-performance X-ray tubes, and which is also simple in construction in order to reduce the production costs and, above all, the susceptibility to malfunctions in operation.
The inventive solution to the problem consists in the hollow anode characterized in claim 1.
Advantageous refinements of the subject matter of the invention are specified in the dependent claims.
In the hollow anode according to the invention, the inner cooling space for cooling the cavity bottom containing the electron target is connected to an outer cooling space that surrounds the anode body by several cooling channels. The coolant flows through these three cooling sections one after the other. The inner and outer cooling space can be dimensioned without difficulty and the number and diameter of the cooling channels can be selected such that the coolant flow in all three cooling sections remains turbulent from a predetermined minimum coolant throughput. The three cooling sections determined in this way can then be arranged in or on the anode body for an optimally wide anode cavity and optimally short heat conduction paths.
With a hollow anode according to the invention, an operating power of 9 kW was achieved on a focal spot of 1.8 mm> <x 6 6 mm compared to 6 kW of the known high-performance X-ray tubes.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing. Show on the drawing:
1 and 2 show a longitudinal section or a cross section through a hollow anode of a preferred embodiment,
Figures 3 and 4 show a longitudinal section or a cross section through a hollow anode of another embodiment.
The hollow anode, designated as a whole in FIG. 1, has an essentially cylindrical anode body 2, which in a preferred embodiment is composed of three parts 2a, 2b and 2c. One component 2a of the anode body 2 contains the cylindrical anode cavity 5, in the obliquely inclined bottom surface 7 of which the electron target 8 is integrated. At the other end, the anode cavity 5 merges via a conical section 5a into a narrowed electron entry channel 4, which is located in a conical extension 3 formed on the end face of the cylindrical component 2a. In operation, electron beams that are incident along the longitudinal axis 22 of the hollow anode 1 are focused on the electron target plate 8 and generate the focal spot 12 there.
For the exit of the X-rays, the anode body component 2a contains a conical exit opening 10 at the side, the opening angle of which is adapted to the beam angle of the X-ray tube and which ends in the cylindrical outer surface 17a of the component 2a. The outer surface 17a is delimited approximately at the level of the anode cavity 5 by a relatively wide flange 18a of the component 2a.
The conical outlet opening 10 is through a radiolucent window 11 in the form of a flat plate e.g. completed from beryllium. The window 11 is inserted as far out as possible into a circumferential groove 23 of the outlet opening 10 and with the material of the component 2a e.g. soldered hard.
Because of the flat window 11, there is an outer section 10a merging into the outer surface 17 of the component 2a at the outlet opening 10, the wall of which is flattened regardless of the opening angle in such a way that there are no dead spaces for a coolant flowing over the window 11.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the bottom 6 of the hollow anode has as its end face a flat cooling surface 9 which is perpendicular to the longitudinal axis 22 and is delimited on the circumference by a bead 24 of the component 2a projecting over it in the axial direction, its diameter being larger than the diameter d of the anode cavity 5. The edge region of the cooling surface 9 is connected to the end region of the outer surface 17a adjoining the flange 18a by a number, in the exemplary embodiment shown seven, of cooling channels 19, each of which has an axial section 19a parallel to the longitudinal axis 22, which opens into the edge region of the cooling surface 9 , and at the other end has a radial section 19b opening into said end region of the outer surface 17a.
The lateral outlet opening 10 lies between two cooling channels, which are otherwise evenly distributed over a circumference over the cooling surface 9 and have a uniform diameter.
The hollow anode component 2b is the simplified counterpart to the component 2a and, like this, has a cylindrical outer surface 17b of the same diameter, which is delimited by a flange 18b corresponding to the flange 18a. At the other end, the component 2b has a peripheral recess 25 for the tight reception of the bead 24 on the component 2a, which, however, is somewhat less deep than the bead 24, so that in the case of assembled components 2a, 2b, on the one hand, the cooling surface 9 of Component 2a and, on the other hand, inner cooling space 15 delimited by the end face 15 of component 2b.
The inner end face 15 of the component 2b is conical in the hollow anode shown, so that the axial width of the inner cooling space 13 decreases continuously in the radial direction from the center to the edge.
