DE10011294A1 - Röntgenröhre - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem thermionischen Emitter und einer Warneinrichtung, welche Mittel zur Messung wenigstens einer elektrischen Eigenschaft des thermionischen Emitters aufweist und unter Auswertung der gemessenen elektrischen Eigenschaften ein Signal erzeugt, wenn die gemessene elektrische Eigenschaft einen auf einen bevorstehenden Ausfall des thermionischen Emitters hinweisenden Wert aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre mit einem thermionischen Emitter.

Beim Defekt des Emitters einer Röntgenröhre ist deren Funk­ tionsweise nicht oder nur in eingeschränktem Maße gewährlei­ stet. Wichtige Untersuchungen können mitunter nicht rechtzei­ tig durchgeführt werden. Bei interventionellen Anwendungen können aus einem überraschenden Ausfall des Emitters auch lebensbedrohliche Situationen für den Patienten entstehen.

In solchen Notfällen kann bei solchen Röntgenröhren, die zwei Emitter besitzen (großer und kleiner Fokus) in kritischen Fällen auf den jeweils noch intakten Emitter umgeschaltet werden, um damit, wenn auch bei unter Umständen stark redu­ zierter Bildqualität weiterarbeiten zu können. Bei Röntgen­ röhren, bei denen nur ein Emitter vorgesehen ist, ist diese Vorgehensweise selbstverständlich ausgeschlossen.

Ein einfaches Austauschen jeder Röntgenröhre nach einer ge­ wissen Standardlebensdauer (z. B. mittlere Lebensdauer) kann das genannte Problem ebenfalls nicht lösen. Zum einen gibt es immer wieder Fälle, in denen die Lebensdauer eines Emitters sehr viel kleiner ist als die Standardlebensdauer, so dass in solchen Fällen wiederum die vorstehend geschilderten nachtei­ ligen plötzlichen Ausfälle der Röntgenröhren auftreten. Zum anderen müsste, um die Anzahl dieser Fälle aus Sicherheits­ gründen möglichst gering zu halten, stets ein erheblicher Ab­ stand zur Standardlebensdauer eingehalten werden und bereits rechtzeitig vorher ein Röhrenaustausch stattfinden, was aber die Nutzdauer einer Röntgenröhre entsprechend verkleinern und die Kosten ihres Einsatzes entsprechend erhöhen würde.

Wie stark die Lebensdauer, die eine Röntgenröhre tatsächlich erreicht, von der Standardlebensdauer abweicht, hängt stark von den Umständen ab, unter denen die Röntgenröhre betrieben wurde, wobei der Röhrenstrom, und damit der von dem Emitter ausgehende Elektronenstrom (Emissionsstrom) von besonderer Bedeutung ist, da Röntgenröhren häufig wegen Durchbrennens oder Bruchs des Emitters ausfallen. Bei hohem Röhrenstrom ist die Temperatur des Emitters und damit auch die Abdampfrate, mit der Material von dem Emitter abdampft, höher als bei niedrigem Röhrenstrom ist. Es hat sich gezeigt, dass selbst bei Registrierung des Emissionsstroms als Funktion der Zeit eine hinreichend genaue Vorhersage des Ausfallzeitpunktes einer Röntgenröhre nicht möglich ist.

Dies gilt insbesondere für solche Emitter, die aus dünnem, beispielsweise nur 75 µm starkem Blech, z. B. Wolframblech, bestehen, da bei solchen Emittern bereits die im Bereich der Emissionstemperatur (2.350°C für Wolfram) auftretenden ther­ momechanische Spannungen ausreichen, um den Emitter brechen zu lassen, wenn er durch den Abdampfprozess entsprechend dünn geworden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen­ röhre der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine sichere Benutzung der Röntgenröhre bis kurz vor das Ende der Lebensdauer des Emitters möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Warnein­ richtung vorgesehen, welche Mittel zur Messung wenigstens ei­ ner elektrischen Eigenschaft des thermionischen Emitters auf­ weist und unter Auswertung der gemessenen elektrischen Eigen­ schaft ein Signal erzeugt, wenn die gemessene elektrische Ei­ genschaft einen auf einen bevorstehenden Ausfall des thermio­ nischen Emitters hinweisenden Wert aufweist.

