DE1789048B2 - Roentgenroehren-drehanode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Röntgenröhren-Drehanoden nach dem Oberbegriff des Anspruchs I. Solche Anoden sind aus der FR-PS \A 70 382 bekannt.

Diese bekannten Röntgenröhren-Drehanoden haben einen Trägerkörper aus Graphit, an dessen von Elektronen beaufschlagter Oberfläche ein Film aus schwerschmelzbarem Metall aufgetragen ist. Der Film kann etwa durch pyrolytische Zersetzung einer Verbindung des schwerschmelzbaren Metalles hergestellt sein. Ebenso ist in der DT-AS 11 78 523 eine Röntgenröhren-Drehanode beschrieben, die beschichtet ist. Der Anodenteller besitzt an der Brennfleckbahn, d. h. an einem ringförmigen Bereich bzw. an seiner ganzen Oberfläche, eine Belegung aus Wolfram, dem Thoriumoxid zugesetzt ist. Aus beiden genannten Schriften ist eine Drehanode bekannt, die an der Oberfläche eine Belegung aus Schwermetall aufweist. In dieser dünnen Belegung kann es bei der Strahlenerzeugung leicht zu einer Überhitzung kommen, die zu einer Beschädigung der Schwermetallschicht führt. Um dies sicher zu verhindern, muß die Belastung begrenzt werden.

In der DT-AS 10 99 095 ist eine ringförmige Anode für Drehanoden-Röntgenröhren beschrieben. Der dabei verwendete Ring besteht aus Schwermetall und wird von Teilen an der Achse gehalten, die weitgehend von einer Wärmeaufnahme ausgeschlossen sind. Dadurch sol! die Wärmeübertragung vom Ring auf die Achse und von dieser auf die Lager vermindert werden. Der ringförmige Körper ist kurzzeitig hoch belastbar, weil bei ihm wegen seiner kompaxten Form die Wärmeleitwege kurz sind. Seine Dauerbelastbarkeit ist aber gegenüber den Anodentellt-.-n klein, weil die im Ringkörper gespeicherte Wärme wegen der durch die Konzentration der Masse in einen Ring verkleinerten Oberfläche nur langsam abgestrahlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rönigenröhren-Drehanode gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Kombination aus Graphit-Tragkörper und ringförmigem Element aus schwerschmelzbarem Metall so auszubilden, daß die bei der Strahlenerzeugung entstehende Wärme schnell aus der Brennfleckbahn abtransportiert und ihre Abstrahlung begünstigt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des aus Metall bestehenden Elements als gesonderter dicker wulstarliger Metallring ist einerseits wegen der günstigen thermischen Eigenschaften des Metallnngs große Momentanbelastung möglich und andererseits wegen der Benutzung des Trägers aus Graphit die Abstrahlung der Wärme verbessert. Die neue Röntgenröhren-Drehanode ist daher sowohl kurzzeitig als auch auf längere Dauer hoch belastbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Fig. 1 ist ein perspektivisches Schaubild einer Röntgenröhre dargestellt, bei der der Drehanodenteller aufgebrochen ist und

in den Fig. 2 bis 8 jeweils die eine Hälfte verschiedener Ausgestaltungen parallel zur Drehachse aufgebrochener Drehanodenteller.

