DE8713042U1

DE8713042U1 - Röntgenröhre

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Publication number: DE8713042U1
Application number: DE8713042U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-09-28
Filing date: 1987-09-28
Publication date: 1989-01-26

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Röntgenröhre

Ditf Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem evakuierten, um eine Drehachse drehbar gelagerten Gehäuse, in dem eine Kathode und eine Anode angeordnet sind, die fest mit dem Gehäuse verbunden sind, mit Antriebsmitteln zum Drehen des Gehäuses um die Drehachse und mit einem in bezug auf das Gehäuse stationären Ablenksystem für einen ausgehend von der Kathode zu der Anode verlaufendsn Elektronenstrahl, das diessn dsrsrt ablenkt, daß er auf eine ringförmige Auftreff-Fläche der Anode trifft, wobei die Achse der ringförmigen Auftreff-Fläche der Drehachse entspricht, die durch die Kathode verläuft.

Bei einer derartigen Röntgenröhre wird der Elektronenstrahl durch das Ablenksystem derart abgelenkt, daß auf der Auftreff- *läche der Anode ein ortsfester Brennfleck entsteht. Unter die sem wird die fest mit dem Gehäuse verbundene Anode infolge der Drehung des Gehäuses gedreht, so daß immer neue kalte bzw. wieder abgekühlte Teile der Anode von dem Elektronenstrahl getroffen werden. Die thermische Belastbarkeit des Brennfleckes ist damit erheblich höher als die des Brennfleckes einer Rönt genröhre mit einer gegenüber dem Elektronenstrahl ruhenden Anode.

Eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art ist In der US-PS 1 215 116 beschrieben. Bei dieser Röntgenröhre ist die Anode mittels eines dünnen, stlftförmigen Fortsatzes mit dem Gehäuse verbunden. Eine Abfuhr der bei den Auftreffen des Elektronenstrahles auf die Anode entstehenden Verlustwärme durch Wärmeleitung ist somit nur in beschränktem Umfang möglich* Die Wärmeabfuhr von der Anode erfolgt vielmehr im wesentlichen durch Strahlung. Infolge dieses Umstandes läßt die thermische Belastbarkeit der Anode nach wie vor zu wünschen übrig. Außerdem

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( \ weist das Gehäuse der bekannten Röntgenröhre int Bereich von Kathode und Anode einen etwa sphärischen Gnhäuseabschnitt auf, dessen Durchmesser im Vergleich zu den Abmessungen von Kathode und Anode, die nahe des Zentrums des sphärischen Gehäuseabschnittes angeordnet sind, groß ist. Damit weist das außerhalb des Gehäuses angeordnete Ablenksystem einen derart großen Abstand zu dem Elektronenstrahl auf, daß eine exakte Ablenkung des Elektronenstrahles und damit eine exakte, reproduzierbare Einstellung der Lage des Brennfleckes auf der Auftreff-Fläche &Igr;&Ogr; der Anode nicht möglich ist. Es treten somit fur die Abbildungsqualität schädliche Verlagerungen des Brennfleckes auf.

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von dem Elektronenstrahl eine Defokussierung des Elektronen-( ) Strahles auf, so daß nur relativ große Brennflecke erzeugbar sind. Im Interesse einer hohen Abbildungsqualität werden aber in der Praxis in der Regel möglichst kleine Brennflecke benötigt.

In der FR-A-2 329 067 ist eine Röntgenröhre beschrieben, die ein drohbares Gehäuse aufweist, mit dem eine Anode mit einer ringförmigen Auftreff-Fläche drehfest verbunden ist. Die Kathode der bekannten Röntgenröhre ist außerhalb deren Drehachse angeordnet, und zwar an dem einen Ende eines Armes, der mit seinem anderen Ende um die Drehachse der Röntgenröhre drehbar gelagert ist. Der Kathode sind elektromagnetische Mittel zucsord-) net, die diese während der Drehung der Röntgenröhre in einer ortsfesten Position halten, so daß sich ein ortsfester Brennfleck ergibt, unter dem sich die Anode dreht. Da die Anode eine Wand des Gehäuses der Röntgenröhre bildet und an ihrer Außenseite mit einem Kühlmedium beaufschlagt ist, ist bei der bekannten Röntgenröhre eine gute Abfuhr der auftretenden Verlustwärme möglich, so daß sich eine hohe Belastbarkeit des Srennfleckes ergibt. Allerdings besteht die Gefahr, daß die Kathode während des Betriebes der Röntgenröhre Schwingungen um ihre Ruhelage ausführt, die für die Abbildungsqualität schädliche Brennfleckverlagerungen nach sich ziehen.