Die Erzeugung des Signals erfolgt also nicht auf Basis der Registrierung von Betriebsparametern der Röntgenröhre, son­ dern auf Grundlage einer Bewertung von gemessenen elektri­ schen Eigenschaften des Emitters selbst, so dass eine exakte Aussage über den Alterungszustand des Emitters möglich ist und somit eine gefahrlose Benutzung der Röntgenröhre bis kurz vor das Ende der Lebensdauer des Emitters möglich ist.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung enthält die Warn­ einrichtung Mittel zur Messung des Widerstandes des Emitters und erzeugt bei Erreichen einer vorgegebenen charakteristi­ schen Widerstandsänderung das Signal. Dieses Signal kann zur Ansteuerung eines Signalgenerators dienen und/oder der Steu­ ereinrichtung der Röntgenanlage, in der die Röntgenröhre ein­ gesetzt ist, zugeführt sein, um hier geeignete Schaltvorgänge einzuleiten.

Die Widerstandsänderung des Emitters eignet sich deshalb als Kriterium für die Erzeugung des Signals, weil während der Al­ terung eines thermionischen Emitters ein Teil seiner emit­ tierenden Substanz von der Oberfläche verdampft. Hierdurch reduziert sich der Leitungsquerschnitt mit der Folge, dass sich der Widerstand des Emitters erhöht. Dieser Effekt lässt sich bei direkt geheizten Emittern durch Überwachung der Parameter Heizstrom und/oder Heizspannung des Emitters nach­ weisen. Aus dem Verlauf der Widerstandsänderung des Emitters als Funktion der Betriebsdauer ergeben sich zwei unterschied­ liche Möglichkeiten, über auftretende Widerstandsänderung ein auf den bevorstehenden Ausfall des Emitters hinweisendes Signal zu erzeugen.

Die erste Möglichkeit beruht darauf, dass der Widerstand des Emitters wie erwähnt während der Betriebsdauer steigt. Ur­ sache hierfür ist das stetige Abdampfen von Material während des Betriebs (typischerweise 10^-8 g/(cm².sec) für Wolfram bei 2.350°C). Dadurch reduziert sich der Leitungsquerschnitt und es erhöht sich damit der Widerstand, der bei vorgegebener Heizspannung proportional als Abnahme des Heizstroms erkenn­ bar ist. Hieraus abgeleitet lässt sich die Warneinrichtung derart ausgestalten, dass das Signal bei einer vorgegebenen prozentualen Widerstandszunahme ausgelöst wird, beispiels­ weise einer Änderung des Widerstands um etwa 10% gegenüber dem Widerstand eines neuen Emitters als Ausgangswert.

Die Temperaturverteilung eines thermionischen Emitters ist niemals vollkommen homogen. Es gibt immer Stellen, die etwas heißer sind als die Umgebung und an diesen heißen Stellen dampft mehr Material ab. Der dort stärker reduzierte Lei­ tungsquerschnitt führt über eine lokal verstärkte Aufheizung und damit verstärkte Abdampfung letztlich zum Schmelzen des Materials des Emitters. Diese Kopplung von Aufheizung und mit Schmelzen verbundene Abdampfung führt zu einem stark über­ proportionalen Anstieg des Widerstandes im Verhältnis zur Brenndauer gegen Ende der Lebensdauer eines Emitters.

Dies bietet die Möglichkeit einer zweiten Möglichkeit der Er­ kennung des bevorstehenden Ausfalls des Emitters dahingehend, dass die Warneinrichtung das Signal bei einem vorgegebenen zeitlichen Gradienten der prozentualen Widerstandszunahme auslöst. Der vorstehend geschilderte, nochmalige starke An­ stieg des Widerstandes in den letzten Betriebsdauer vor Aus­ fall des Emitters um nochmals etwa 8% gegenüber der sehr langsamen Widerstandszunahme über die Gesamtlebensdauer um 10% lässt es zu, die Röntgenröhre bis wenige Stunden vor dem endgültigen Ausfall des Emitters zu benutzen, da der starke zeitliche Gradient der Widerstandsänderung in den letzten Be­ triebsstunden durch die unsymmetrischen Abdampfungen sich meßtechnisch erfassen und zur Erzeugung eines auf den bevor­ stehenden Ausfall des Emitters hinweisenden Signals ausnutzen lässt.

Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung weist die Warnein­ richtung eine Strommessvorrichtung auf, die den Quotienten des Einschaltemissionsstroms I_ein beim Anlegen der Röhrenhoch­ spannung zu dem sich einstellenden kleineren Gleichgewichts­ emissionsstrom I_gleich ermittelt und aus der Änderung dieses Quotienten während der Emitterbetriebszeit ein auf den bevor­ stehenden Ausfall des Emitters hinweisendes Signal ableitet.

Die Änderung des genannten Quotienten eignet sich deshalb als Kriterium für die Erzeugung des Signals, weil sich dieser Quotient über der Betriebsdauer der Röhre zunächst nur in ge­ ringem Umfang ändert, kurz vor dem Ende der Lebensdauer des Emitters sehr stark ansteigt.

Wenn der Emitter vor dem Einschalten der Hochspannung auf eine konstante Emissionstemperatur gebracht wird, ergibt sich die charakteristische Abnahme des Emissionsstroms innerhalb von ca. 200 ms infolge eines Abkühlungseffekts bedingt durch den Abtransport von thermischer Energie (entsprechend der Emissionstemperatur) durch die emittierten Elektronen.

Im Laufe der Lebensdauer des Emitters wird dieser wie be­ schrieben durch Abdampfen dünner. Dadurch wird die Wärmekapa­ zität und durch die veränderte Wärmeleitung auch die Wärme­ leitfähigkeit vom Inneren des Emitters zu der besonders stark durch die nach Einschaltung der Hochspannung einsetzende Emission von Elektronen gekühlten Oberfläche des Emitters kleiner, so dass sich die Oberflächentemperatur entsprechend erniedrigt und damit der Gleichgewichtsemissionsstrom ab­ sinkt, der sich einstellt, wenn der Emitter aufgeheizt wurde und die Röhrenspannung über eine gewisse Zeit anliegt. Da der Absolutwert des Gleichgewichtsemissionsstroms sowohl von der Temperatur des Emitters als auch der Hochspannung abhängt, ist es zum Ausschalten von durch derartige Einflüsse verur­ sachten Fehler zweckmäßig nicht den Gleichgewichtsemissions­ strom alleine, sondern immer nur und um eine geringe Zeit­ spanne von z. B. etwas mehr als 200 ms versetzt, den Ein­ schaltemissionsstrom I_ein der, nachdem der Emitter ohne Röh­ renspannung aufgeheizt wurde, unmittelbar nach Anlegen der Röhrenspannung vorliegt, und den sich anschließend einstel­ lenden Gleichgewichtsemissionsstrom I_gleich zu messen und den genannten Quotienten zu bilden. Unabhängig von den Absolut­ werten der Temperaturen und Spannungen ist dieser Quotient I_ein/I_gleich ein zuverlässiger Indikator für die noch zur Ver­ fügung stehende Lebensdauer des Emitters und kann beispiels­ weise in der Weise ausgenutzt werden, dass bei einer vorge­ gebenen prozentualen Änderung des Quotienten Verhältnisses I_ein/I_gleich gegenüber dem Anfangswert bei Betriebsbeginn der Röntgenröhre das Signal ausgegeben wird, das den bevorstehen­ den Ausfall des Emitters anzeigt.

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass nicht die absolute Änderung des Quotienten I_ein/I_gleich als Auslöser für das Signal herangezogen wird, sondern der zeit­ liche Gradient dieses Quotienten über der Betriebszeit des Emitters bestimmt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Quotient I_ein/I_gleich sich unmittelbar vor dem Ausfall des Emit­ ters besonders stark ändert und somit ein entsprechend stei­ ler zeitlicher Gradient auftritt, der eine wesentlich emp­ findlichere und näher an dem tatsächlichen Ende der Lebens­ dauer des Emitters liegende Erzeugung des den bevorstehenden Ausfall des Emitters anzeigenden Signals ermöglicht. Somit kann die Röntgenröhre über eine Betriebszeit betrieben wer­ den, die nahezu gleich groß wie durch den Ausfall des Emit­ ters begrenzte Lebensdauer der Röntgenröhre ist, ohne dass die eingangs genannten Nachteile in Kauf genommen werden müs­ sen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß Röntgenröhre mit einem thermi­ onischen Emitter in teilweise blockschaltbildarti­ ger Darstellung,