In der Fig. 1 ist mit 1 der gläserne Vakuumkolben einer Drehanoden-Röntgenröhre 2 bezeichnet. Diese ist in an sich bekannter Weise aufgebaut und enthält an den beiden Enden des Kolbens einander gegenüberliegend eine Kathodenkombination 3 und eine Anodenkombination 4. Die Kombination 3 besteht aus einer Halterung 5 für durch eine abschirmende Umhüllung 6 in der Figur abgedeckte Glühkathoden. Die Anodenkombination 4 umfaßt in bekannter Weise einen Rotor 7, eine Achse 8 und einen Anodenteller 9. Letzterer besteht aus einem 15 mm starken Trägerkörper 10 aus Graphit, der am freien Ende der Achse 8 mittels einer Schraubenmutter 11 an einer Gegenhalterung 12 der Achse 8 festgehalten ist. Um den äußeren Rand des Trägerkörpers 10 aus Graphit ist ein wulstartiger Metallring 13 aus Wolfram durch Aufschrumpfen fest herumgelegt. Dazu ist die lichte Weite des Ringes so gewählt, daß sie nach starker Erhitzung gerade um den Körper 10 herumpaßt und durch den beim Abkühlen auftretenden Schrumpfungsvorgang fixiert wird. Zur Sicherung der Befestigung des Ringes 13 hat der Körper 10 an seinem Außenrand eine 4 mm hohe und 4 mm tiefe Abstufung 14, in die der Ring 13 mit seiner entsprechend abgestuften Innenwand eingreift.

Zur Strahlenerzeugung wird in bekannter Weise zwischen einer der Leitungen 15, 16, 17 und dem Anodenanschlußstutzen 18 Hochspannung angelegt. Die Heizspannung der Glühkathode liegt dabei zwischen der Leitung 16 und einer der Leitungen 15 und

17. Damit können auf der Oberfläche des Ringes 13 in den Brennfleckbahnen 19 oder 20 getrennt bzw. gemeinsam durch Beaufschlagung mii Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt werden, wenn die Kombination 4 in bekannter Weise mittels eines außen an der Röhre dem Rotor 7 zugeordneten, nicht dargestellten Stators in Rotation gesetzt ist. Die Bahnen 19 und 20 unterscheiden sich in ihrer Neigung gegenüber der Senkrechtc.i auf der Drehachse. Die Bahn 20 ist um 10° und die Bahn 19 um 17,5° nach unten geneigt, so daß die in der Röntgenaufnahmetechnik übliche Anwendung verschiedener großer Aufnahmefelder erleichtert ist.

Bei Belastung wird im Vergleich zu üblichen tellerförmigen Drehanoden wegen der Konzentration des Wolframs im wulstartigen Ring 13 die in der Brennfleckbahn auftretende Wärme schnell abgeleitet, weil die Wärmeleitwege kurz sind. Die Übertragung der Wärme auf den Trägerkörper 10 aus Graphit schließt sich dann an und führt wegen der schwarzen Oberfläche des Graphits zu begünstigter Abstrahlung, so daß auch bei langer andauernder Belastung gute Kühlung des Anodentellers 9 gewährleistet ist.

In der F i g. 2 ist eine abgewandelte Ausbildungsform des Drehanodentellers dargestellt. Ein Tragkörper 21 aus Graphit trägt dabei an einer Abstufung 22 einen Metallnng 23. Zusätzlich ist ein die Absirahlung und Halterung förderndes Teil 24, das halb so dick ist vi/ic der Ring 23. unterhalb des Ringes 23 seitlich am Tragkörper angesetzt und bis zum äußeren Rand des Ringes 23 geführt, der aus einer 5% Wolfram enthallenden Molybdänlegierung besteht. An der mit Elektronen beaufschlagten Fläche ist der Ring mit einer 1 mm starken Schicht 25 belegt, die 90 % Wolf raum und 10 % Rhenium enthält. Durch das Teil 24 ist einerseits der Ring 23 an d^r Berührungsfläche 26 unterlegt, d. h. zusätzlich gehalten. Außerdem ist die Oberfläche des Tragkörpers durch das angesetzte Teil 24 vergrößert und fördert die Abstrahlbildung.

Der in der Fig. 3 dargestellte Ausschnitt aus einer Drehanode besitzt einen Körper 27 aus Graphit, der die Form einer kreisrunden Platte hat. die an ihrem Außenrand mit einem metallenen Reifen, nämlich einem Molybdänring 28, umgeben ist. An seiner radialen Außenfläche ist dieser Ring 28 mit einer 2 mm starken 0,1 % Iridium und 99,9 % Wolfram enthaltenden Schicht 29 versehen, auf der die Brennfleckbahn liegt. Diese Anode ist geeignet für Röhren, bei denen die Beaufschlagung der Brennfleckbahn der Anode von der radialen Außenseite her erfolgt.

