DEP0020725DA - Drehbare Röntgenröhre - Google Patents

Description

Bei Röntgenröhren mit einer Drehanode kann die Wärme nicht durch Leitung von der Anode auf einen ausserhalb der Röhre liegenden Kühler übertragen werden, da es nicht möglich, zumindest sehr schwierig ist, einen sich drehenden Stab luftdicht durch die Wand der Röhre hindurch zuführen. Aus demselben Grunde kann kein umlaufende Kühlflüssigkeit mit der Anode in Berührung gebracht werden. Obgleich es durch zweckmässige Bauarten der Drehanode gelungen ist, eine verhältnismässig grosse Leistung durch Strahlung zu übertragen, so bewirkt die Schwierigkeit des Wärmetransports doch, dass der Vorteil der Drehanode nicht völlig ausgenutzt werden kann.

Es ist zwar möglich, eine sich drehende Anode unmittelbar zu kühlen, wenn sich die ganze Röntgenröhre dreht. Eine Röntgenröhre dieser Art ist bekannt. Bei dieser Röhre ist die Kathode in der Drehachse angeordnet und wird zur Ablenkung des Elektronenstrahls das elektrische Feld zwischen der Anode und der Kathode benutzt. Mittels eines stillstehenden Richtkörpers, der an der Anode befestigt ist, wird diesem Feld die dazu erforderliche Struktur gegeben.

Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf eine drehbare Röntgenröhre, bei der die Kathode in der Drehachse liegt. Auch werden die Elektronen ohne Anwendung von

Querfeldern in schräger Richtung zur Anode bewegt. Der dazu dienende, stillstehende Richtkörper ist erfindungsgemäss in der Nähe der Kathode angeordnet. Diese Bauart eignet sich besser zur Erzielung eines scharf begrenzten Brennflecks als die bekannte und fördert also die Bildschärfe. Sie hat auch den Vorzug, dass schnelle sekundäre Elektronen, die in Röntgenröhren allerhand schädliche Wirkungen ausüben können, in viel geringerem Masse vorkommen.

Der Richtkörper kann elektrisch mit der Glühkathode verbunden sein. Es ist unter bestimmten Umständen, z.B. falls es erwünscht ist, den Brennfleck in radialer Richtung verschieben zu können, vorteilhaft, den Richtkörper der Glühlampe isoliert zu halten und ihn mit einem gesonderten Stromzuführungsdraht zu versehen, sodass ein Potentialunterschied zwischen dem Richtkörper und der Kathode beibehalten werden kann.

Der Richtkörper kann gleichzeitig als Sammelvorrichtung dienen, welche die Elektronen im Brennfleck konzentriert. Er wird drehbar um die Glühkathode angeordnet und mit einer schräg verlaufenden Vorderfläche versehen, die eine in Bezug auf die Drehachse exzentrisch liegende Durchlassöffnung für den Elektronenstrahl aufweist.

Bei den bekannten rotierenden Röntgenröhren mit sich mitdrehender Kathode erfahren die Elektronen erste nachdem sie eine erhebliche Geschwindigkeit erreicht haben, eine merkbare Kraft, die sie in seitlicher Richtung treibt, das das elektrische Feld in der Nähe der Kathode noch axial verläuft. Bei der erfindungsgemäss ausgebildeten Röhre hingegen haben die Elektronen bereits die gewünschte Richtung wenn sie in die Entladungsbahn eintreten. Das Bündel kann daher kürzer sein und es zeigt geringere Streuung, was der Schärfe des Brennflecks förderlich ist.

Gegenstand der Erfindung bildet auch ein Röntgenapparat, bei dem eine Massnahme zur weiteren Verbesserung des elektrischen Feldes in der Nähe der Kathode angewendet ist, die darin besteht, dass dem Richtkörper eine solche positive Spannung in Bezug auf die Glühkathode erteilt wird, dass er als Sauganode wirkt. Diese Spannung (Augenblickswert) ist ein proportionaler Teil der Anodenspannung und hat den gleichen Verlauf, da sonst die Grösse und die Lage des Brennflecks nicht länger vollkommen unabhängig von der Anodenspannung sein würden. Die Spannung am Richtkörper kann auch negativ in Bezug auf die Kathode und der Anodenspannung proportional sein.