Fig. 2 den Heizstrom des thermionischen Emitters der Rönt­ genröhre gemäß Fig. 1 als Funktion der Betriebs­ dauer,

Fig. 3 für die Röntgenröhre gemäß Fig. 1 den Verlauf des Röhrenstroms (gepunktet) bei Einschalten der Hoch­ spannung (ausgezogen) als Funktion der Zeit, und

Fig. 4 für die Röntgenröhre gemäß Fig. 1 den Quotienten I_ein/I_gleich als Funktion der Zeit.

In der Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete erfin­ dungsgemäße Röntgenröhre dargestellt, in deren Vakuumgehäuse 2 eine Anode 3 und dieser gegenüberliegend als Kathode ein thermionischer Emitter 4 angeordnet sind.

Der Röntgenröhre 1 ist eine elektrische Generatoreinrichtung 5 zugeordnet, die die Röntgenröhre mit den zu deren Betrieb erforderlichen Spannungen und Strömen versorgt. Im Einzelnen wird der Emitter 4, bei dem es sich im Falle des beschriebe­ nen Ausführungsbeispiels um einen durch Stromdurchgang direkt beheizten Emitter handelt, mit einer Heizspannung U_H ver­ sorgt, so dass ein Heizstrom I_H durch den Emitter 4 fließt, der im Hinblick auf den elektrischen Widerstand des Emitters 4 so gewählt ist, dass der Emitter 4 auf eine Temperatur auf­ geheizt wird, bei der die Emission von Elektronen erfolgt. Wenn der Emitter aus Wolfram gebildet ist, liegt diese Tempe­ ratur bei 2.350°C.

Da außerdem zwischen dem einen Anschluss des Emitters 4 und der Anode 3 eine im Folgenden als Röhrenspannung U_R bezeich­ nete Hochspannung anliegt, werden die von dem Emitter 4 emit­ tierten Elektronen in Form eines in Fig. 1 punktiert angedeu­ teten und mit E bezeichneten Elektronenstrahls zu der Anode 3 beschleunigt, auf die sie auftreffen und Röntgenstrahlung auslösen. Dabei fließt ein Röhrenstrom, der im wesentlichen dem Emissionsstrom I des Emitters 4 entspricht.

Die Röntgenröhre 1 weist eine insgesamt mit 6 bezeichnete Warneinrichtung auf, die Mittel zur Messung von elektrischen Eigenschaften des Emitters 4 aufweist und unter Auswertung der gemessenen elektrischen Eigenschaften ein Signal erzeugt, wenn eine oder mehrere gemessene elektrische Eigenschaften einen auf einen bevorstehenden Ausfall des Emitters 4 hinwei­ senden Wert aufweisen.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels umfasst die Warneinrichtung 6 eine elektronische Recheneinrichtung 7, an die ein Monitor 8 und eine Tastatur 9 angeschlossen sind. Die elektronische Recheneinrichtung 7, die auch dazu dient, Heiz­ strom I_H und Heizspannung U_H sowie Röhren- bzw. Emissions­ strom I und Röhrenspannung U_R einzustellen, was durch eine entsprechende Verbindung mit der elektrischen Generatorein­ richtung 5 angedeutet ist, überwacht die gemessenen elektri­ schen Eigenschaften des Emitters 4 und bewirkt die Abgabe ei­ nes entsprechenden Signals. Als Signalgeneratoren sind im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels eine Signal­ leuchte 10 und ein akustischer Signalgeber 11 vorgesehen. Außerdem kann die elektronische Recheneinrichtung 7 ein Sig­ nal auch auf dem Monitor 8 anzeigen, sei es in alphanumeri­ scher oder in graphischer Form.

Die elektronische Recheneinrichtung 7 ist mit einer Steuerung 19, die Bestandteil desjenigen Gerätes ist, in dem die Rönt­ genröhre 1 eingesetzt wird, verbunden, so dass im Falle der Abgabe eines auf die vorstehenden Ausfall des Emitters 4 hin­ weisenden Signal ein entsprechenden Signal auch an die Steue­ rung 19 gegeben werden kann.