This second anode body component 2b serves as a cooling distributor and contains a central bore as a coolant inlet 14, which opens centrally into the inner cooling space 13. The coolant outlet 21 is designed here as an annular channel enclosing the coolant inlet 14, from which radial bores 20 lead to the outer surface 17b of the component 2b near the flange 18b.
The two anode body components 2a and 2b consist of a good heat-conducting metal, as usual made of copper.
The third anode body component 2c is a piece of pipe serving as a cooling jacket, which encloses the two components 2a and 2b that are put together and with its inner surface rests against their flanges 18a, 18b in a liquid-tight manner, so that between the outer surfaces 17a and 17b of the two components 2a and 2b and an inner, outer cooling space 16 is formed on the inner surface of the component 2c and is sealed off at both ends by the flanges 18a and 18b. For additional sealing, sealing rings 26 can be provided on the flanges 18a, 18b, one of which is shown in FIG. 1.
The cooling jacket component 2c can have a relatively thin wall thickness and expediently consists of a metal which is not very absorbent in X-rays, such as aluminum or titanium, so that the X-rays emerging from the window 11 are only slightly weakened. If desired, the cooling jacket component 2c can also contain a second window for the X-ray exit opposite the window 11.
The hollow anode described above has a particularly simple structure, with the electron impact plate 8 and the window 11 only having to be inserted during manufacture into the component 2a designed as a shaped body. The three components 2a, 2b, 2c can then be assembled and secured by conventional simple fastening means such as e.g. Screws are secured.
In order to achieve a long service life with high operating performance, the hollow anode according to the invention is to be optimized, the optimization in particular affecting the cooling device comprising three cooling sections described above in a preferred exemplary embodiment.
When optimizing the cooling, a predetermined minimum coolant throughput is expediently assumed and the three cooling sections are to be set up and dimensioned such that there is a turbulent flow everywhere on their cooling surfaces.
The inner cold room 13:
The cooling surface 9 of the inner cooling space 13, which is oriented perpendicular to or parallel to the hollow anode longitudinal axis 22 or parallel to the electron impact plate 8, must be distanced from the focal spot 12 so that the limit power density on the cooling surface 9 determined by the intended coolant and the predetermined coolant throughput does not exceed becomes. The inner cooling space 13 and the coolant inlet 14 are to be designed such that the introduced cooling liquid impinges on the cooling surface 9 and flows off radially to the edge of the cooling surface, which, as is known, ensures a turbulent flow.
Since a uniform flow rate of the cooling liquid on the cooling surface 9 is advantageous, the surface in the inner cooling space 13 opposite the cooling surface 9, i.e.
to design the end face 15 such that its distance from the cooling surface decreases from the center to the edge, the coolant inlet 14 being connected in the middle of this surface 15. A conical surface 15, as shown in the example described above, is usually sufficient.
The cooling channels 19:
These cooling channels 19 serve primarily to cool the inner wall of the hollow anode, which is heated by the electrons scattered into the anode cavity 5. The formation of the second cooling section comprising a plurality of such cooling channels 19 thus takes place with reference to the inner cooling space 13 and the anode cavity 5. The arrangement, number and diameter of the cooling channels 19 are to be selected such that they all originate from the inner cooling space 13 flowing coolant in a turbulent flow.
In the case of a cylindrical anode cavity 5, as described above, each cooling channel 19 will have a section 19a which is parallel to the anode longitudinal axis 22 and which extends from the outer region of the inner cooling chamber 13 to near the upper end of the cavity. If the inner cooling space 13 has a cooling surface 9 perpendicular to the longitudinal axis 22, the cooling channels 19 can have uniform diameters and can be arranged around the anode cavity 5 at equal distances from one another. In the case of a cooling surface 9 parallel to the inclined electron impact plate 8, different diameters and unequal distances between the cooling channels 19 can be advantageous.
The outer cold room 16:
This outer cooling space 16 extends around the outer surface of the anode body 2 and is to be designed such that the cooling liquid flowing out of the cooling channels 19 is evenly distributed over the outer surface and can flow out through a correspondingly designed coolant outlet 20, 21. By selecting an appropriate width for the outer cooling space 16, a desired coolant flow rate can also be set in this third cooling section.
Since the anode body 2 is preferably a cylindrical hollow body, the outer cooling space 16 is an annular space of uniform width, with the exception of the area around the window 11.
