DE1148026B - Roentgenroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

A36985Vmc/21g

ANMELDETAG: 16. MÄRZ 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

2. MAI 1963

Die Erfindung betrifft Röntgenröhren und bezieht sich insbesondere auf Röhren zur Erzeugung größerer Mengen verwertbarer Röntgenstrahlung.

Es ist bekannt, daß beim Auftreffen von Elektronen einer Kathode auf die Antikathode einer Röntgenröhre unabhängig von dem Einfallwinkel, unter dem der Elektronenstrahl auf die Antikathode auftrifft, Röntgenstrahlen in allen Richtungen aus der Oberfläche der Antikathode austreten. Ein Teil dieser Strahlung ist außerhalb des Röhrenkolbens nutzbar, wenn sie durch ein Fenster hindurchläuft, das aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material in der Kolbenwand eingelassen ist.

Für medizinische Zwecke wird üblicherweise nur eine geringe Menge Röntgenstrahlung benötigt. Es gibt jedoch viele Anwendungsarten, besonders auf dem Gebiet der quantitativen Analyse von Materialien, bei denen eine wesentlich stärkere Strahlung erforderlich ist.

Es ist ferner bekannt, das Kathodensystem einer Röntgenröhre zwischen der Prallplatte der Anode und einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster anzuordnen, wobei die axiale Erstreckung des Kathodensystems senkrecht zu der axialen Ausfluchtung der Prallplatte und des Fensters so liegt, daß bei Betrieb der Röhre die an der Prallplatte erzeugte nutzbare Röntgenstrahlung, bevor sie aus der Röhre durch das Fenster nach außen tritt, eine Öffnung oder Blende in dem Kathodensystem durchläuft. Das Fenster und die Anode sind dabei auf der Achse des zylindrischen Kolbens gegeneinander ausgerichtet; in bestimmten Ausführungsformen wird das zu untersuchende Objekt in einen engbegrenzten Raum untergebracht. Dabei entstehen Schwierigkeiten bei der Lageeinstellung der Röhre innerhalb des Raumes, wenn das Fenster dicht an das zu untersuchende Objekt herangebracht werden soll.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Röntgenröhre zu schaffen, die große Mengen verwertbarer Röntgenstrahlung erzeugt und in der die zuvor erwähnten Schwierigkeiten wenigstens teilweise überwunden werden.

Eine solche Röntgenröhre ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das Fenster und die Anode samt Prallplatte einen Teil eines metallischen Kolbenabschnittes der Röhre bilden, der abgeflacht ausgeführt und dadurch gehaltert ist, daß er an einem Ende mit einem zylindrischen Bauteil fest verbunden ist, an dem mittels einer Glas-Metall-Abdichtung die Halteplatte für das Kathodensystem befestigt ist.

Die Öffnung in der Kathode kann vollkommen oder teilweise von einer elektrostatischen Abschirmung Röntgenröhre

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited,
London

ίο Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 17. März 1960 (Nr. 9503)

Cyril Gray,. New Barnet, Hertfordshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

ausgefüllt sein, damit die aus der Antikathode emittierten Sekundärelektronen abgelenkt werden und so ihr Auftreffen und ihre zerstörende Wirkung auf das Fenster verhindert wird, das in dem evakuierten Kolben eingelassen ist und durch das die nutzbaren Röntgenstrahlen den Kolben verlassen. Die Abschirmung kann aus einer dünnen Scheibe für Röntgenstrahlen durchlässigen Materials, beispielsweise Beryllium, bestehen oder auch ein Gitter aus leitendem Draht sein.

Die Kleinstabstände zwischen der Kathode, der Antikathode und dem Kolben einer Röntgenröhre werden in erster Linie durch den elektrischen Isolationswert zwischen diesen Teilen bestimmt, der das hohe elektrische Potential zwischen ihnen beim Betrieb der Röhre berücksichtigt. Die Anordnung dieser Bauteile in einer Röntgenröhre nach der Erfindung ermöglicht es, daß die Antikathode nahe am Fenster im Kolben untergebracht wird, wodurch ein beträchtlicher Anteil der auf der Antikathode erzeugten Strahlung außerhalb der Röhre nutzbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kathode in an sich bekannter Weise ein hohes negatives Potential in bezug auf die Anode und den Kolben führt, die an Erde liegen, was bekanntlich zu einer beträchtlichen Vereinfachung bei den zur Kühlung der Anode notwendigen Anordnungen führt. ...