Die Mittel zur Messung von elektrischen Eigenschaften des Emitters 4 umfassen zwei Shunt-Widerstände 12, 13, die derart angeordnet sind, dass der Shunt-Widerstand 12 von dem Heiz­ strom I_H und der Shunt-Widerstand 13 von dem Emissionsstrom I durchflossen ist. Die über den Shunt-Widerständen 12 und 13 abfallenden, dem Heizstrom I_H bzw. dem Emissionsstrom I ent­ sprechenden Spannungen werden mittels Differenzverstärkern 14 bzw. 15 abgegriffen, deren Ausgangssignale Eingängen eines 3 : 1-Analog-Multiplexer zugeführt sind. Ein der Heizspannung U_H entsprechendes Signal wird mittels eines weiteren Diffe­ renzverstärkers 17 gewonnen und ist dem verbleibenden Eingang des 3 : 1-Analog-Multiplexers zugeführt. Der Ausgang des 3 : 1- Analog-Multiplexers 18 ist mit dem Eingang eines Ana­ log/Digital-Wandlers 18 verbunden, der dem Heizstrom I_H, dem Emissionsstrom I und der Heizspannung U_H entsprechende digi­ tale Daten an die Recheneinrichtung 7 gibt.

In einer mittels der Tastatur 9 einstellbaren ersten Be­ triebsart der Warneinrichtung 6 ermittelt die elektronische Recheneinrichtung 7 aus Heizspannung I_H und U_H den elektri­ schen Widerstand des Emitters 4 und vergleicht den aktuellen Wert des Widerstands des Emitters 4 mit dem in der elektroni­ schen Recheneinrichtung 7 gespeicherten Startwert des elek­ trischen Widerstandes des Emitters 4, den dieser bei Inbe­ triebnahme der Röntgenröhre 1 aufwies. Den Startwert des elektrischen Widerstandes ermittelt die elektronische Rechen­ einrichtung 7 aus dem bei Inbetriebnahme der Röntgenröhre 1 vorliegenden Startwerten des Heizstromes I_Hstart und der Heiz­ spannung U_Hstart. Ist der Wert des elektrischen Widerstandes des Emitters 4 um ein bestimmtes von der Bauart der jeweili­ gen Röntgenröhre bzw. des entsprechenden Emitters 4 abhängi­ ges und experimentell bestimmbares Maß, beispielsweise 10%, gegenüber seinem Anfangswert abgesunken, bewirkt die elektro­ nische Recheneinrichtung 7 die Abgabe des auf den bevorste­ henden Ausfall des Emitters 4 hinweisenden Signals, indem sie die Signalleuchte 10 und/oder den akustischen Signalgeber 11 und/oder den Monitor 8 entsprechend aktiviert und/oder ein Signal an die Steuerung 19 gibt.

In einer mittels der Tastatur 9 einstellbaren Variante der beschriebenen Betriebsart ermittelt die elektronische Rechen­ einrichtung 7 den zeitlichen Gradienten, mit dem sich der elektrische Widerstand des Emitters 4 ändert und löst das auf den bevorstehenden Ausfall des Emitters 4 hinweisende Signal dann aus, wenn der zeitliche Gradient der Widerstandsänderung einen Schwellwert überschreitet, der für den jeweils verwen­ deten Typ von Röntgenröhre 1 bzw. Emitter 4 ebenfalls experi­ mentell ermittelt werden kann.

Beide beschriebene Betriebsarten der Warneinrichtung 6 be­ ruhen darauf, dass infolge von allmählicher Abdampfung von Material des Emitters 4 dessen elektrischer Widerstand all­ mählich ansteigt, und zwar über den größten Teil der Lebens­ dauer des Emitters 4 mit einem konstanten zeitlichen Gradien­ ten, der jedoch gegen Ende der Lebensdauer des Emitters 4 stark zunimmt.

Dies ist in Fig. 2 anhand des zeitlichen Verlaufs des Heiz­ stroms I_H, der bei konstanter Heizspannung U_H dem elektri­ schen Widerstand des Emitters umgekehrt proportional ist, veranschaulicht.