In the case of a cylindrical anode body 2 containing the above-described cooling device and having a cylindrical anode cavity 5, the diameter d of the anode cavity 5 is then selected to a maximum as a function of the cooling channels 19, so that the energy fraction scattered in the focal spot is absorbed as far as possible from the focal spot. Furthermore, the outer diameter D of the anode body 2 is to be dimensioned to a minimum as a function of the cooling channels 19 in order to keep the heat conduction paths short to the cooled outer surface.
Further optimizations concern the radiation exit window 11 and the electron target plate 8.
The window 11 inserted laterally into the anode body 2 is to be designed in accordance with the intended beam angle of the X-ray tube and installed behind a conical outlet opening 10 away from the focal spot in order to minimize the electron scattering component reaching the window 11.
The electron impact plate 8, which generally consists of tungsten, is to be dimensioned such that there is a maximum possibility of propagation within the anode body, which usually consists of copper, for the heat flow originating orthogonally from the focal spot.
Since copper has a higher thermal conductivity than tungsten, it is expedient, as has already been proposed, to adapt the surface dimensions of the electron target plate 8 to the focal spot dimensions and to dimension the thickness of the electron target plate 8 in such a way that the temperature jump in tungsten is at a maximum permissible temperature of the copper anode body 2, at which a heat-tight connection between tungsten and copper is permanently guaranteed.
Figure 3 shows a longitudinal section and Figure 4 shows a cross section along the line B - B through a hollow anode according to the invention in a modified version, in which the cooling optimization summarized above is also realized.
In construction, this hollow anode essentially corresponds to that shown in FIG. 1 and FIG. 2, which is taken into account by the same reference numerals for corresponding parts. Only the lower part of the anode body component 2a and correspondingly the anode body component 2b have been given a different configuration here.
As in the previous embodiment, each cooling channel 19 has an axial section 19a which is connected at the upper end to the outer cooling chamber 16 by a radial section 19b opening into the outer surface 17a. At the lower end of each axial section 19a there is a second radial section 19c, which opens into the cylindrical coolant inlet 14 coaxial with the longitudinal axis 22. To form the coolant inlet 14, as shown, a pipe section 27 can be inserted at the bottom into the anode body component 2a.
The anode body component 2b has a flat inner end face 15 'perpendicular to the longitudinal axis 22 and a bore 28 which is coaxial with the longitudinal axis 22 and whose diameter is larger than the diameter of the pipe section 27, so that between the pipe section 27 and the inner wall of the component 2b, an annular channel is formed as a coolant outlet 21. The outer cooling space 16 extends to the inner end face 15 ′ of the component 2b, which is at a distance from the underside of the component 2a, so that the outer cooling space 16 is connected to the coolant outlet 21 by a flat annular cavity.
In this embodiment, the cooling surface 9 of the anode body component 2a accordingly comprises two sections: a circular central first section 9 'closer to the focal spot 12, from which the radial cooling channel sections 19c radiate away and onto the coolant supplied through the coolant inlet 14 impacts, and an annular second section 9 '', which surrounds the central first section 9 'at a greater distance from the focal spot 12. The inner cooling space 13 'comprises the end region of the coolant inlet 14 delimited by the central first cooling surface section 9' and at least the initial regions of the radial cooling duct sections 19c leading away from this.
The between the annular second cooling surface section 9 '' and the inner end face 15 'of the anode body component 2b lying flat annular cavity 29 represents an inner auxiliary cooling space by which the cooling effect of the inner cooling space 13' is supported. In order to ensure a predetermined distance of the anode body component 2b from the component 2a, radial ribs or knobs (not shown in FIG. 2) can preferably be provided on the annular second cooling surface section 9 ″ and / or on the inner end face 15 ′ of the component 2b. be molded on, through which the coolant flow is not impaired.
It has been shown that the service life of an x-ray tube with a hollow anode according to the invention, in which the specified optimization measures have been taken into account, can be increased significantly and that such an x-ray tube can be operated at higher powers without the hollow anode being damaged. While the known most powerful X-ray tubes, as mentioned at the beginning, can be operated with an output of 6 kW, an X-ray tube with a hollow anode according to the invention has an operating output of 9 kW on a smaller focal spot, so that the present invention achieves a gain in power of 50% has been achieved.