Röntgenröhre mit durchlochter Anode. Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit scharfem Brennfleck. Es sind Röntgen röhren bekannt, bei denen die Anode einen trichterförmigen Kanal aufweist und die Röntgenstrahlen an der Innenwandung des Kanals erzeugt werden. Der Durchmesser des Kanals nimmt in der Austrittsrichtung der Strahlen zu. Bei diesen Röhren treffen die Kathodenstrahlen seitlich auf die Wand der Hohlanode auf. Entweder wird die Glüh- kathode ganz von der trichterförmiger. Kanal wandung umschlossen, oder die Elektronen treten durch ein Loch in dieser Wand von der Seite her in den Kanal hinein.
Erfindungsgemäss ist in einer Röntgen röhre, deren Anode eine trichterförmige Höhlung besitzt und bei der die Röntgen strahlen an der Innenwandung dieser Höhlung erzeugt und in der Längsrichtung derselben ausgestrahlt werden, die Elektronenquelle ausserhalb der Höhlung an dem vom Strahlen austritt abgewandten Ende angeordnet. Die Kathodenstrahlen (Elektronen) werden dabei derart geführt, dass sie konvergent verlaufen und durch die engere Öffnung der Höhlung hindurch allseitig auf die Innenwandung gelenkt werden.
Diese Einrichtung hat den Vorteil, dass ein scharfer Brennfleck erreicht werden kann, der innerhalb eines grossen Winkels frei von Astigmatismus ist und ferner, dass die Nei gung der wirksamen Röntgenstrahlen mit Bezug auf die sie erzeugenden Kathoden strahlen sehr gering ist, wodurch eine mög lichst grosse Strahlenausbeute erhalten wird. Von dem streifenden Auffall von Kathoden strahlen ist gelegentlich zur Erreichung lang gestreckter Brennfläche Gebrauch gemacht worden. In optischer Hinsicht hat jedoch ein flacher oder schmaler, langgestreckter Brenn- fleck den Nachteil, dass er von verschiedenen Stellen des Bildfängers aus gesehen nicht die gleichen Abmessungen zeigt (Astigma tismus).
Das oben angegebene Prinzip der Erzeugung konvergenter Kathodenstrahlen gestattet es, einen kreisrunden Brennfleck zu erzeugen, der bei erhöhtem Nutzeffekt und guter Wärmeverteilung eine hervor ragende Zeichenschärfe ergibt.
Das Elektrodensystem der Röntgenröhre st zweckmässig so ausgebildet, dass die Ka thode sich in Richtung auf die Anode trich terförmig öffnet rind ihr mindestens annähernd äquidistant eine Fläche des Anodenkörpers gegenüber liegt, die für den Durchtritt, der Kathodenstrahlen ringförmig durchbrochen ist. Mit Vorteil wird dabei eine schmale ringförmige Kathodenstrahlenquelle verwen det. Beispielsweise dient als solche ein ring förmiger Glühdraht, welcher in einer ring förmigen schmalen Rinne eingelagert ist.
Durch die erwähnte zweckmässige Neigung der Fläche der Sammelvorrichtung und der zu dieser mindestens annähernd äquidistant angeordneten Anodenfläche wird die Richtung der zwischen beiden Flächen verlaufenden elektrischen Kraftlinien und damit die An fangsrichtung der Kathodenstrahlen bestimmt. Die Konvergenz der Kathodenstrahlen kann durch die Wahl der Neigung der sich äqui- distant gegenüberliegenden Flächen der Ka thode und der durchbrochenen Anode beliebig gewählt werden.
Zweckmässig wird sie so gewählt, dass der Überschneidungspunkt der Kathodenstrahlen erst in der Höhe der der Kathode zugewandten Öffnung der Röntgen hohlanode liegt, weil in diesem Falle die Öffnung einen möglichst kleinen Durchmesser haben kann, so dass die Ausdehnung des optisch wirksamen Brandfleckes besonders klein wird.
Da sich die thermische Belastung auf die ganze Innenwandung der Höhlung ver teilt, lassen sich mit einem derartigen Brenn- fleck ausserordentlich hohe Intensitäten er reichen, zumal sich durch den streifenden Einfall der Kathodenstrahlen eine bis zu 30'/o höhere Ausbeute an Röntgenstrahlen ergibt, als bei senkrechtem Einfall.
Eine Röntgenstrahlenröhre nach der Er findung lässt sich in verschiedener Weise und in verschiedener Form herstellen. Eine be sonders einfache Bawart ergibt sich bei zy lindrischem Röhrenkörper und achsialem Austritt der Röntgenstrahlen. Die zum Ruf fall der Kathodenstrahlen bestimmte Mantel fläche besteht zweckmässig aus Wolfram und kann in einem massiven Metallblock zur Abführung der auf der Röntgenanode ent wickelten Wärme eingebettet sein.
Dieser Metallblock kann an seiner der Kathode zugewandten Seite die zur Erreichung eines konvergenten Kraftfeldes nötige Wölbung besitzen und mit einem metallenen Wandungs- teil in inniger Berührung stehen, so dass über diesen und durch an ihm befestigte Kühl rippen oder sonstige Hilfsmittel zur Kühlung die Wärme nach aussen abgeführt werden kann. Beim Betrieb einer solchen Röhre wird die Anode zweckmässig geerdet.
Es ist auch möglich; nach dem angege benen Prinzip eine Röntgenröhre mit seitli chem Strahlenaristritt herzustellen, deren beide Elektroden Hochspannung führen. Auch hier kann zweckmässig die zum Ruffall der Kathodenstrahlen bestimmte Mantelfläche mit der zum Einfall der Kathodenstrahlen und zur richtigen Gestaltung des elektri schen Feldes notwendigen durchbrochenen Fläche zu einem Körper vereinigt werden. Die dieser Fläche äquidistant gegenüberlie gende Kathode muss in diesem Falle egach- sial angeordnet sein.
Bei dieser Bauart lässt sich vorteilhaft das Prinzip der Spannungs unterteilung verwerten, indem der Wandteil der Röntgenröhre in Höhe des Entladungs raumes aus Metall hergestellt oder mit lei tenden Belägen versehen wird.
Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele von Röntgenröhren nach der Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 stellt in einem Beispiel einen schematischen Schnitt durch Anode und Kathode einer Röntgenröhre nach der Ei findung dar; .
Fig. 2 stellt ein Beispiel einer Röntgen röhre mit aclisialem Strahlenaustritt -im Schnitt dar; Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein Beispiel einer Röntgenröhre mit Spannungsuntertei lung und seitlichem Strahlenaustritt.
In Fig. 1 ist eine Kathode 1 dargestellt, die aus einem, sich nach der Anode zu trichterförmig öffnenden Metallkörper besteht, in dem ein Hohlraum 4 vorgesehen ist. Der Kathode gegenüber ist die Anode 2 gelagert. Diese hat eine der Kathode zugewandte Fläche, welche mit der trichterförmigen Kathodenfläche mindestens annähernd äqui- distant ist. Durch das in dem Potentialge- fälleraum zwischen diesen Flächen sich bil dende elektrische Feld wird die Austritts richtung der Kathodenstrahlen bestimmt.
Zur Erzeugung der Kathodenstrahlen dient in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein ringförmiger Glühdraht 3, der in dein Hohl raum 4 irn Kathodenkörper angeordnet ist. Die Kathodenstrahlen treten durch eine ringförmige Öffnung in der genannten Ka thodenfläche heraus, durchqueren den Ent ladungsraum zwischen Kathode und Anode in einer Richtung senkrecht zur Kathoden oberfläche und treten durch eine in der Ano- denvorderfläche vorgesehene ringförmige Öff nung 5. Sie überschneiden sich hiernach in einem Punkt, der in der Höhe der engsten Öffnung der kegelförmigen Höhlung in der Anode 2 liegt.
Nach ihrer Überschneidung treffen sie streifend auf die. Innenfläche 6 der Anodenhöhlung auf. An dieser Stelle ist zweckmässig ein Einsatz aus Wolfram ange ordnet der in denn Metallblock der Anode eingebettet ist. Letzterer besteht wie üblich aus einem Metall guter Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer. Aus der sich gegen das Strah- lenaustrittsfenster befindlichen Öffnung der kegelförmigen Höhlung in der Anode treten die Röntgenstrahlen aus.