Während der Betriebsdauer der Röntgenröhre 1 und damit des Emitters 4 fällt der Heizstrom I_H in der aus Fig. 2 beispiel­ haft ersichtlichen Weise ausgehend von einem dem Startwert des elektrischen Widerstandes entsprechenden Startwert I_Hstart ganz allmählich mit annähernd konstantem zeitlichen Gradien­ ten ab, wobei der Abfall kurz vor dem endgültigen Ausfall des Emitters 4 wie im Falle des in Fig. 2 veranschaulichten Bei­ spiels typischerweise etwa 10% vom Startwert I_Hstart beträgt. Diese allmähliche Abnahme über eine Betriebsdauer von bei­ spielsweise ca. 150 Stunden wird in der ersten Variante der ersten Betriebsart der Warneinrichtung 6 dazu ausgenutzt, um durch Vergleich des aktuell vorliegenden Wertes des Wider­ standes des Emitters 4 mit einem vorgebbaren, mittels der Tastatur 9 einstellbaren Schwellwertes, für das in Fig. 2 veranschaulichte Beispiel also 10% Abfall des Heizstroms I_H und damit 10% Zunahme des Widerstands des Emitters 4, das den bevorstehenden Ausfall des Emitters 4 und damit der Röntgen­ röhre 1 anzeigende Signal bei Überschreitung des Schwellwer­ tes zu erzeugen. Wenn dieses Signal abgegeben wird, stehen auf jeden Fall noch einige Stunden Betriebsdauer zur Verfü­ gung, so dass eine dringende Untersuchung noch vor Austausch der Röntgenröhre durchgeführt werden kann, ohne dass die Ge­ fahr des Ausfalls der Röntgenröhre während der Untersuchung besteht.

Während der letzten ein bis drei Stunden und speziell während der letzten Stunde der Lebensdauer des Emitters 4, ergibt die durch die bereits angesprochen unsymmetrische Temperaturver­ teilung und die sich daraus resultierende mit dem Schmelzen von Material des Emitters 4 verbundene verstärkte Abdampfung von Material ein nochmaliger sehr viel steilerer Anstieg des Widerstands des Emitters 4 und daraus resultierend ein ent­ sprechend sehr viel steilerer Abfall des Heizstroms I_H. Die­ ser Anstieg bzw. Abfall erreicht in den letzten Betriebsstun­ den im Falle des in Fig. 2 veranschaulichten Beispiels einen Wert von zusätzlichen ca. 8%.

Der hohe zeitliche Gradient der prozentualen Zunahme des Widerstands bzw. des prozentualen Abfalls des Heizstroms I_H Unmittelbar vor dem Ende der Lebensdauer des Emitters 4 er­ möglicht es in der zweiten Variante der ersten Betriebsart der Warneinrichtung 6, das Signal erst ganz kurz vor dem tat­ sächlichen Ausfall des Emitters 4 auszulösen und damit die durch die tatsächliche Lebensdauer der Röntgenröhre 1 maximal mögliche Betriebsdauer der Röntgenröhre 1 praktisch vollstän­ dig auszunutzen, ohne aber die Nachteile eines unerwarteten Ausfalls der Röntgenröhre 1 befürchten zu müssen.

Dazu wird der aktuell vorliegende Wert des Gradienten der zeitlichen Änderung des Widerstandes des Emitters 4 von der elektronischen Recheneinrichtung 7 ermittelt und mit einem vorgebbaren, mittels der Tastatur 9 einstellbaren Schwellwert des Gradienten verglichen und das den bevorstehenden Ausfall des Emitters 4 und damit der Röntgenröhre 1 anzeigende Signal bei Überschreitung des Schwellwertes erzeugt. Der Schwellwert kann für die jeweilige Bauart von Röntgenröhre 1 bzw. Bauart von in dieser enthaltenem Emitter 4 experimentell ermittelt werden.

