CH178884A - X-ray tube with perforated anode. - Google Patents

X-ray tube with perforated anode.

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CH178884A
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anode
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Aktiengesellschaft C H Mueller
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C H F Mueller Aktiengesellscha
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Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Röntgenröhre, deren Anode eine trichter förmige Höhlung besitzt, und wobei die Röntgenstrahlen an der Innenwandung dieser Höhlung erzeugt und in der Längsrichtung derselben ausgestrahlt werden, dadurch ge kennzeichnet, dass die Elektronenquelle ausser halb der genannten Höhlung an dem vom Strahlenaustritt abgewandter) Ende angeord net ist und die Elektronen konvergent auf die engere Öffnung der Höhlung zu laufen und durch diese hindurch allseitig auf die Innenwandung gelenkt werden. UNTERANSPRÜCHE: 1. Claim: X-ray tube, the anode of which has a funnel-shaped cavity, and wherein the X-rays are generated on the inner wall of this cavity and emitted in the longitudinal direction of the same, characterized in that the electron source is arranged outside of the said cavity at the end facing away from the beam exit is net and the electrons converge to run to the narrower opening of the cavity and are directed through this on all sides onto the inner wall. SUBCLAIMS: 1. Röntgenröhre nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch eine in Richtung auf die Anode sich trichterförmig öffnende Ka thode und eine dieser mindestens annähernd äquidistant gegenüberliegende, für den Durchtritt der Kathodenstrahlen ring förmig durchbrochene Anodenfläche. Röntgenröhre nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die durchbrochene Anoden fläche durchtretenden Kathodenstrahlen nach ihrer Überschneidung auf die innere Mantelfläche der trichterförmig in der Austrittsrichtung der Röntgenstrahlen sich öffnenden Anode auffallen. 3. X-ray tube according to claim, characterized by a funnel-shaped opening in the direction of the anode Ka method and this at least approximately equidistantly opposite, for the passage of the cathode rays ring-shaped perforated anode surface. X-ray tube according to patent claim and dependent claim 1, characterized in that the cathode rays passing through the perforated anode surface are incident on the inner surface of the anode, which opens in a funnel-shaped manner in the direction of exit of the x-rays, after they intersect. 3. Röntgenröhre nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Überschneidungs- punkt der Kathodenstrahlen in Höhe der der Kathode zugewandten Öffnung der Anode liegt. X-ray tube according to claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that the point of intersection of the cathode rays is at the level of the anode opening facing the cathode.
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