In Fig. 2 ist an den gläsernen Röhren körper 8 ein Metallring 9 angeschmolzen, welcher einen Teil der Röhrenwandung bil det. Durch eine hochvakunmdichte Ver schmelzung, beispielsweise in Form eines Quetschfusses 10, sind die Zuführungen zur Glühkathode 11 eingeführt. Bei dieser Aus führungsform liegt die Glühkathode in einer schmalen Rinne, welche in die sich nach der Anode zu trichterförmig öffnende Vorder fläche der Kathode 12 eingelassen ist.
Dieser Vorderfläche mindestens annähernd äquidi- stant gegenüber liegt die Anodenvorder- fläche 13, die zum Durchtritt der Kathoden strahlen eine ringförmige Öffnung 14 auf weist. Die sich überschneidenden Kathoden strahlen treffen streifend auf die den innern Mantel eines Kegelstumpfes bildende Mantelfläche 15. Aus diesem treten durch das Strahlenaustrittsfenster 16 die Röntgen strahlen aus.
In Fig.3 ist mit dem zylindrischen Röhren körper 17 in Höhe des Entladungsraumes hochvakuumdicht ein metallener Wandungs- teil 18 verschmolzen, welcher ein Röntgen strahlenaustrittsfenster 19 aufweist. Durch den Quetschfuss 20 sind die Zuführungen zur Glühkathode 21 eingeführt, welche in eine schmale Rinne der gegen die Anode sich trichterförmig öffnenden Vorderfläche der Kathode 22 eingelassen ist.
Die Anode 23 bildet an der der Kathode gegenüberliegenden Stelle eine zu ihr min destens annähernd äquidistante Fläche mit einer ringförmigen Öffnung 24 zum Durch tritt der Kathodenstrahlen. Nach ihrer Über schneidung treffen diese Strahlen auf den in den Anodenkörper 23 eingelassenen Hohl körper 25 auf, der den innern Mantel eines Kegelstumpfes bildet und von dem aus durch das Strahlenaustrittsfenster 19 die Röntgen strahlen austreten.
X-ray tube with perforated anode. The invention relates to an X-ray tube with a sharp focal point. There are known X-ray tubes in which the anode has a funnel-shaped channel and the X-rays are generated on the inner wall of the channel. The diameter of the channel increases in the exit direction of the rays. In these tubes, the cathode rays hit the wall of the hollow anode from the side. Either the incandescent cathode is completely removed from the funnel-shaped one. Channel wall enclosed, or the electrons enter the channel from the side through a hole in this wall.
According to the invention, in an X-ray tube whose anode has a funnel-shaped cavity and in which the X-rays are generated on the inner wall of this cavity and emitted in the longitudinal direction of the same, the electron source is arranged outside the cavity at the end facing away from the beam exiting. The cathode rays (electrons) are guided in such a way that they converge and are directed through the narrower opening of the cavity on all sides onto the inner wall.
This device has the advantage that a sharp focal point can be achieved which is free of astigmatism within a large angle and also that the inclination of the effective X-rays with respect to the cathode rays that generate them is very low, making it as large as possible Radiation output is obtained. The grazing incidence of cathode rays has occasionally been used to achieve an elongated focal surface. From an optical point of view, however, a flat or narrow, elongated focal point has the disadvantage that, viewed from different points on the image catcher, it does not show the same dimensions (astigmatism).
The above-mentioned principle of generating convergent cathode rays makes it possible to generate a circular focal spot which, with increased efficiency and good heat distribution, results in excellent definition.
The electrode system of the X-ray tube is expediently designed so that the cathode opens in a funnel-shaped manner in the direction of the anode, with an area of the anode body opposite it at least approximately equidistantly which is perforated in a ring for the passage of the cathode rays. A narrow, annular cathode ray source is advantageously used. For example, a ring-shaped filament serves as such, which is embedded in a ring-shaped narrow channel.
Due to the mentioned useful inclination of the surface of the collecting device and the anode surface arranged at least approximately equidistant from this, the direction of the electrical lines of force extending between the two surfaces and thus the starting direction of the cathode rays is determined. The convergence of the cathode rays can be chosen as desired by the choice of the inclination of the equidistantly opposite surfaces of the cathode and the perforated anode.
It is expediently chosen so that the point of intersection of the cathode rays is only at the level of the opening of the X-ray hollow anode facing the cathode, because in this case the opening can have the smallest possible diameter, so that the extent of the optically effective burn spot is particularly small.