In einer zweiten mittels der Tastatur 9 wählbaren Betriebsart der Warneinrichtung 6 wird in periodischen Abständen ein Testzyklus durchlaufen, der darin besteht, dass der Emitter 4, ohne dass die Röhrenspannung U_R an der Röntgenröhre an­ liegt, auf eine konstante Emissionstemperatur geheizt wird und dass nach erfolgter Aufheizung die Röhrenspannung U_R ein­ geschaltet wird. Dabei ermittelt die elektronische Rechenein­ richtung 7 den zeitlichen Verlauf des Emissionsstromes I, zu­ mindest aber den vor dem Einschalten der Röhrenspannung U_R vorliegenden Einschaltemissionsstrom I_ein und den sich nach Anlegen der Röhrenspannung U_R einstellenden, wenigstens an­ nähernd zeitlich konstanten Gleichgewichtsemissionsstrom I_gleich.

Bei Durchlaufen dieses Testzyklus ergibt sich in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise eine charakteristische Abnahme des Emissionsstroms I im Anschluss an das Anlegen der Röhrenspan­ nung U_R und zwar derart, dass innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne, im Falle des in Fig. 3 veranschaulichten Bei­ spiels 200 ms, ein Abfall von dem Einschaltemissionsstrom I_ein auf den Gleichgewichtsemissionsstrom I_gleich erfolgt. Dieser Effekt beruht, wie bereits erläutert, darauf, dass die von dem Emitter 4 emittierten Elektronen thermische Energie abtransportieren.

Infolge des Abdampfens von Material des Emitters 4 wird für einen bei dem Testzyklus vorliegenden definierten Emissions­ strom I, d. h. einen Gleichgewichtsemissionsstrom I_gleich, von z. B. 300 mA, das sich einstellende Gleichgewicht mit zuneh­ mender Betriebsdauer des Emitters 4 mehr und mehr von den Mechanismen der Wärmeabstrahlung, der Kühlung durch Emission von Elektronen allein und weniger durch Wärmeleitung von dem die Abstrahlfläche für Elektronen aufweisenden Bereich des Emitters 4 in angrenzende Bereiche des Emitters 4, z. B. des­ sen Anschlussbeinchen, bestimmt. Dadurch ergibt sich eine charakteristische Veränderung des im Anschluss an das Anlegen der Röhrenspannung auftretenden Abkühlungseffekts, die dazu führt, dass mit zunehmender Lebensdauer des Emitters 4 der Quotient von I_ein/I_gleich größer wird.

Dies ist aus Fig. 4, in der der zeitliche Verlauf des Quo­ tienten I_ein/I_gleich für einen beispielhaften Emitter über des­ sen Lebensdauer von ca. 276 Stunden aufgetragen ist, ersicht­ lich, wo ein dramatischer Anstieg des Quotienten I_ein/I_gleich kurz vor dem tatsächlichen Ende der Lebensdauer des Emitters 4 und damit der Röntgenröhre 1 auftritt.

Diesen Anstieg verwendet die Warneinrichtung 6 im Falle ihrer zweiten Betriebsart als Indikator für das bevorstehende Ende der Lebensdauer des Emitters 4.

In einer mittels der Tastatur 9 einstellbaren ersten Variante der zweiten Betriebsart ermittelt die elektronische Rechen­ einrichtung 7 in dem Testzyklus jeweils den Quotienten I_ein/I_gleich und vergleicht diesen mit einem entsprechenden Schwellwert, der für die jeweilige Bauart von Röntgenröhre 1 bzw. Bauart von in dieser enthaltenem Emitter 4 experimentell ermittelt werden kann. Der Schwellwert ist so gewählt, dass die Warneinrichtung 6 das auf den bevorstehenden Ausfall des Emitters 4 hinweisende Signal dann erzeugt, wenn der Quotient I_ein/I_gleich um einen dem Schwellwert entsprechenden Prozentsatz gegenüber seinem bei Inbetriebnahme der Röntgenröhre 1 vor­ liegenden Anfangswert, der in dem ersten Testzyklus ermittelt und in der elektronischen Recheneinrichtung 7 gespeichert wird, gestiegen ist.