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Röntgenröhre gemäß einer Ausführungsart der Erfindung ist;

■ Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Röntgenröhre;

Fig. 3 ist ein anderer senkrechter Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Röntgenröhre;

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung einer Röntgenröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt durch die in Fig. 4 dargestellte Röntgenröhre.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, besteht der evakuierte Kolben einer Röntgenröhre aus einem zylindrischen Teil 1, das zu einem haubenförmigen, symmetrisch zur Längsachse angeordneten Teil 2 offen ist. Das der offenen Verbindung zum Teil 2 gegenüberliegende Ende des zylindrischen Teils 1 ist durch eine Katihodenhalteplatte 3 verschlossen, die von einem muldenförmigen Wandabschnitt 4 gehalten wird. Das hakenförmige Teil 2, das zwei im wesentliehen parallel gegenüberstehende Wandabschnitte 5 und 6 aufweist, die durch einen weiteren Wandabschnitt 7 miteinander verbunden sind, ist aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Eine ringförmige Manschette 8, die einen Teil der Wand des zylindrisehen Teils 1 ausmacht, besteht aus Glas oder einem anderen elektrisch isolierenden Material und trennt die Halteplatte 3 von der metallischen Haube 2. Die verbleibenden Wandabschnitte des Teils 1 sind aus einer Metallegierung mit ähnlichen Wärmeausdehnungseigenschaften wie diejenigen des mit ihnen verbundenen Glases hergestellt, um auftretende Spannungen auf einem Kleinstwert zu halten, die andernfalls in dem Glas infolge einer ungleichen Wärmeausdehnung des Glases und des angrenzenden Metalls entstehen würden.

Die Anode der Röhre besteht aus einer Kupferelektrode 9, die in einer Öffnung innerhalb des Wandabschnittes 6 des Teils 2 eingebaut ist. Die Innenfläche der Anode besitzt eine eingelegte Wolframscheibe 10, die die Antikathodenfläche darstellt, während die Rückseite der Anode durch Wasser gekühlt wird. Das Wasser läuft über eine Rohrleitung 12 in einen Kühlmantel und verläßt ihn über eine zweite Rohrleitung 13.

In dem Wandabschnitt 5 des Teils 2 befindet sich eine Öffnung 14, die koaxial zur Wolframscheibe 10 liegt. Sie wird von einem Berylliumstück 15 oder von anderem für Röntgenstrahlung durchlässigem Material abgedeckt, wodurch ein Fenster gebildet wird, durch das die in der Röhre erzeugte Röntgenstrahlung aus dem Kolben austreten kann.

Das Kathodensystem entsprechend der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung enthält einen Kathodenabschnitt, der aus einem metallischen Kathodenteil 16 mit einer ringförmigen Aussparung 17 sowie einer kreisrunden Öffnung 18 besteht, die sich innerhalb der Aussparung befindet. Der Kathodenabschnitt ist auf der Halteplatte 3 mittels zweier StützenJ5 befestigt und liegt so zwisehen der Anode 9 und der Öffnung 14, daß die Achse der Öffnung 18 senkrecht zu der Ebene verläuft, in der die Scheibe 10 liegt. Ein Heizdraht 20 aus Elektronen emittierendem Material liegt in der Aussparung 17 der Kathode und wird am Umfang der öffnung 18 mittels einer Anzahl von Stiften 21 gehalten, die aus Isoliermaterial bestehen und aus dem Kathodenteil 16 hervorstehen. Die elektrischen Verbindungen zur Heizung lauf en durch mittels Glas oder Metallötstellen 22 vakuumdicht verschlossene Öffnungen in der Halteplatte 3.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entsprechend den Fig. 4 und 5 enthält die Kathode zwei gleiche Elektronen emittierende Kathodenteile 23, die in einem Abstand voneinander jeweils auf einer Seite der Verbindungsachse zwischen dem Mittelpunpt des Fensters und dem Mittelpunkt der Antikathodenoberfläche angeordnet sind, wobei zwischen ihnen eine Öffnung besteht. Die Teile sind auf besonderen Hülsen 25 und in gleichem Abstand zur Antikathodenoberfläche befestigt. Die Hülsen 25 sitzen auf einer metallischen Strahlungsabschirmung 26, die wiederum auf einer weiteren Hülse 27 befestigt ist, die starr in die Halteplatte 3 eingefügt ist.