Since the thermal load is distributed over the entire inner wall of the cavity, extraordinarily high intensities can be achieved with such a focal point, especially since the grazing incidence of the cathode rays results in an up to 30% higher yield of X-rays than at normal incidence.
An X-ray tube according to the invention can be produced in various ways and in various forms. A particularly simple Bawart is obtained with a cylindrical tube body and an axial exit of the X-rays. The specific jacket surface for the case of the cathode rays is expediently made of tungsten and can be embedded in a solid metal block to dissipate the heat developed on the X-ray anode.
On its side facing the cathode, this metal block can have the curvature necessary to achieve a convergent force field and can be in close contact with a metal wall part, so that the heat to the outside via this and through cooling fins attached to it or other cooling aids can be discharged. When operating such a tube, the anode is conveniently earthed.
It is also possible; to produce an X-ray tube with a lateral radiation arises according to the stated principle, the two electrodes of which carry high voltage. Here, too, the outer surface intended for the incidence of the cathode rays can expediently be combined into one body with the perforated surface necessary for the incidence of the cathode rays and for the correct design of the electrical field. The cathode, which is equidistantly opposite this surface, must in this case be arranged axially.
With this type of construction, the principle of voltage subdivision can advantageously be used in that the wall part of the X-ray tube is made of metal at the level of the discharge space or is provided with conductive coatings.
In the following, exemplary embodiments of X-ray tubes according to the invention will be explained in more detail.
Fig. 1 shows in an example a schematic section through the anode and cathode of an X-ray tube according to the invention; .
Fig. 2 shows an example of an X-ray tube with aclisialem radiation exit -in section; Fig. 3 is a section through an example of an X-ray tube with Spannuntertei ment and lateral beam exit.
1 shows a cathode 1 which consists of a metal body which opens in a funnel shape after the anode and in which a cavity 4 is provided. The anode 2 is mounted opposite the cathode. This has a surface facing the cathode, which is at least approximately equidistant with the funnel-shaped cathode surface. The exit direction of the cathode rays is determined by the electric field that forms in the potential gradient space between these surfaces.
To generate the cathode rays, an annular filament 3 is used in the embodiment of FIG. 1, which is arranged in your hollow space 4 in the cathode body. The cathode rays emerge through an annular opening in the aforementioned cathode surface, cross the discharge space between cathode and anode in a direction perpendicular to the cathode surface and pass through an annular opening 5 provided in the anode front surface. They then overlap in one Point which is at the level of the narrowest opening of the conical cavity in the anode 2.
After their intersection, they graze on them. Inner surface 6 of the anode cavity. At this point, an insert made of tungsten is useful, which is embedded in the metal block of the anode. As usual, the latter consists of a metal with good thermal conductivity, such as copper. The X-rays emerge from the opening of the conical cavity in the anode, which is located towards the radiation exit window.
In Fig. 2, a metal ring 9 is fused to the glass tube body 8, which bil det part of the tube wall. The leads to the hot cathode 11 are inserted through a high vacuum seal, for example in the form of a pinch foot 10. In this embodiment, the hot cathode lies in a narrow groove which is embedded in the front surface of the cathode 12, which opens into a funnel-shaped manner after the anode.
Opposite this front surface, at least approximately equidistantly, is the anode front surface 13, which has an annular opening 14 for the cathode rays to pass through. The intersecting cathode rays strike grazingly on the outer surface 15 forming the inner jacket of a truncated cone. From this, the X-rays emit through the beam exit window 16.
In FIG. 3, a metal wall part 18, which has an X-ray exit window 19, is fused to the cylindrical tubular body 17 at the level of the discharge space in a highly vacuum-tight manner. The feed lines to the hot cathode 21 are introduced through the pinch foot 20 and are let into a narrow channel on the front surface of the cathode 22, which opens in a funnel-shaped manner towards the anode.
At the point opposite the cathode, the anode 23 forms a surface which is at least approximately equidistant from it and has an annular opening 24 for the cathode rays to pass through. After their intersection, these rays hit the hollow body 25 embedded in the anode body 23, which forms the inner jacket of a truncated cone and from which the X-rays emerge through the beam exit window 19.