Bei einer besonderen Ausführungsform dieses Röntgenapparats ist eine Vorrichtung zur Regelung der Sauganodenspannung mit dem Wähler der Anodenspannung in der Weise gekuppelt, dass, unabhängig von der gewählten Spannung, die Sauganode stets den gleichen Prozentsatz der Anodenspannung hat.

Ein Richtkörper mit positivem Potential kann von Elektronen getroffen werden. Bei der Röhre nach der Erfindung ist der durch den Aufprall von Elektronen auf den Richtkörper verursachte Nachteil viel geringer als bei der Röhre mit an der Anode befestigtem Richtkörper, das diese Elektronen eine viel grössere Geschwindigkeit haben und somit Röntgenstrahlen und Sekundärelektronen verursachen. Es entsteht zwar ein Verlust an Elektronen durch die Ableitung zur Sauganode; dies kann jedoch behoben werden durch Anwendung eines Richtkörpers, der zwei gegen einander isolierte Blenden aufweist, von denen äussere mit einem gesonderten Stromzuführungsdraht versehen und die innere mit der Kathode verbunden ist oder gleichfalls einen gesonderten Stromzuführungsdraht hat. Der äusseren Blende kann dann eine solche, der Anodenspannung proportionale positive Spannung erteilt werden, dass sie als Sauganode wirkt. Die innere Blende, die Kathodenpotential oder ein negativeres Potential erhält, wirkt als Schirm. Vor der Kathode entsteht dann eine elektronen-optische Linse, die entsprechend dem Zweck der Erfindung die Kathodenstrahlen auf einen sehr schmalen Brennfleck konzentriert.

Bei der Röhre nach der Erfindung hat die zurücklenkende Wirkung des Feldes in der Nähe der Anode wenig Effekt wegen der grossen Geschwindigkeit, welche die Elektronen an dieser Stelle besitzen. Diese Wirkung kann übrigens aufgehoben werden, indem an der Anode eine Blende drehbar befestigt wird, deren Vorderfläche senkrecht zu der Richtung steht, die die Achse des Elektronenbündels in der Nähe der Kathode hat. Das elektrische Feld im Beschleunigungsraum hat in diesem Fall eine gerade Linie als Achse und der Raum zwischen der Blende und der Anode ist feldfrei. Die Blende kann durch einen Isolator mit dem Richtkörper verbunden werden, so dass beide als ein Ganzes um die Achse der Röntgenröhre drehbar sind.

Der Richtkörper kann in bekannter Weise mittels eines magnetischen Joches während der Drehung der Röhre in Ruhe gehalten werden. Die Röntgenröhre kann erfindungsgemäss auch derart sein, dass der Richtkörper mechanisch fixiert werden kann. Bei einer derart ausgebildeten Röhre weist die Wand in der Umgebung der Kathode einen verengten Teil auf und ans dieser Stelle ist der Richtkörper drehbar um die Röhrenwand, also ausserhalb des Vakuums angeordnet. Dieser Körper ist vorzugsweise drehsymmetrisch ausgestaltet mit einem Längsspalt versehen; er kann sowohl trichterförmig als auch zylindrisch sein. Der Spalt veranlasst eine Störung der radialen Symmetrie des elektrischen Feldes in der Nähe der Kathode, welche die Elektronen in schräger Richtung wandern lässt.

Zu näheren Erläuterung sind in der Zeichnung drei Ausführungsbeispiele der Röntgenröhre nach der Erfindung im Schnitt dargestellt.

Fig. 1 ist eine Röhre, bei der der Richtkörper Kathodenpotential besitzt.

Fig. 2 stellt eine Bauart mit zweiteiligem Richtkörper dar.

Fig. 3 stellt eine Röhre dar, bei der der Richtkörper sich ausserhalb des Vakuums der Röhre befindet.

Fig. 4 ist eine axiale Projektion des Richtkörpers der in Fig. 3 dargestellten Röhre.

