DE2807561A1 - Rotary anode for X=ray tube - has numerous holes acting as distributed black-body radiators cooling anode efficiently - Google Patents

Abstract

The rotary anode provides efficient coding by radiating the heat to the outside. The surface of the anode (10) outside its focal path (19, 20) is blackened. On the side of the anode away from the focal path, numerous blackening holes are located in the body of the anode. These holes are relatively large and the distance between them relatively small. The holes are 10-1000 microns deep, pref. 200 microns, and of the anode is 2-20mm thick they have a depth of 10mm. They act as small black body radiators.

Description

Röntgenröhren-DrehanodeX-ray tube rotating anode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Anoden sind bekannt aus der US-PS 32 43 636.The invention relates to an X-ray tube rotating anode according to the preamble of claim 1. Such anodes are known from US Pat. No. 3,243,636.

Bekanntlich wird viel der bei der Herstellung von Röntgenstrahlen aufgewendeten Energie in Wärme umgesetzt.It is well known that much of this becomes in the production of X-rays used energy converted into heat.

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.This must then be safe to avoid damaging the anode be transported away. All surfaces of the rotating anodes can be used for this purpose, which lie outside the focal point path, because only this needs to be smooth.

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.As a processing promoting heat radiation, US Pat 32 43 636 a roughening indicated by sandblasting, for example. But this can be the Do not increase the radiation coefficient of the material. The one with a roughening The achievable gain in heat dissipation is therefore only small.

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.A method developed further in the aforementioned US-PS is application black layers on surfaces of the anode that lie outside the focal point path. Depending on the type of material used for the coating, this can be a significant improvement the radiation coefficient can be achieved. However, the layers can differ from one another Loosen the surface to which they are attached. On the other hand, many black layers suffer a change over time, if the conditions prevailing in X-ray tubes (Temperature, high vacuum).

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.The invention is based on the object of an X-ray tube rotating anode according to the preamble of claim 1, the radiation of heat safely and to improve permanently. This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of this claim resolved specified measures.

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.When blackening areas according to the invention by introducing them very many small holes with the largest possible ratio of hole depth to hole cross-section (= Shaft ratio), e.g. 2: 1 to 10: 1, and a small remaining area, i.e. more dense Arrangement, a radiating surface is obtained that is approximately like a physically black body works. This is the greatest achievable improvement in radiation capability an area. It can be used with the well-known blackenings applied to anodes, which consist of physical black matter cannot be reached. on the other hand no coatings are required according to the invention, which are wholly or partially can peel off or change over time due to temperature stress.

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.For the introduction of boreholes, which except round any other, approximately square or hexagonal (in a honeycomb arrangement), cross-section can, The one opposite to the focal point path is primarily offered Side of the rotating anode, the so-called back of the plate, because the one on the front of the plate after subtracting the focal point path (s) remaining area is relatively small. as Holes have been shown to be easily accessible with currently available technical means, which is a ratio of the hole depth to the hole diameter, i.e. a shaft ratio of about 4: 1. Already with this a satisfactory approximation is made with close packing reached to a cavity radiator. But on the other hand, by bringing in the Holes which are necessary for the absorption of the heat during the generation of rays To retain sufficient heat capacity, the holes should not be essential make up more than 10% of the material of the anode. Without loss of heat-absorbing Material compared to conventional rotating anodes, you get along if from the start a correspondingly larger amount of material is provided, i.e. if thicker ones are used Anodes starts from the usual ones in terms of a desired standard of heat capacity etc. are built up.

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.For currently Rotary anodes used in X-ray diagnostics have become a thing of the past Proven to be expedient, the boreholes in compliance with a shaft ratio from 4: 1 to a depth of 10 / um to 1000 / um, in particular 2001um, in a 2 To introduce mm to 20 mm, in particular 10 mm, thick rotating anode, with currently Typically a molybdenum alloy is used as the anode material, e.g. those that contain 5% tungsten (W) in molybdenum (Mo). The focal point path in the usual way with an approximately 1 mm thick layer of 5 to 10% rhenium containing tungsten alloy be occupied. The rest of the body of the anode can also from W or consist of pure Mo, because then the advantages of increased heat capacity of the Mo can be exploited.