Gemäß Fig.4 ist ein Graphitkörper ?0 unterhalb eines Ringes 31, der aus Wolfram besteht, einerseits mit einem Teil 32 versehen, das dem in Fig. 2 mit 24 bezeichneten entspricht. Das Teil 32 ist aber um den Ring herumgezogen und bis auf dis Niveau der Oberfläche des Ringes 31 heraufgeführt. Der Graphitkörper 30 erhält so die Form einer Platte, die am Rand ihrer Oberfläche eine rillenförmigc Ausnehmung aufweist, in die der Ring 31 paßt. Die den Metallring 31 an der Außenseite umfassenden Teile, d. h. die radiale Außenwand 33 der Ausnehmung, sind dabei ebenso stark wie der Boden 32 der Ausnehmung. Bei dieser Ausbildung wird außer erhöhter Abstrahliing wegen der Vergrößerung der Oberfläche des Körpers 30 eine Verringerung des Gewichtes und der Schwungmasse des Ringes 31 gegenüber den Ringen in den F i g. I bis 3 erzielt. Durch den in der Ebene der freien Oberfläche des Ringes 31 liegenden Teil der Oberfläche der Seitenwand 33 wird dafür gesorgt, daß bei Störungen die primären Elektronen nicht am Teller vorbeigehen und den Glaskolben unter dem Teller anschmelzen. Außerdem wird der gestreute Teil des Elektronenstrahls abgefangen. Bei den bekannten Drehanoden sind dafür Teile des Metallringes vorgesehen. Bei dieser Ausbildung ist zum Ausgleich der Unterschiede der Wärmeausdehnung zwischen dem Mctallrin^ 31 und den Teilen 32 und 33 ein schmaler Spalt 34 vorgesehen.

In der Fig.4a ist eine Schraube 31a eingezeichnet. Mit drei solchen Schrauben 3Ia₁ die in gleichen Abständen voneinander liegenden Stellen angebracht sind, ist der Ring 31 gegen Ablösung vom Körper 30 zusätzlich gesichert.

Der durch den Ausschnitt in Fi g. 5 veranschaulichte Anodenteller entspricht in seinen wesentlichen Teilen und in der Wirkungsweise demjenigen nach F i g. 4. Lediglich die Form seines Ringes 35, der hier als mit einer Schicht 36 aus einer 12% Rhenium und 88% Wolfram enthaltenden 2 mm starken Schicht belegten Molybdänring dargestellt ist. wurde verändert. Der Ring 35 besitz angenähert dreieckigen Querschnitt, wobei die eine Seite des Dreiecks an einem Trägerkörper 37 großflächig anliegt und gutenWärmeübergang gewährleistet. Die Teile 32 und 33 sind dabei /u einem ilen Körper 37 seitlich erweiternden Teil 38 zusammengezogen, das so um den Körper 37 herumgezogen ist. daß für den Ring 35 eine Rille entsteht, derart, daß beim Einfügen /wischen der gebogenen Seitenfläche und dem Ansät/ 38 ein die Wärmeausdehnung ausgleichender Spalt 39 verbleibt.

Bei den in den F i g. 6 und 7 dargestellten Auslührungsbeispielen sind die die Metallringe 44 und 45 an der Außenseite umfassenden Teile 42, 43 an den Trägerkörpern 40 bzw. 41 jeweils über die Lage von Elektronen beaufschlagt Brennfleckbahnen an den Oberflächen der Ringe 44 und 45 heraufgezogen. Ebenso ist an den Innenrandern der Ringe 44 und 45 jeweils ein hochge/ogener Wulst 46 und 47 angebracht, dessen oberer Rand die Oberfläche der Ringe 44 bzw. 45 überragt. Bei dieser Ausbildung ist durch die verlängerten Teile 42 und 46 sowie 43 und 47 das Austreten der an der Oberfläche der Ringe 44 und 45 bei der Beaufschlagung mit Elektronen auftretenden Streuelektronen verhindert. Diese können weder die Teile 42 b/.w. 43 noch die Teile 46 bzw. 47 durchdringen. Der in F i g. 6 durch Begrenzungslinien 48 und 49 angedeutete Strahlenkegcl kann aber durch die dünnen Teile 42 bzw. 43 aus Graphit ungehindert durchtreten. Durch die Vermeidung der Streuelektronen wird die Hochspannungssicherheit der Röhre verbessert und bei einer Anschmelzung der Anode wird ein Beschlag des Glaskolbens verhindert, indem das verdampfte Metall durch die Teile 42 bzw. 43 abgefangen wird.