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>. j* Dgr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der ^ eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Brenn fleck eine höht* thermische Belastbarkeit aufweist und gleichzeitig nachteilige Auswirkungen auf die erzielbare Abbildungsqualität infolge von Verlagerungen des Brennfleckes und von Defokussie- rungserscheinungen des Elektronenstrahles vermieden sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auftreff-Fläche der Anode wärmeleitend mit einer Wand des Gehäuses verbunden ist, die mit einem Kühlmedium beaufschlagt ist, und daß das Gehäuse zwischen der Anode und der Kathode einen Gehäuseabschnitt aufweist, der einen gegenüber der Anöde verringerten Durchmesser aufweist und nahe dessen äußerer Wand das \ Ablenksystem angeordnet ist. DaTDei kann der Durchmesser des Gehäuseäbschnittes so weit verringert werden, daß gerade noch ein ungehinderter Durchtritt des Elektronenstrahls möglich ist. Infolge der wärmeleitenden Verbindung der Auftreff-Fläche mit der Wand des Gehäuses und deren Beaufschlagung mit einem Kühlmedium, insbesondere im Bereich ihrer Außenseite, ist sichergestellt, daß der Brennfleck der Röntgenröhre nach der Erfindung thermisch hoch belastbar ist. Außerdem ist infolge des Umstandes, daß das Ablenksystem nahe der äußeren Wand eines Gehäuseabschnittes, der einen gegenüber der Anode verringerten Durchmesser aufweist, angeordnet ist, sichergestellt, daO das Ablenksystem so dicht bei dem Elektronenstrahl angeordnet ist, >. daß dieser exakt ablenkbar ist und Defokussierungserscheinungen ' vermieden sind. Die Röntgenröhre nach der Erfindung gewährleistet somit eine hohe Abbildungsqualität.

Nach einer Variante der Erfindung ist die Anode flächenhaft mit der mit dem Kühlmedium beaufschlagten V,and des Gehäuses verbunden, um eine möglichst wirksame Abfuhr der Verlustwärme von der Anode zu erreichen.

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Eine nochmalige Verbesserung der Wärmeabfuhr ist erzielbar, wenn die Anode die mit dem Kühlmedium beaufschlagte Wand des Gehäuses bildet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anode aus einem Grundkörper mit einer darauf angebrachten, die Auftreff-Fläche tragenden Schicht gebildet ist. Dabei kann der Grundkörper der Anode aus Kupfer und die die Auftreff-Fläche tragende Schicht aus Molybdän bestehen, wobei letztere im Bereich der Auftreff-Fläche eine Deckschicht aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung (WRe) aufweisen kann.

Nach einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ablenksystem mindestens einen Elektromagneten aufweist. Die Ablenkung des Elektronenstrahles kann aber auch mittels Permanentmagneten oder elektrostatisch erfolgen.

Als Kühlmedium ist nach einer Ausführungsform der Erfindung eine Flüssigkeit vorgesehen. Demgemäß kann dann, wenn ein die Röntgenröhre umgebendes, mit Isolieröl gefülltes Schutzgehäuse vorgesehen ist, in dem die Röntgenröhre um die Drehachse drehbar gelagert ist, das Isolieröl als Kühlmedium dienen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Kühlmedium die Außenseite der Wand des Gehäuses als gerichtete Strömung beaufschlagt und daß die Außenseite der Wand des Gehäuses mit einer Beschaufelung versehen ist, auf die die Strömung des Kühlmediums derart einwirkt, daß ein die Röntgenröhre um die Drehachse drehendes Drehmoment auftritt. Besondere Antriebsmittel zum Drehen des Gehäuses können dann entfallen, da diese durch die Beschaufelung und die auf diese treffende Strömung gebildet sind.

Besondere Antriebsmittel für das Gehäuse der Röntgenröhre können auch entfallen, wenn die mit dem Kühlmedium beaufschlagte

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Wand des Gehäuses eine zentrale Bohrung zur Zufuhr des Kühlmediums aufweist, von der radial auswärts verlaufende Kuhlmittelkanäle abzweigen, die im Bereich des Randes der Wand aus dieser in etwa tangentialer Richtung austreten, derart, daß das aus den Kühlmittelkanälen austretende Kühlmedium ein die Röntgenröhre um die Drehachse drehendes Drehmoment erzeugt. Abgesehen davon, daß diese Maßnahme besondere Antriebsmittel überflüssig macht, bietet sie insbesondere dann, wenn die Anode die Wand des Gehäuses bildet, den Vorteil einer besonders wirksamen Wärmeabfuhr.

AusfGhrungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,

Fig. 2 eine Einzelheit einer Variante der erfindungsgemäßen Röntgenröhre,

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,

Fig. 4 ebenfalls in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre, und

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 4.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Röntgenröhre besitzt ein evakuiertes, insgesamt mit 1 bezeichnetes Gehäuse, das an seinem einen Ende mit einer Welle 2 drehfest verbunden iat, die in Wälzlagern 3, 4 drehbar gelagert ist. Die Wälzlager 3, 4 sind in einem die Röntgenröhre umgebenden, in Fig. 1 nicht dargestellten Schutzgehäuse aufgenommen. An dem freien Ende der 35

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/ \ Welle 2 ist ein Elektromotor schematisch angedeutet, der einen drehfest mit der Welle 2 verbundenen Rotor 5 und einen Stator 6 aufweist. Mittels des Elektromotors kann die Röntgenröhre um eine Drehachse, die der Längsachse der Welle 2 entspricht, in Drehung versetzt werden.

In dem rotationssymmetrisch ausgebildeten Gehäuse 1 sind eine Kathode 7 und eine Anode 8 angeordnet, die fest mit dem Gehäuse 1 verbunden sind, so daß sie gemeinsam mit diesem rotieren» Da bei ist die Anordnung derart getroffen, daß die Drehachse durch die Kathode 7 verläuft. Die Anode 8 besitzt eine ringförmige Auftreff-Fläche 9 für einen von der Kathode 7 ausgehenden Elektronenstrahl 10, der in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. ( * Um ein Auftreffen des Elektronenstrahles 10 auf der Auftreff- Fläche 9, deren Achse der Drehachse entspricht, zu ermöglichen, ist ein zwei einander gegenüberliegende Elektromagnete 11, 12 aufweisendes Ablenksystem für den Elektronenstrahl 10 vorgesehen, das zwischen der Kathode 7 und der Anode 6 außerhalb des Gehäuse 1 ortsfest angeordnet ist. Unter der Wirkung der mit tels der Elekiromugnete 11, 12, deren dem Elektronenstrahl zu gewandte Pole von tnterschiedlicher Polarität sind, erzeugten Magnetfelder wird der Elektronenstrahl 10 so abgelenkt, daß er auf die Auftreff-Fläche 9 der Anode 8 in einem ortsfesten Brennfleck 13 auftrifft, von dem ein Röntgenstrahlenbündel 14, das strichpunktiert angedeutet ist, ausgeht.

Der Kathode 7 ist eine Heizwendel 15 zur Erzeugung der für die

Elektronenemission erforderlichen Temperatur zugeordnet. Außerdem ist die Kathode 7 von einer Fokussierelektrode 16 für den Elektronenstrahl 10 umgeben. Zwischen der Kathode 7 und der Anode 8 ist eine den Elektronenstrahl 10 ringförmig umgebende Modulationsanode 17 angeordnet, die, wenn sie auf ein geeignetes Potential gelegt wird, eine sehr schnelle und nahezu leistungslose Veränderung und Steuerung des Elektronenstrahlstro- mes sowie ein Pulsen des Elektronenstrahles 10 erlaubt.

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Die Kathode 7, die Fokussierelektrode 16 und die Modulationsanode 17 weisen jeweils einen ringförmigen Flansch 18, 19 unri 20 auf, der durch das Gehäuse 1 nach außen tritt, so daß die genannten Teile mittels nicht dargestellter Schleifringe kontaktiert werden können. Die Heizwendel 15 ist mit zwei Kontakt teilen 21, 22 verbunden, die ebenfalls mittels nicht dargestellter Schleifringe kontaktierbar sind.

Das Gehäuse 1 weist im Bereich seines kathodenseitigen Endes einen insgesamt mit 23 bezeichneten hohlzylindrischen Gehäuseteil auf, der aus einer Anzahl von hohlzylindrischen Wandabschnitten 24 bis 27 und einem ringförmigen Wandabschnitt 28 besteht, die jeweils aus Isolierstoff, z.B. Glas, gebildet sind. ( J Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß der Flansch 20 der Modulationselektrode 17 zwischen den Wandabschnitten 24 und 25, die jeweils den gleichen Durchmesser, aufweisen, nach außen tritt. Zwischen den ebenfalls jeweils den gleichen Durchmesser aufweisenden Wandabschnitten 25 und 26 tritt der ringförmige Flansch 19 der Fokussierelektrode 16 nach außen. Der Flansch ist an seinem Umfang mit einer L-förmigen Abwinkelung versehen, mit der er auf dem von dem ringförmigen Flansch 19 abgewandten Ende des Wandabschnittes 26 aufliegt. Innerhalb der L-förmigen Abwinkelung des Flansches 18 ist der gegenüber den übrigen Wandabschnitten 24 bis 26 einen veringerten Durchmesser aufweisende Wandabschnitt 27 angebracht, mit dessen innerer Wandung das ringförmige Kontaktteil 21, das von U-förmigem Querschnitt ist, verbunden ist. In die Bohrung des ringförmigen Kontaktteiles 21 ist der Wandabschnitt 26 eingesetzt, der in seiner Bohrung das napfförmige Kontaktteil 22 aufnimmt. Die Flansche 18 bis 20 und die Kontaktteile 21, 22 sind mit den ihnen jeweils benachbarten Wandabschnitten 24 bis 28 vakuumdicht verbunden.