In den ersten drei Figuren werden die Glaswand der Röhre mit 1, die Anode mit 2 und die Glühkathode mit 3 bezeichnet. Die Anode, die nur in Fig. 1 im Schnitt dargestellt ist, weist einen Hohlraum 4 auf zum Zwecke der Kühlung durch eine strömende Flüssigkeit, die von einer Röhre 5 zugeführt wird.

Zwischen der Glühkathode 3 und der Anode 2 ist ein Richtkörper vorhanden, der bei den Röhren nach Fig. 1 und 2 mittels eines magnetischen Joches an Ort und Stelle gehalten wird, wenn die um ihre Achse 7 drehbare Röntgenröhre in Drehung versetzt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht der Richtkörper aus einer Sammelvorrichtung 8, die leicht drehbar auf einem Metallzylinder 9 befestigt ist, der die Glühkathode trägt. Sie ist mit ferromagnetischen Polen 10 versehen zum magnetischen Fixieren des Richtkörpers bei sich drehender Röhre mit Hilfe des Joches 6. Um den Kraftlinien des elektrischen Feldes an der Stelle, an der die Elektronen den Körper 8 verlassen, die gewünschte Richtung zu erteilen, hat der Richtkörper eine schräg verlaufende Vorderfläche. Durch die excentrische Lage der Durchlassöffnung 11 für die Elektronen werden letztere unter einem Winkel in Bezug auf die Achse 7 zur Anode 2 gezogen und sie treffen letztere ausserhalb der Achse auf der kegelförmigen Vorderfläche 12, auf der der Anodenspiegel angebracht ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Richtkörper aus zwei, gegeneinander isolierten Kappen 13 und 14, die beide an der Vorderseite eine schräg verlaufende Blende aufweisen. Sie sind durch Bolzen 15 am Polsystem 10 befestigt, jedoch durch Ringe 16 aus Isolierstoff ist dafür gesorgt, dass nur die Kappe 14 elektrisch mit dem Anker 10 verbunden ist. Die Kappe 13 ist auf einem Kugelblöckchen 17 angeordnet und steht dadurch mit dem Stromzuführungsdraht 18 in Verbindung. Der Anker 10 ruht auf einem Kugelblöckchen 19 und steht daher in Verbindung mit dem Stromzuführungsdraht 20. Die Drähte 18 und 20 sind mit Büchsen 21 und 22 verbunden, die durch ein angeschmolzenes gläsernes Zwischenstück 23 aneinander befestigt sind. An der Büchse 21 ist das Blöckchen 17, an der Büchse 22 das Blöckchen 19 befestigt. Die Büchse 22 ist um den Glaszylinder 24 geklemmt, der an den einspringenden Teil 25 der Röhrenwand angeschmolzen ist, der auch den Quetschfuss 26 trägt. Die Stromzuführungsdrähte 27 und 28 dienen zur Leitung des Heizstroms der Kathode.

Bei der Verwendung der Röhre kann dem Draht 18 und daher der Kappe 13 ein negatives und dem Draht 20 und daher der Kappe 14 ein positives Potential in Bezug auf den Glühfaden 3 gegeben werden. Es wird auf diese Weise eine elektronen-optische Linse gebildet, die einen besonders kleinen Brennfleck auf dem Anodenspiegel 12 entstehen lässt. Dies entspricht dem Zweck der Drehung der Röhre, die ja dazu dient, eine höhere spezifische Belastung der Anode zu ermöglichen und somit bei gegebener Leistung einen kleineren

Brennfleck zulässig zu machen.

Die Blenden der Kappen 13 und 14 weisen je eine excentrisch liegende Durchlassöffnung 29 bzw. 30 auf. Der Elektronenstrahl tritt durch diese Oeffnungen in der mit 31 angegebenen Richtung hinaus, unter einem solchen Winkel zur Achse 7, dass der Anodenspiegel 12 in einiger Entfernung von der Achse getroffen wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Röhre weist die Wand 1 in der Umgebung der Glühkathode 3 einen engeren Teil 32 auf, sodass hier zwischen der Wand und dem Zylinder 33, dessen Rand den Glühfaden umgibt, nur ein enger Raum vorhanden ist. Um den Teil 32 herum ist der Richtkörper 34 drehbar angeordnet. Letzterer kann bei Drehung der Röhre um ihre Achse 7 in vollkommener Ruhe gehalten werden, so dass Zittern des Brennflecks, das beim magnetischen Fixieren des Richtkörpers nicht immer vermieden werden kann, ausgeschlossen ist.

