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Die Erfindung betrifft eine Kathode.
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Eine derartige Kathode ist in einer Röntgenröhre angeordnet und dient als Elektronenquelle. Die Kathode umfasst einen Fokuskopf, in dem ein Emitter starr befestigt ist. Weiterhin ist in dem Fokuskopf eine Längenfokussierungselektrode mit zwei Elektrodenelementen angeordnet. Die zwei Elektrodenelemente sind gegenüber dem Fokuskopf elektrisch isoliert.
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Die vom Emitter erzeugten Elektronen werden mittels auf dem Fokuskopf angeordneter Ablenkelektroden zu einem Elektronenstrahl fokussiert, gegebenenfalls abgelenkt und in Richtung einer Anode (Target) beschleunigt. Beim Aufprall der Elektronen auf der Anode werden diese abgebremst, wobei in einem Brennfleck eine zur diagnostischen Bildgebung oder zur therapeutischen Bestrahlung nutzbare Röntgenstrahlung entsteht. Darüber hinaus ist mit Röntgenstrahlung auch eine analytische Materialuntersuchung oder eine sicherheitstechnische Überprüfung möglich.
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Als Elektronenquelle geeignete Emitter sind als thermionische Emitter (thermische Elektronenemission durch Widerstandsheizung oder durch Laserbestrahlung des Emitters) oder als Feldemitter (durch Feldemission erzeugte Elektronen) ausgebildet.
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Ein als Wendelemitter (Glühwendel) ausgebildeter thermionischer Emitter ist beispielsweise aus der
DE 199 55 845 A1 bekannt. Thermoionische Emitter, die als Flachemitter ausgeführt sind und eine rechteckige Emitterfläche aufweisen, sind z. B. in der
DE 27 27 907 C2 und in der
DE 10 2008 046 721 A1 beschrieben. Die genannten thermoionischen Emitter werden jeweils durch eine Widerstandsheizung, d. h. durch eine Beaufschlagung mit Heizstrom, erhitzt.
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In Computertomographie-Systemen ist es derzeit üblich, Röntgenröhren einzusetzen, deren Elektronenstrahl synchron mit der Ausleserate des zugehörigen Röntgendetektors abgelenkt wird. Durch die Ablenkung des Elektronenstrahls ändert sich die Position des Brennflecks. Auf diese Weise werden die Auflösung des Computertomographie-Systems erhöht und Bildartefakte reduziert. Die Ablenkung des Elektronenstrahls wird dabei mittels magnetischer Felder sowie einer entsprechenden Steuerelektronik vorgenommen. Bei der Ablenkung des Elektronenstrahls treten Verzerrungen des Strahlquerschnitts auf, die zu einer unerwünschten Veränderung des Brennflecks in r-Richtung (Anodenradius nach außen) und damit zu einer Veränderung der optischen Länge des Brennflecks führen. Die optische Länge des Brennflecks ist hierbei definiert als Produkt aus Sinus des Anodenwinkels und elektrischer Länge des Brennflecks. Die unerwünschte Veränderung des Brennflecks führt zu einer schlechteren Qualität des Röntgenbildes.
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Um die unerwünschte Veränderung der optischen Länge des Brennflecks zu verringern, ist es bekannt, im Fokuskopf der Kathode eine Längenfokussierungselektrode mit zwei Elektrodenelementen anzuordnen. Die Elektrodenelemente sind bei der bekannten Längenfokussierungselektrode als separate Elemente ausgeführt und müssen deshalb einzeln in den Fokuskopf eingesetzt und sowohl zueinander als auch zum Emitter justiert werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass eine Schiefstellung der Elektrodenelemente vermieden wird. Außerdem ist bei den Elektrodenelementen auf korrekte Abstände zueinander und zum Emitter zu achten. Aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten im Fokuskopf (geringer Einbauraum) und aufgrund des Abstandes zwischen dem Emitter und der Anode (etwa 20 mm) müssen die Elektrodenelemente entsprechend genau eingebaut werden. Hierzu werden üblicherweise Montagehilfsmittel (z. B. Schablonen) verwendet. Der elektrisch isolierte Einbau von Elektrodenelementen in einen Fokuskopf bei gleichzeitig sicherer elektrischer Kontaktierung ist somit fertigungstechnisch relativ aufwendig.