Außer der Tellerunterseite können die schwärzenden Löcher auch an der Oberseite der Anode angebracht werden.Besides the dish base, the blackening holes can also be on the top of the anode.

Dazu steht die Fläche zur Verfügung, die von der Brenn fleckbahn und von der Halterung der Anode an der Achse begrenzt wird.For this purpose, the area is available that is from the focal track and is limited by the holder of the anode on the axle.

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.The holes can be made with all known drilling tools will. Because of the convenience of using very small diameter holes, about 10 / um to 100 / um, in particular 50 / um, has particularly proven to be the use of Lasers for drilling have been tried and tested because there is the possibility of using simple optical means to control the laser beam very precisely and a high drilling frequency to achieve. This method is also particularly suitable for economic reasons. This makes it possible that while maintaining very thin partitions Holes can be packed tightly so that only a small residual area remains and the radiating area, on the other hand, becomes large.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsb eispiele weiter erläutert.Further details and advantages of the invention are provided below further explained with reference to the exemplary embodiments shown in the figures.

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 Fig. 1, a rotating anode X-ray tube is drawn, from the Rotating anode plate, a sector is cut out, and in Fig. 2 is a section shown enlarged in perspective from the underside of the rotating anode.

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.In Fig. 1, 1 is a vacuum flask of an X-ray tube rotating anode designated. Inside the piston 1 there is a cathode arrangement at one end 3 and opposite it at the other end of the bulb an anode arrangement 4. The former The arrangement 3 is fastened to the piston 1 by means of a sleeve. The actual hot cathode is housed invisibly in the attachment 6 of the cathode arrangement 3 in the present FIG. 1. The anode assembly consists of a rotor 7 which carries an axis 8 on which An anode plate 10 is attached at the end by means of a screw nut 9. On the bottom 11 of the plate 10 holes 12 are introduced, as well as 13 holes on the top 14, which, like the first-mentioned, are designed in accordance with the above description within the meaning of the invention are.

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.To operate the tube 2, connecting lines 15 to 17 and a connection piece 18 in a known manner not illustrated in detail potentials applied, which lead to the fact that the hot cathode housed in the approach 6 electrons arrive at the focal point path 19 and / or 20, so that X-rays are desired can be obtained. The resulting heat is to a small extent at the Surface of the focal point 19, 20 radiated and mainly enters the part of the body of the anode 10 lying under the tracks. From there, both the part designated with 11 and also the part designated with 13, which is provided with bores 12 and 14 is heated, so that from the openings of the bores 12, 14 in the sense of a black Body heat is radiated.

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.From the excerpt from FIG. 2, shown enlarged Underside 11 of the anode 10 can be seen that the holes 12 only up to one Depth of 200 to 300 .mu.m built into the body of the anode 10. brings are and that with a staggered arrangement of the adjacent rows of holes 12 only very thin walls 21 remain between them, so that most of the area consists of the openings of the bores 12. But this means that the main thing the free area of the underside 11 in the sense of a physically black body is effective. The upper side 13 of the anode plate is also in the same way as 11 10 trained.

Claims (4)

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. Claims ('1.) X-ray tubes-Drehano de whose surface is blackened outside the focal point path, d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that at least on the side opposite the focal point path of the Rotating anode a large number of holes with a large shaft ratio and a small spacing from each other (small remaining area) is introduced into the anode body. 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. 2. X-ray tube rotating anode according to claim 1, d a -d u r c h g e-k It is noted that the shaft ratio 2: 1 to 10: 1, in particular 4: 1, is. 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. 3. X-ray tube rotating anode according to claim 2, d a -d u r c h g e k It is noted that the depth of the bores 10 / um to 1000 / um, in particular 200 μm, with a thickness of the anode of 2 mm to 20 mm, in particular 10 mm. 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. 4. X-ray tube rotating anode according to one of the preceding claims, d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that blackening holes also in the enclosed by the focal point path, extending towards the axis of rotation the anode are introduced.