EP1215707A2 - X-ray source with liquid metal target and X-ray apparatus - Google Patents
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- EP1215707A2 EP1215707A2 EP01000722A EP01000722A EP1215707A2 EP 1215707 A2 EP1215707 A2 EP 1215707A2 EP 01000722 A EP01000722 A EP 01000722A EP 01000722 A EP01000722 A EP 01000722A EP 1215707 A2 EP1215707 A2 EP 1215707A2
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Definitions
- the invention relates to an X-ray emitter with a liquid metal target and an electron source for emitting an electron beam into a window of a line part through which in the operating state the liquid metal target flows, as well as an X-ray device with a such an X-ray tube.
- An X-ray emitter of this type is known from DE 198 21 939.3.
- This type of cooling significantly improves the durability of the X-ray source.
- the fact that the Window and the areas of the X-ray emitter surrounding the window, d. H. the Window frames, relatively high thermal stresses are exposed.
- the causes of this lie in the generation of heat, in particular due to the direct incidence of electrons with high energy and due to the flow of hot liquid metal under the window.
- the scattered electrons also carry little energy loss have to generate heat.
- connection between the window and the Window frames depending on the bonding technology used (e.g. soldering, Adhesion) can withstand a limited maximum temperature.
- An object on which the invention is based is therefore an x-ray emitter to create with liquid metal target and an electron source of the type mentioned, whose permanent resilience can be further increased
- This task is solved with an X-ray emitter of the type mentioned at the outset characterized in that the line part by a first line section, which has the window and through which the liquid metal target flows, and a second line section is formed, through which a coolant flows and which thus the first line section is fixed that the area of exposure to the electron beam is cooled to the first line section.
- a particular advantage of this solution is that due to the increased heat dissipation the resilience of the x-ray emitter, in particular in such applications can be increased in which a high dose of X-rays in a short time must be generated, such as with CT devices with a high sampling rate.
- FIG. 1 shows schematically an X-ray emitter in which the irradiated with electrons Target is formed by a liquid metal in the operating state of the X-ray emitter.
- An electron source is located within a tube bulb 1 in a vacuum space in the form of a cathode 3, which emits an electron beam 4 in the operating state.
- This Electron beam 4 is directed onto a line part 51 of a pipeline system 50 and strikes through a window 22, 34 which is essentially transparent to the electrons the piping system 50 flowing liquid metal target so that x-rays be stimulated.
- the liquid metal is circulated through a pump 52 the piping system 50 is pumped, which also leads through a heat exchanger 53, so that the heat generated from the liquid metal is dissipated via a cooling circuit can.
- the line part 51 of the pipeline system 50 is shown in detail in FIGS Shown top view.
- the line part 51 is composed of four elements 10, 20, 30, 40, which are shown in the order (a) to (d) and one above the other in this order be arranged, that is, on the first element 10 according to Figure 2 (a), the second Element 20 according to FIG. 2 (b), on it the third element 30 according to FIG. 2 (c) and on it finally the fourth element 40 according to FIG. 2 (d) is set.
- the elements are in the in Figure 2 shown mounted on top of each other.
- the electron beam enters the plane the drawing vertical direction from above first in the fourth element 40 and then finally reaches the first element 10 through the third and second elements 30, 20.
- the electron beam has a linear focal point ("Strichfocus") forms, which in the representations according to FIG. 2 from left to right extends.
- Such a stitch focus has dimensions of 1 mm ⁇ 7 mm and is often used in X-ray emitters to ensure that the power density remains constant to enlarge the irradiated area.
- the first element 10 according to FIG. 2 (a) is made of a solid metal body, for example made of steel or molybdenum, for example, about 100 mm long, 25 mm wide and Is 10 mm deep.
- a first channel 11 is introduced through which Operating state of the assembled line part, the liquid metal target, in which the X-rays are generated, flowing as indicated by arrow P1.
- the depth this first channel 11 is not constant, but decreases in a central area 12.
- the channel has at the location of the central region 12 at which the electron beam enters its smallest depth, which is, for example, about 200 ⁇ m.
- the second element 20 shown in Figure 2 (b) is about 1 mm thick and otherwise has in essentially the same outer dimensions as the first element 10.