Jedes Kathodenteil 23 enthält einen Heizdraht 28 aus Wolfram oder einem anderen Glühkathodenmaterial, der parallel zur Fläche der Wolfram-Antikathodenscheibe 10 liegt und einen konkaven Bündelungsschirm in Form eines Halbzylinders 29 besitzt, der teilweise den Heizdraht umgibt.

In beiden Ausführungsformen der Erfindung führt die Kathode in bezug auf die Anode und auf den Kolben, die an Erdpotential liegen, ein elektrisch negatives Potential.

Die Heizdrähte erhalten ein geeignetes elektrisches Potential, und ihre Temperatur wird entsprechend erhöht, bis sie auf die Antikathode 10 aus Wolfram gerichtete Elektronen aussenden. Dieses Elektronenbombardement der Anode führt zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, von denen ein Teil durch die Öffnung in der Kathode hindurchläuft und die Röhre durch das Fenster in dem Kolben verläßt. Die geringe Entfernung zwischen Antikathode und Fenster ermöglicht es, daß ein großer Anteil der Strahlung nutzbar wird.

Es hat sich herausgestellt, daß das für Röntgenstrahlen durchlässige Fenstermaterial in dem Kolben von der aus der Anode entstehenden Sekundärelektronenemission getroffen und beschädigt wird. In den beiden erläuterten Ausführungsformen der Erfindung läßt sich dies dadurch verhindern, daß die öffnung in der Kathode entweder vollkommen oder teilweise mit einem geeigneten Material abgedeckt wird, so daß die Kathode eine Oberfläche mit gleichem Potential aufweist und die Elektronen zur Anode zurücklaufen. Das Material kann aus Blech bestehen, das für Röntgenstrahlen durchlässig ist, wie es beispielsweise an der Stelle 18' in den Fig. 1 und 2 eingezeichnet ist, oder aus einem dünnen Drahtgitter, durch das die Röntgenstrahlen nicht aufgehalten werden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Röntgenröhre, in der eine Kathodenanordnung zwischen der Prallplatte der Anode und einem für Röntgenstrahlen durchlässigem Fenster angeordnet ist und die axiale Erstreckung der Kathodenanordnung senkrecht zur axialen Ausfluchtung zwischen der Prallplatte und dem Fenster so verläuft, daß die an der Prallplatte erzeugte nutzbare Röntgenstrahlung durch eine öffnung oder Blende in der Kathodenanordnung und

anschließend durch das Fenster aus der Röhre austritt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Fenster (15) als auch die Anode (9) samt Prallplatte (10) einen Teil eines metallischen Kolbenabschnittes (2) der Röhre bilden, der abgeflacht ausgeführt und dadurch gehaltert ist, daß er an einem Ende mit einem zylindrischen Bauteil (1) fest verbunden ist, an dem mittels einer Glas-Metall-Abdichtung die Halteplatte (3) für das Kathodensystem befestigt ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben an Erdpotential liegt und die Kathode bezüglich des Kolbens ein negatives Potential aufweist, wenn sich die Röhre in Betrieb befindet.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode auf ihrer Rückseite mit Kühlkanälen versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 461847, 577796, 748;
britische Patentschriften Nr. 208108, 361179, 545, 614 833, 698450.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen