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Röntgenröhren-Drehanode
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Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Solche Anoden sind bekannt aus der US-PS 32 43 636.
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Bekanntlich wird viel der bei der Herstellung von Röntgenstrahlen
aufgewendeten Energie in Wärme umgesetzt.
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Diese muß dann zur Vermeidung von Beschädigungen der Anode gefahrlos
abtransportiert werden. Dazu können alle Flächen der Drehanoden herangezogen werden,
die außerhalb der Brennfleckbahn liegen, weil nur diese glatt zu sein braucht.
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Als eine die Wärmeabstrahlung fördernde Bearbeitung ist in der US-PS
32 43 636 eine Aufrauhung etwa durch Sandstrahlen angegeben. Dies kann aber den
Abstrahlungskoeffizienten des Materials nicht erhöhen. Der mit einer Aufrauhung
erzielbare Gewinn an Wärmeabtransport ist daher nur gering.
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Eine in vorgenannter US-PS weitergebildete Methode ist das Auftragen
schwarzer Schichten auf Flächen der Anode, die außerhalb der Brennfleckbahn liegen.
Je nach Art des zur Beschichtung benutzten Materials kann so eine deutliche Verbesserung
des Abstrahlkoeffizienten erzielt werden. Die Schichten können sich aber von einer
Fläche lösen, an der sie angebracht sind. Andererseits erleiden viele schwarze Schichten
mit der Zeit eine Veränderung, wenn sie den in Röntgenröhren herrschenden Bedingungen
(Temperatur, Hochvakuum) ausgesetzt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Röntgenröhren-Drehanode
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Abstrahlung der Wärme sicher und
dauerhaft zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Schwärzung von Flächen durch Einbringung
sehr vieler kleiner Löcher mit möglichst großem Verhältnis der Lochtiefe zum Lochquerschnitt
(= Schachtverhältnis), z.B. 2:1 bis 10:1, und geringer Restfläche, d.h. dichter
Anordnung, wird eine abstrahlende Fläche erhalten, die annähernd wie ein physikalisch
schwarzer Körper wirkt. Dies ist die größte erreichbare Verbesserung der Abstrahlungsfähigkeit
einer Fläche. Sie kann mit den bekannten, auf Anoden aufgebrachten Schwärzungen,
die aus körperlichen schwarzen Stoffen bestehen, nicht erreichtswerden. Andererseits
werden nach der Erfindung keine Beschichtungen benötigt, die sich ganz oder teilweise
ablösen oder mit der Zeit bei der Temperaturbeanspruchung verändern können.
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Zur Einbringung von Bohrlöchern, die außer rundem beliebig anderen,
etwa quadratischen oder sechseckigen (zu wabenförmiger Anordnung), Querschnitt haben
können,
bietet sich in erster Linie die der Brennfleckbahn gegenüberliegende
Seite der Drehanode, die sog.Tellerrückseite, an, weil die an der Tellervorderseite
nach Abzug der Brennfleckbahn(en) verbleibende Restfläche relativ klein ist. Als
mit z.Z.vorhandenen technischen Mitteln gut erreichbar haben sich Löcher erwiesen,
die ein Verhältnis der Lochtiefe zum Lochdurchmesser, d.h. ein Schachtverhältnis
von etwa 4:1, haben. Schon damit wird bei dichter Packung eine befriedigende Annäherung
an einen Hohlraumstrahler erreicht. Um aber andererseits durch das Einbringen der
Löcher die für die Aufnahme der Wärme bei der Erzeugung von Strahlen erforderliche
Wärmekapazität in ausreichendem Umfang zu behalten, sollten die Löcher nicht wesentlich
mehr als 10 % des Materials der Anode ausmachen. Ohne Verlust an wärmeaufnehmendem
Material im Vergleich zu üblichen Drehanoden kommt man aus, wenn von vornherein
ein entsprechendes Mehr an Material vorgesehen wird, d.h., wenn man von dickeren
Anoden ausgeht als von den üblichen, die im Hinblick auf einen gewünschten Standard
an Wärmekapazität etc. aufgebaut sind.
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Für z.Z. in der Röntgendiagnostik verwendete Drehanoden hat es sich
als zweckmäßig erwiesen, die Bohrungen unter Einhaltung eines Schachtverhältnisses
von 4:1 bis zu einer Tiefe von 10/um bis 1000/um, insbesondere 2001um, in eine 2
mm bis 20 mm, insbesondere 10 mm, dicke Drehanode einzubringen, wobei gegenwärtig
in der Regel eine Molybdänlegierung als Anodenmaterial verwendet ist, z.B. eine
solche, die 5 % Wolfram (W) im Molybdän (Mo) enthält. Dabei kann die Brennfleckbahn
in üblicher Weise mit einer etwa 1 mm starken Schicht aus einer 5 bis 10 % Rhenium
enthaltenden Wolframlegierung belegt sein. Der übrige Körper der Anode kann aber
auch aus W oder
aus reinem Mo bestehen, weil dann die Vorzüge der
erhöhten Wärmekapazität des Mo ausgenutzt werden können.
