DE10011294A1 - Röntgenröhre - Google Patents
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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 Iein beim Anlegen der Röhrenhoch
spannung zu dem sich einstellenden kleineren Gleichgewichts
emissionsstrom Igleich 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 Iein der, nachdem der Emitter ohne Röh
renspannung aufgeheizt wurde, unmittelbar nach Anlegen der
Röhrenspannung vorliegt, und den sich anschließend einstel
lenden Gleichgewichtsemissionsstrom Igleich zu messen und den
genannten Quotienten zu bilden. Unabhängig von den Absolut
werten der Temperaturen und Spannungen ist dieser Quotient
Iein/Igleich 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
Iein/Igleich 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 Iein/Igleich 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 Iein/Igleich 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
Iein/Igleich 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 UH ver
sorgt, so dass ein Heizstrom IH 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 UR 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 IH und Heizspannung UH sowie Röhren- bzw. Emissions
strom I und Röhrenspannung UR 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 IH und der Shunt-Widerstand 13 von dem Emissionsstrom I
durchflossen ist. Die über den Shunt-Widerständen 12 und 13
abfallenden, dem Heizstrom IH 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
UH 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 IH, dem
Emissionsstrom I und der Heizspannung UH 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 IH und UH 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 IHstart und der Heiz
spannung UHstart. 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 IH, der bei konstanter Heizspannung UH dem elektri
schen Widerstand des Emitters umgekehrt proportional ist,
veranschaulicht.
Während der Betriebsdauer der Röntgenröhre 1 und damit des
Emitters 4 fällt der Heizstrom IH in der aus Fig. 2 beispiel
haft ersichtlichen Weise ausgehend von einem dem Startwert
des elektrischen Widerstandes entsprechenden Startwert IHstart
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 IHstart 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 IH
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 IH. 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 IH
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 UR an der Röntgenröhre an
liegt, auf eine konstante Emissionstemperatur geheizt wird
und dass nach erfolgter Aufheizung die Röhrenspannung UR 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 UR
vorliegenden Einschaltemissionsstrom Iein und den sich nach
Anlegen der Röhrenspannung UR einstellenden, wenigstens an
nähernd zeitlich konstanten Gleichgewichtsemissionsstrom
Igleich.
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 UR 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 Iein
auf den Gleichgewichtsemissionsstrom Igleich 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 Igleich, 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 Iein/Igleich größer wird.
Dies ist aus Fig. 4, in der der zeitliche Verlauf des Quo
tienten Iein/Igleich für einen beispielhaften Emitter über des
sen Lebensdauer von ca. 276 Stunden aufgetragen ist, ersicht
lich, wo ein dramatischer Anstieg des Quotienten Iein/Igleich
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
Iein/Igleich 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
Iein/Igleich 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
Iein/Igleich und speichert die entsprechenden Werte, so dass der
zeitliche Verlauf des Quotienten Iein/Igleich bekannt ist. Aus
diesem zeitlichen Verlauf des Quotienten Iein/Igleich ermittelt
die elektronische Recheneinrichtung 7 im Zuge jedes Testzyk
lus den zeitlichen Gradienten, mit dem sich der Quotient
Iein/Igleich 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 Iein/Igleich 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 (UH)
einstellenden Einschaltemissionsstroms (Iein) und dem sich im
Anschluss an den Einschaltvorgang einstellenden kleineren
Gleichgewichtsemissionsstrom (Igleich) aufweist, die diesen
Quotienten (Iein/Igleich) als Funktion der Betriebsdauer des
Emitters ermitteln, wobei die Warneinrichtung aus der Ände
rung des Quotienten (Iein/Igleich) als Funktion der Betriebs
dauer des Emitters das Signal ableitet.
7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, deren Mittel zur Messung des
Quotienten aus dem Einschaltemissionsstrom (Iein) und dem
Gleichgewichtsemissionsstrom (Igleich) den zeitlichen Verlauf
des Quotienten (Iein/Igleich) über die aufgelaufene Emitterbe
triebszeit ermittelt wird.
8. Röntgenröhre nach Anspruch 2 oder 3, deren Warneinrichtung
die Messung des Einschaltemissionsstroms (Iein) und des
Gleichgewichtsemissionsstroms (Igleich) 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.
Priority Applications (1)
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