Der Richtkörper 34 ist trichterförmig und hat einen weiten Längsspalt 35 (Fig. 4). Dies hat zur Folge dass bei negativem Potential des Richtkörpers die Elektronen in Richtung des Spaltes abgelenkt werden und sich in der mit 36 angegebenen Richtung in der Symmetrieebene des Körpers 34 zum Anodenspiegel 12 bewegen.

Durch Aenderung des Potentials oder der Lage des Richtkörpers 34 ist die Lage des Brennflecks veränderlich. Dies ist z.B. von Bedeutung bei Röhren zur Prüfung von Stoffen, bei denen es sich um die Erzeugung von Röntgenstrahlen bestimmter Wellenlänge handelt. Es kann dabei erforderlich sein, über

Anodenspiegel aus verschiedenen Materialien zu verfügen, um aus verschiedenen Spektren der ausgesandten Strahlen eine Auswahl treffen zu können. Bei einer Röhre nach der Erfindung können diese Anodenspiegel als konzentrische Ringe aus der Vorderfläche 12 der Anode angebracht sein. Durch Regelung des Potentials oder der Lage des Richtkörpers lässt sich die Richtung der Elektronen ändern und somit der Brennfleck auf den gewünschten Ring stellen.

Wird dem Richtkörper 34 ein positives Potential in Bezug auf die Kathode gegeben, so sieht er den Elektronenstrahl auf sich und lässt den Brennfleck an der gegenüberliegenden Seite entstehen. Es ist also möglich, die Röntgenstrahlen nach Belieben an zwei entgegengesetzten Seiten der Röhre austreten zu lassen.

Claims (10)

1. Röntgenröhre, bei der eine relative Bewegung des Brennflecks in Bezug auf die Anode durch Drehung der Röhre um ihre Längsachse erhalten wird und die von einer in der Drehachse angeordneten Kathode ausgesandten Elektronen mittels eines stillstehenden Richtkörpers in schräger Richtung zur Anode bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Richtkörper in der Nähe der Kathode angeordnet ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkörper gegen die Glühkathode isoliert und mit einem gesonderten Stromzuführungsdraht versehen ist.

3. Röntgenröhre nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkörper durch die Sammelvorrichtung gebildet wird, die um die Glühkathode drehbar ist und eine schräg verlaufende und mit einer exzentrisch in Bezug auf die Drehachse liegenden Durchlassöffnung versehene Vorderfläche aufweist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkörper zwei gegeneinander isolierte Blenden aufweist, von denen die äussere mit einem gesonderten Stromzuführungsdraht versehen und die innere mit der Kathode verbunden oder gleichfalls mit einem gesonderten Stromzuführungsdraht versehen ist.

5. Röntgenröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anode eine Blende drehbar befestigt ist, deren Vorderfläche senkrecht zur Richtung der Achse des Elektronenbündels in der Nähe der Kathode steht.

6. Röntgenröhre nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhrenwand in der Umgebung der Kathode einen engeren Teil aufweist und dass an dieser Stelle der Richtkörper drehbar um die Wand angeordnet ist.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkörper drehsymmetrisch ist und die Form eines Trichters oder eines Zylinders hat, der einen Längsspalt aufweist.

8. Röntgenapparat mit einer Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkörper eine der Anodenspannung proportionale, in Bezug auf die Glühkathode negative Spannung hat.

9. Röntgenapparat mit einer Röntgenröhre nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkörper bzw. seine äussere Blende eine der Anodenspannung proportionale, in Bezug auf die Glühkathode positive Spannung solcher Grösse besitzt, dass er bzw. sie als Sauganode wirkt.

10. Röntgenapparat nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Regelung der Spannung des Richtkörpers derart mit dem Wähler der Anodenspannung gekuppelt ist, dass der Richtkörper unabhängig von der gewählten Spannung stets den gleichen Prozentsatz der Anodenspannung hat.