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Außer der Tellerunterseite können die schwärzenden Löcher auch an
der Oberseite der Anode angebracht werden.
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Dazu steht die Fläche zur Verfügung, die von der Brenn fleckbahn und
von der Halterung der Anode an der Achse begrenzt wird.
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Die Bohrungen können an sich mit allen bekannten Bohrwerkzeugen eingebracht
werden. Wegen der Zweckmäßigkeit der Verwendung von Bohrungen mit sehr kleinem Durchmesser,
etwa 10/um bis 100/um, insbesondere 50/um, hat sich besonders die Verwendung von
Lasern zur Bohrung bewährt, weil dabei die Möglichkeit .besteh-t, mit einfachen
optischen Mitteln den Laserstrahl sehr genau zu steuern und eine hohe Bohrfrequenz
zu erzielen. Diese Methode ist auch aus wirtschaftlichen Gründen besonders geeignet.
Dadurch ist es möglich, daß unter Aufrechterhaltung sehr dünner Zwischenwände die
Löcher dicht gepackt werden können, so daß nur eine geringe Restfläche übrig bleibt
und die abstrahlende Fläche demgegenüber groß wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsb eispiele weiter erläutert.
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In der Fig. 1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre gezeichnet, aus deren
Drehanodenteller ein Sektor herausgeschnitten ist, und in der Fig. 2 ist ein Ausschnitt
aus der Unterseite der Drehanode perspektivisch vergrößert dargestellt.
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In der Fig. 1 ist mit 1 ein Vakuumkolben einer Röntgenröhren-Drehanode
bezeichnet. Im Inneren des Kolbens 1 befindet sich am einen Ende eine Kathodenanordnung
3 und ihr gegenüber am anderen Ende des Kolbens eine Anodenanordnung 4. Erstere
Anordnung 3 ist mittels einer Hülse am Kolben 1 befestigt. Die eigentliche Glühkathode
ist in vorliegender Fig. 1 unsichtbar im Ansatz 6 der Kathodenanordnung 3 untergebracht.
Die Anodenanordnung besteht aus einem Rotor 7, der eine Achse 8 trägt, an deren
Ende mittels einer Schraubenmutter 9 ein Anodenteller 10 befestigt ist. An der Unterseite
11 des Tellers 10 sind Bohrungen 12 eingebracht, ebenso an der Oberseite 13 Bohrungen
14, die wie die erstgenannten im Sinne der Erfindung nach obiger Beschreibung ausgebildet
sind.
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Zum Betrieb der Röhre 2 werden über Anschlußleitungen 15 bis 17 und
einen Anschlußstutzen 18 in bekannter Weise nicht näher veranschaulichte Potentiale
angelegt, die dazu führen, daß von der im Ansatz 6 untergebrachten Glühkathode Elektronen
auf die Brennfleckbahn 19 und/ oder 20 gelangen, so daß in erwünschter Weise Röntgenstrahlen
erhalten werden. Die dabei entstehende Wärme wird zu einem geringen Teil an der
Oberfläche der Brennfleckbahn 19, 20 abgestrahlt und gelangt zur Hauptsache in den
unter den Bahnen liegenden Teil des Körpers der Anode 10. Von dort wird dann sowohl
der mit 11 als auch der mit 13 bezeichnete Teil, der mit Bohrungen 12 und 14 versehen
ist, erhitzt, so daß aus den Öffnungen der Bohrungen 12, 14 im Sinne eines schwarzen
Körpers Wärme abgestrahlt wird.
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Aus dem in der Fig. 2 vergrößert dargestellten Ausschnitt aus der
Unterseite 11 der Anode 10 ist ersichtlich, daß die Bohrungen 12 nur biszu einer
Tiefe von 200 bis 300/um in den Körper der Anode 10 einge-
bracht
sind und daß bei versetzter Anordnung der nebeneinanderliegenden Reihen der Bohrungen
12 nur sehr dünne Wände 21 dazwischen verbleiben, so daß der größte Teil der Fläche
aus den Öffnungen der Bohrungen 12 besteht. Dies bedeutet aber, daß die Hauptsache
der freien Fläche der Unterseite 11 im Sinne eines physikalisch schwarzen Körpers
wirksam ist. In gleicher Weise wie 11 ist auch die Oberseite 13 des Anodentellers
10 ausgebildet.