DE2807561A1 - Roentgenroehren-drehanode - Google Patents

Roentgenroehren-drehanode

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DE2807561A1
DE2807561A1 DE19782807561 DE2807561A DE2807561A1 DE 2807561 A1 DE2807561 A1 DE 2807561A1 DE 19782807561 DE19782807561 DE 19782807561 DE 2807561 A DE2807561 A DE 2807561A DE 2807561 A1 DE2807561 A1 DE 2807561A1
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Withdrawn
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DE19782807561
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Rudolf Dipl Phys Friedel
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/105Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • Röntgenröhren-Drehanode
  • Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Anoden sind bekannt aus der US-PS 32 43 636.
  • Bekanntlich wird viel der bei der Herstellung von Röntgenstrahlen aufgewendeten Energie in Wärme umgesetzt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Außer der Tellerunterseite können die schwärzenden Löcher auch an der Oberseite der Anode angebracht werden.
  • Dazu steht die Fläche zur Verfügung, die von der Brenn fleckbahn und von der Halterung der Anode an der Achse begrenzt wird.
  • 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.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsb eispiele weiter erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche ( '1.) Röntgenröhren-Drehano de , deren Oberfläche außerhalb der Brennfleckbahn geschwärzt ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens an der der Brennfleckbahn gegenüberliegenden Seite der Drehanode eine Vielzahl von Bohrungen großen Schachtverhältnisses bei kleinem Abstand voneinander (geringe Restfläche) in den Anodenkörper eingebracht ist.
  2. 2. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e-k e n n z e i c h n e t , daß das Schachtverhältnis 2:1 bis 10:1, insbesondere 4:1, ist.
  3. 3. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tiefe der Bohrungen 10/um bis 1000/um, insbesondere 200/um, beträgt bei einer Dicke der Anode von 2 mm bis 20 mm, insbesondere 10 mm.
  4. 4. Röntgenröhren-Drehanode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß schwärzende Bohrungen auch in den von der Brennfleckbahn umschlossenen, sich zur Drehachse hin erstreckenden Teil der Anode eingebracht sind.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1981000226A1 (en) * 1979-07-12 1981-02-05 Plansee Metallwerk Method for assembling the parts making up an x-ray anode,in particular a rotating anode
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US7197119B2 (en) 2004-01-22 2007-03-27 Siemens Aktiengesellschaft High-performance anode plate for a directly cooled rotary piston x-ray tube
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