Der Unterschied eines Anodentellers nach Fig. 7 gegenüber dem nach F i g. 6 besteht einerseits darin, daß der den Ring 45 umfassende Teil 43 die Seitenwand des lopfförmigen Teils 50 ist, auf dessen Boden 51 der Trägerkörper 41 aufgesetzt ist, so daß die beiden Teile unabhängig voneinander gefertigt werden können. Andererseits ist der Ring 45, der aus einer 95 % Molybdän und 5 % Wolfram enthaltenden Legierung besteht, an seiner die Brennfleckbahn tragenden und daher für die Elektronenbeaufschlagung bestimmten Oberfläche mit einer 1,5 mm starken, aus einer 0,3% Iridium, 0,3 % Rhenium und einem Rest aus Wolfram bestehenden Schicht 52 belegt.

Bei dem in F i g. 8 gezeichneten Ausschnitt besteht ein Trägerkörper 53 aus Graphit mit seinem zentralen Teil

54 und einem auf seinem mit einem Ciewinde versehenen Rand aufgeschraubten Metallring 55. Ein weiterer Metallring 56 ist auf dem Rand des Ringes 55 nifgcschriimpft, dessen äußere Fläche auf dem Mantel :ines Kegels liegt, dessen Spitze sich über dem Körper 53 befindet und einen Winkel von 2" einschließt. Der

weitere Ring 56 läuft an seinem unteren Rand dünn aus. Dieser dünne Teil 57 ist um den Rand größten Durchmessers des Teiles 55 umgebördelt. Der Ring 56 ist so einerseits wegen der konischen f-'orm am Abrutschen nach unten und wegen der Umbördelung am Abziehen nach oben gehindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Röntgen-Drehanode mit einem Trägerkörper aus Graphit und mit einem ringförmigen, an dem Trägerkörper angebrachten und aus schwerschmelzbarem Metall bestehenden Element, auf dem die Brennfleckbahn liegt und dessen Inneniiäche mit dem Trägerkörper in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als gesonderter, dicker wulstartiger Metallring (13; 23,25; 28, 29; 31; 35,36; 44; 45,52; 56) ausgebiidet ist.

2. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, bei der auch an der der Brennfleckbahn abgewandten Seite des Metallrings Graphit liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (30; 37; 40; 41, 50) den Metallring (31; 35; 44; 45) auch an der Außenseite umfassende Teile (32, 33; 38; 42; 43} aufweist.

3. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper zweiteilig ausgeführt ist, wobei der eine Teil (41) den Metallring (45) in seinem Inneren ausfüll' und wobei der andere Teil (50) den Metallring (45) an seiner Außenseite umfaßt, und daß die beiden Teile durch eine Befestigung an der Achse zusammengehalten werden.

4. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil (50) des Trägerkörpers die Form eines Topfes hat.

5. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (53) aus einem auf den äußeren Rand eines zentralen Teiles (54) aufschraubbaren Ringteil (55) besteht, der an seinem äußeren Rand den Melallring (56) trägt.

6. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch I, bei welcher der Rand des Trägerkörp.^rs, auf dem der Metallring sitzt, konisch ist und der Metallring (56) an der Seite des Konus mit dem größeren Umfang dünn ausläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Teil (57) umgebördelt ist.