An dem der Anode 8 zugewandten Ende des hohlzylindrischen Göhäusesteiles 23 bzw. des hohlzylindrischen Wandabschnittes 24 35

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jf ist ein sieh in Riehtung auf die Anode 8 konisch erweiternder Gehäuseteil 29 vakuumdicht angesetzt, dem sich in vakuumdichter Verbindung ein rohrförmigen Gehäuseteil 30 anschließt. Durch diese·! U'itt das Röntgenstrahlenbündel 14 aus dem Gehäuse 1 aus* Der rohrförmige Gehäuseteil 30 weist eine Wandstärke auf, die so bemessen ist, daß sie einer Halbwert-Schichtdicke von nicht mehr als drei Millimetern Aluminium entspricht. An seinem von der Kathode 7 abgewandten Ende ist der rohrförmige Gehäuseteil 30 unter Zwischenschaltung eines Ringteiles 43 gerin'ger Dicke mittels eines metallischen Bodens 31, mit dem die Welle verbunden ist, vakuumdicht verschlossen. Der rohrförmige Gehäuseteil 30 bzw. der Ringteii 43 können auch aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, z.B. Aluminium- oder Beryllium-

( oxid, gebildet sein, wobei de Gehäuseteil 30, für den Fall, daß er aus einem für Röntgenstrahlen undurchlässigen Werkstoff gebildet ist, an geeigneter Stelle mit einem ringförmigen Strahlenaustrittsfenster für das Röntgenstrahlenbündel 14 versehen sein muß.

Mit dem Boden 31 ist die Anode 8, die aus einem aus Kupfer gebildeten Grundkörper 32 und einer die Auftreff-Fläche 9 tragenden Schicht 33 aus Molybdän besteht, wobei letztere im Bereich der Auftreff-Fläche 9 eine Deckschicht 34 aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung (WRe) aufweist, mit der von der Auftreff-Fläche 9 abgewandten Seite ihres Grundkörpers 32 mittels einer r flächenhaften Lötung verbunden. Damit besteht eine wärmeleitende Verbindung der Auftreff-Fläche 9 mit einer Wand des Gehäuses 1, nämlich dessen Boden 31, deren Außenseite mit einem aus Düsen 35 austretenden Kühlmedium beaufschlagt ist. Es ist somit eine wirksame Ableitung der bei dem Auftreffen des Elektronenstrahles 10 auf die Auftreff-Fläche 9 entstehenden Verlustwärme gewährleistet.

Außerdem weist das Gehäuse 1 im Bereich des durch die Elektromagnete 11, 12 gebildeten Ablenksystems einen durch den hohl-

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/ zyiindrisehen Gehäuseteil 23 bzw, den hohlzylindrisehen Wandabschnitt 24 gebildeten Gehäuseabschnitt auf, der gegenüber der Anode 8 einen verringerten Durchmesser aufweist und nahe dessen äußerer Wand das Ablenksystem, d.h. die Elektromagnete 11, 12, angeordnet sind. Da somit dls Elektromagnete 11, 12 nahe bei dem Elektronenstrahl 10 angeordnet sind, ist dieser exakt ablenkbar. Außerdem sind Defokussierungserscheinungen des Elektronenstrahles 10 durch das Ablenksystem vermieden.

In Fig. 2 ist ein Detail einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre dargestellt, die sich von der zuvor beschriebenen dadurch unterscheidet, daß der Grundkörper 36 der Anode 37 an seinem umfang mit einem dünnen Rand 38 versehen ist, der mit dem rohr-( ) förmigen Gehäuseteil 30 vakuumdicht verbunden ist, wobei die Außenseite des Grundkörpers 36 mit dem aus den Düsen 35 austretenden Kühlmedium unmittelbar beaufschlagt ist. Im Falle des in Flg. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles bildet somit die Anode 37 die mit dem Kühlmedium beaufschlagte Wand des Gehäuses 1.

Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein die Röntgenröhre umgebendes, mit Isolieröl gefülltes Schutzgehäuse 39 vorgesehen, in dem die Röntgenröhre mittels der Wälzlager 3, 4 um die Drehachse drehbar gelagert ist. Das Isolieröl, das auch als Kuhlmedium dient, wird mittels einer r , Pumpe 40 in einem Kreislauf umgepumpt und beaufschlagt den Boden 31 des Gehäuses 1 der Röntgenröhre als aus Düsen 41 austretende gerichtete Strömung. Da der Boden 31 mit Schaufeln 42 versehen ist, auf die die Strömung des Isolieröles derart ein wirkt, daß ein die Röntgenröhre um die Drehachse drehendes Drehmoment auftritt, können besondere Antriebsmittel für die Röntgenröhre entfallen.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Röntgenröhre ebenfalls in einem mit Isolieröl gefüllten

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zentrale Bohrung 44 setzt sich durch die Welle 2 fort und wird ( ) mittels einer geeigneten, nicht näher dargestellten Kupplung von der Pumpe 40 mit Isolieröl gespeist.

10 Schutzansprüche
5 Figuren

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1. Röntgenröhre mit einem evakuierten, um eine Drehachse drehbar gelagerten Gehäuse (1), in dem eine Kathode (7) und eine Anode (8, 37) angeordnet sind, die fest mit dem Gehäuse (1) verbunden sind, mit Antriebsmitteln (5, 6; 40, 41, 42; 44, 45, 46) zum Drehen des Gehäuses (1) um die Drehachse und mit einem in bezug auf das Gehäuse (1) stationären Ablenksystem (11, 12) fur einen ausgehend von der Kathode (7) zu der Anode (8, 37) verlaufenden Elektronenstrahl (IQ), das diesen derart ablenkt, daß er auf eine ringförmige Auftreff-Fläche (9) der Anode (8, 37) trifft, wobei die Achse der ringförmigen Auftreff-Fläche (9) der Drehachse entspricht, die durch die Kathode (7) ver-( ) läuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreff-Fläche (9) der Anode (8, 37) wärmeleitend mit einer Wand (31, 36) des Gehäuses (1) verbunden ist, die mit einem Kühlmedium beaufschlagt ist, und daß das Gehäuse (1) im Bereich des Ablenksystems (11, 12) einen Gehäuseabschnitt (23 bzw. 24) aufweist, der einen gegenüber der Anode (8, 37) ver-.20 ringerten Durchmesser aufweist und nahe dessen äußerer Wand das Ablenksystem (11, 12) angeordnet ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode (8) flächenS.sft mit der mit dem Kühlmedium beaufschlagten Wand (31) des Gehäuses / s (1) verbunden ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode (37) die mit dem

Kühlmedium beaufschlagte Wand (36) des Gehäuses (1) bildet.

4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (8, 37) aus einem Grundkörper (32, 36) mit einer darauf angebrach ten, die Auftreff-Fläche (9) tragenden Schicht (33) gebildet ist.

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5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Grundkörper (32, 36) der Anode (8, 37) aus Kupfer und die die Auftreff-Flache (9) tragende .Schicht (33) aus Molybdän besteht, wobei letztere im Bereich der Auftreff-Flache (9) eine Deckschicht (34) aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung (WRe) aufweist.

6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem mindestens einen Elektromagneten (11, 12) aufweist.

7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als ituhlmedium eine Flüssigkeit vorgesehen ist.

8. Röntgenröhre nach Anspruch 7, j a d u r c h gekennzeichnet , daß ein die Röntgenröhre umgebendes, mit Isolieröl gefülltes Schutzgehäuse (39) vorgesehen ist, in dem die Röntgenöhre um die Drehachse drehbar gelagert ist, und daß das Isolieröl als Kühlmedium dient.

9. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium die Außenseite der Wand (31) des Gehäuses (1) als gerichtete '., 25 Strömung beaufschlagt und daß dip Außenseite der Wand (31) des / \ Gehäuses (1) mit einer Beschaufelung (42) versehen ist, auf die die Strömung des Kühlmediums derart einwirkt, daß ein die Röntgenröhre um die Drehachse drehendes Drehmoment auftritt.

10. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kühlmedium beaufschlagte Wand (31) des Gehäuses (1) eine zentrale Bohrung (44) zur Zufuhr des Kühlmediums aufweist, von der radial auswärts verlaufende Kühlmittelkanäle (43) abzweigen, die im Bereich des Randes der Wand (31) aus dieser in etwa tan-

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