In einer mittels der Tastatur 9 einstellbaren zweiten Vari­ ante der zweiten Betriebsart ermittelt die elektronische Recheneinrichtung 7 in den Testzyklen jeweils den Quotienten I_ein/I_gleich und speichert die entsprechenden Werte, so dass der zeitliche Verlauf des Quotienten I_ein/I_gleich bekannt ist. Aus diesem zeitlichen Verlauf des Quotienten I_ein/I_gleich ermittelt die elektronische Recheneinrichtung 7 im Zuge jedes Testzyk­ lus den zeitlichen Gradienten, mit dem sich der Quotient I_ein/I_gleich ändert und vergleicht diesen Gradienten mit einem entsprechenden Schwellwert.

Die Warneinrichtung 6 erzeugt dann das auf den bevorstehenden Ausfall des Emitters hinweisende Signal, wenn der zeitliche Gradient der Änderung des Quotienten I_ein/I_gleich den entspre­ chenden Schwellwert, der für die jeweilige Bauart von Rönt­ genröhre 1 bzw. Bauart von in dieser enthaltenem Emitter 4 experimentell ermittelt werden kann, übersteigt.

Die Warneinrichtung 6 kann den Testzyklus als Unterprogramm eines regelmäßig durchgeführten Kalibrier- oder Testprogramms desjenigen Gerätes, z. B. einer Computertomographie- oder diagnostischen Röntgenanlage, durchführen, indem die Röntgen­ röhre eingesetzt wird. Die Warneinrichtung wird dann von der Steuerung 19 dieses Gerätes entsprechend aktiviert.

Die Erfindung wird vorstehend am Beispiel einer Röntgenröhre erläutert, bei der die Anode und die Kathode relativ zueinan­ der feststehen. Die Erfindung kann aber auch bei Röntgenröh­ ren verwendet werden, bei denen eine Relativbewegung zwischen Kathode und Anode vorliegt, beispielsweise sogenannten Dreh­ anodenröhren oder sogenannten Drehkolbenröhren.

Claims (9)

1. Röntgenröhre mit einem thermionischen Emitter und einer Warneinrichtung, welche Mittel zur Messung wenigstens einer elektrischen Eigenschaft des thermionischen Emitters aufweist und unter Auswertung der gemessenen elektrischen Eigenschaft ein Signal erzeugt, wenn die gemessene elektrische Eigen­ schaft einen auf einen bevorstehenden Ausfall des thermioni­ schen Emitters hinweisenden Wert aufweist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, bei der die Warneinrichtung Mittel zur Messung des Widerstandes des thermionischen Emit­ ters umfasst und bei Erreichen einer vorgebbaren charakte­ ristischen Widerstandsänderung das Signal erzeugt.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, bei der die Warneinrichtung Mittel zur Messung des Heizstromes und/oder der Heizspannung aufweist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Warnein­ richtung das Signal bei einer vorgegebenen prozentualen Widerstandszunahme auslöst.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Warnein­ richtung das Signal bei einem vorgegebenen zeitlichen Gra­ dienten der prozentualen Widerstandszunahme auslöst.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 1, bei der die Warneinrichtung Mittel zur Messung des Quotienten aus dem sich im Zuge eines Einschaltvorganges beim Anlegen der Röhrenhochspannung (U_H) einstellenden Einschaltemissionsstroms (I_ein) und dem sich im Anschluss an den Einschaltvorgang einstellenden kleineren Gleichgewichtsemissionsstrom (I_gleich) aufweist, die diesen Quotienten (I_ein/I_gleich) als Funktion der Betriebsdauer des Emitters ermitteln, wobei die Warneinrichtung aus der Ände­ rung des Quotienten (I_ein/I_gleich) als Funktion der Betriebs­ dauer des Emitters das Signal ableitet.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, deren Mittel zur Messung des Quotienten aus dem Einschaltemissionsstrom (I_ein) und dem Gleichgewichtsemissionsstrom (I_gleich) den zeitlichen Verlauf des Quotienten (I_ein/I_gleich) über die aufgelaufene Emitterbe­ triebszeit ermittelt wird.

8. Röntgenröhre nach Anspruch 2 oder 3, deren Warneinrichtung die Messung des Einschaltemissionsstroms (I_ein) und des Gleichgewichtsemissionsstroms (I_gleich) als Unterprogramm eines regelmäßig durchgeführten Kalibrierprogramms für die Röntgen­ röhre ausführt.

9. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, deren Mit­ tel zur Messung einen Analog/Digital-Wandler enthalten.