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Die
US 4,764,947 beschreibt eine Kathode mit Einrichtungen zur Fokussierung von emittierten Elektronen. Bei dieser Kathode kann der Querschnitt des Elektronenstrahls in einer bestimmten Ebene, beispielsweise in der Ebene des Brennflecks einer Anode, bezogen auf einen Querschnitt des Elektronenstrahls minimal gehalten werden. Hierfür enthalten die Fokussierungseinrichtungen Mittel, die außerhalb des Weges des Elektronenstrahls angeordnet sind und durch die ein vorgebbarer Teil der Elektronenemission unterdrückt wird. Dadurch kann die Größe des Brennflecks auf der Anode vermindert werden, ohne dass eine wesentliche Reduzierung des Elektronenstrahlstromes eintritt.
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In der
DE 10 2009 009 159 A1 ist ein Fokuskopf mit wenigstens einem eine Emissionsfläche aufweisenden Emitter bekannt. Jeder Emitter ist hierbei von einer Mehrzahl von Sperrelektroden umgeben, die unabhängig voneinander mit einem Sperrpotential beaufschlagbar sind, so dass sich im Betriebszustand ein oder mehrere Teilbereiche der jeweiligen Emissionsfläche hinsichtlich einer Elektronenemission gezielt sperren lassen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine fertigungstechnisch einfach herstellbare Kathode mit konstanten Emissionseigenschaften zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kathode gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Die Kathode nach Anspruch 1 umfasst einen Fokuskopf, in dem ein Emitter und eine gegenüber dem Fokuskopf elektrisch isolierte Längenfokussierungselektrode mit zwei Elektrodenelementen angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist die Längenfokussierungselektrode einstückig ausgebildet.
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Dadurch, dass die Längenfokussierungselektrode als einstückiges Bauteil ausgeführt ist, weisen die Elektrodenelemente einen konstanten Abstand zueinander auf. Damit werden negative Einflüsse, wie z. B. Verkippungen und/oder Abstandsfehler, verhindert, so dass die erfindungsgemäße Kathode während der gesamten Lebensdauer konstante Emissionseigenschaften aufweist. Weiterhin werden durch die erfindungsgemäße Lösung die Montagezeiten verringert und die Fertigungsprozesse vereinfacht.
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Die erfindungsgemäße Kathode ermöglicht den Aufbau eines Röntgenstrahlerzeugungssystems, das eine Elektronenstrahlablenkung ohne negative Auswirkung auf die Röntgenbildqualität durch Verzerrungen des Elektronenstrahls und durch Bewegung des Elektronenstrahls während der computertomographischen Bilddatenerfassung ermöglicht. Zusätzlich ist mit der erfindungsgemäßen Kathode die Realisierung sehr kleiner Elektronenstrahlquerschnitte möglich. Diese verzerrungsfreie Ablenkung ist nicht nur bei allen Computertomographie-Anwendungen vorteilhaft, sondern auch bei anderen Röntgenanwendungen, wie z. B. Mammographie-Untersuchungen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kathode nach Anspruch 2 ist die Einstückigkeit auf besonders einfache Weise dadurch realisiert, dass die Elektrodenelemente durch einen Steg miteinander verbunden sind.
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Bei einer Kathode nach Anspruch 3 weisen die Elektrodenelemente an den Seiten, die dem Emitter zugewandt sind, jeweils einen vom Fokuskopf weggerichteten Abbug auf. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise eine unerwünschte Veränderung des Brennflecks verhindert werden. Gleichzeitig schützt der jeweilige Abbug die Elektrodenfläche des jeweiligen Elektrodenelements vor emittierten Elektronen.
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Bei einer Ausführungsform der Kathode gemäß Anspruch 4 weist der Steg im Bereich zwischen den beiden Elektrodenelementen an beiden Längsseiten jeweils eine Ausbuchtung auf. Dadurch ist es möglich, auch Emitter mit abgewinkelten Anschlussbeinchen in den Fokuskopf einzubauen.
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Vorzugsweise liegen die Elektrodenelemente der Längenfokussierungselektrode auf einem gemeinsamen Potential von z. B. +/–1 kV gegenüber dem Potential des Emitters.
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Nachfolgend wird ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 einen Fokuskopf der erfindungsgemäßen Kathode in einer perspektivischen Draufsicht und
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2 eine Längenfokussierungselektrode, die zum Einbau in einen Fokuskopf gemäß 1 geeignet ist.
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In 1 ist mit 1 Fokuskopf bezeichnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Grundform aufweist.
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Im Fokuskopf 1 ist an einer Stirnseite ein Emitter 2 angeordnet, der auf dem gleichen Potential wie der Fokuskopf 1 liegt. Der Emitter 2 ist als Flachemitter mit einer rechteckigen Emitterfläche 21 ausgebildet und weist an seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils einen flächigen Anschlusskontakt 22 bzw. 23 für eine Zuführung von Heizstrom auf.
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Der in 1 dargestellte Emitter 2 muss nicht notwendigerweise als Flachemitter ausgeführt sein. Der Emitter 4 kann auch als Wendelemitter (Glühwendel) ausgebildet sein.
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Der Fokuskopf 1 weist zu beiden Seiten des Emitters 2 jeweils eine Ablenkelektrode 3 und 4 auf. Die zwei Ablenkelektroden 3 und 4, mit denen die vom Emitter 2 emittierten Elektronen abgelenkt und fokussiert werden, sind gegenüber dem Fokuskopf 1 elektrisch isoliert.
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Weiterhin weist der Fokuskopf 1 eine Längenfokussierungselektrode 5 auf. Die Längenfokussierungselektrode 5 ist gegenüber dem Fokuskopf 1 elektrisch isoliert und umfasst zwei Elektrodenelemente 6 und 7 mit jeweils einer Elektrodenfläche 61 bzw. 71.
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Die Längenfokussierungselektrode 5 ist erfindungsgemäß einstückig ausgebildet. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dies – wie in 2 dargestellt – dadurch realisiert, dass die Elektrodenelemente 6 und 7 durch einen Steg 8 miteinander verbunden sind.
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Die Elektrodenelemente 6 und 7 weisen an den Seiten, die dem Emitter 2 zugewandt sind, jeweils einen vom Fokuskopf 1 weggerichteten Abbug 62 bzw. 72 auf. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise eine unerwünschte Veränderung des Brennflecks verhindert werden. Gleichzeitig schützt der jeweilige Abbug 62 bzw. 72 die Elektrodenfläche 61 bzw. 71 des jeweiligen Elektrodenelements 7 bzw. 8 vor emittierten Elektronen.
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Die Elektrodenelemente 6 und 7 sind über jeweils einen Anschlussstift 63 bzw. 73 an ein gemeinsames Potential von z. B. +/–1 kV gegenüber dem Potential des Emitters 2 geschaltet.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist der Steg 8 im Bereich zwischen den beiden Elektrodenelementen 6 und 7 an beiden Längsseiten jeweils eine Ausbuchtung 81 bzw. 82 auf. Dadurch ist es möglich, anstelle des Emitters 2 auch einen Emitter mit abgewinkelten Anschlussbeinchen in den Fokuskopf 1 einzubauen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben ist, so ist die Erfindung nicht durch das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus auch andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.
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Wie aus der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, werden durch die erfindungsgemäße Lösung, nämlich die Längenfokussierungselektrode 5 einstückig auszubilden, die bisherigen Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Kathoden beseitigt.
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Dadurch, dass die Längenfokussierungselektrode 5 als einstückiges Bauteil ausgeführt ist, weisen die Elektrodenelemente 6 und 7 einen konstanten Abstand zueinander auf. Damit werden negative Einflüsse, wie z. B. Verkippungen und/oder Abstandsfehler, verhindert. Weiterhin werden durch die erfindungsgemäße Lösung die Montagezeiten verringert und die Fertigungsprozesse vereinfacht.