- a central Area 21 is a substantially circular insert 22 in which a first, in substantially rectangular slot 23 is introduced for the electron beam. That slit extends with its longitudinal direction perpendicular to the flow direction of the Liquid metal targets, so that optimal heat dissipation results.
- the first slot 23 is on its lower side in the illustration with a diamond layer sealed with a thickness of about 1 micron, which by gluing or otherwise the insert 22 is attached.
- the first slot thus forms a diamond window 23 which is suitable for Is permeable to electrons.
- the second element 20 is fastened with screws or other fastening means (not shown) attached to the first member 10 so that a first liquid-tight pipe section 10, 20 arises through which the liquid metal target can flow. Because of the reduced Depth of the channel 11 in the central area 12 and in particular at the diamond window the target is accelerated there, so that a turbulent flow arises. This turbulent flow ensures a particularly effective dissipation of thermal energy from the window, because the fluid is particularly good and quick due to the resulting vortex is mixed. This is particularly in the temperature critical range of Diamond window and its attachment to the insert 22 advantageous.
- the first line section 10, 20 is part of a primary liquid metal circuit that flows through leads the heat exchanger 53 ( Figure 1).
- a second line section 30, 40 is provided, which carries a coolant and according to the position shown in Figure 2 (c), (d) at an angle of about 90 degrees the first line section 10, 20 is mounted so that it extends in the longitudinal direction of the first slot 23 extends over this.
- the second conduit section includes a third element 30, which is shown in Figure 2 (c) a metal body made of steel or molybdenum, for example, with a central region 33 is formed.
- a third element 30 which is shown in Figure 2 (c) a metal body made of steel or molybdenum, for example, with a central region 33 is formed.
- a second, essentially rectangular one Slot 34a which is arranged and formed so that it the first slot 23 in the second element 20 continues.
- Two channels 31, 32 are also in the metal body milled, which extend in the longitudinal direction of the second slot 34a and outside the Central area 33 run parallel to each other. Start in the central area 33 the channels 31, 32 apart at the level of one end of the second slot 34a taper until it re-engages beyond the height of the other end of the slot 34a Extend towards their parallel sections outside of the central area. In this way, the channels 31, 32 close in the central area 33 substantially circular segment-like surface 35, in which the first slot 34a is located.
- the fourth element 40 has essentially the same outer shape as the third element 30 and is mounted on it with fasteners (not shown) so that the second liquid-tight line section 30, 40 results.
- a central area 41 of the fourth element 40 there is a substantially rectangular opening 34b of the second slot 34a.
- the second line section 30, 40 has in the region of the depression 43, in which the line focus of the electron beam, when assembled, is about 3 mm. Outside this range, i.e. both in an upstream and downstream direction, as well as in a direction perpendicular to it, the strength can be greater so that the Channels 31, 32 can be made wider or deeper and thus flow losses due to the viscosity of the coolant (secondary liquid) can be reduced.
- the the only limitation in this regard is given by the requirement that the dimensions and the shape of the second line section is not the usable X-ray beam should hinder.
- the second line section 30, 40 forms part of a secondary liquid circuit and serves to heat from the first line section, in particular the central one Area in which the first slot 23 and thus the diamond window is to be removed.
- the second line section 30, 40 runs at an angle of 90 Degree to the first line section 10, 20.
- the preferred direction of flow of the primary liquid metal targets through the first line section 10, 20 is through the arrow P1 in Figure 2 (a) and the preferred direction of flow of the secondary liquid through the second line section 30, 40 is indicated by the arrows P2 in FIG. 2 (c).
- the Working temperature of the primary liquid metal target reduced.
- this will also the temperature of the connection between the diamond window and the insert 22 lowered, and finally the thermal effect of the secondary electrons coming from the primary electron beam are scattered out and under the influence of the opposite hit the cathode positive potential of the anode near the focal point, reduced.
- the fourth element 40 takes into account the fact that an X-ray beam with a certain spatial opening angle from the opening 34b of the second slot 34a must exit.
- the Angle between the plane of the anode and the x-ray beam closest to the Anode level is about 12 degrees.
- Figure 3 shows these relationships for one from the first and the second line section composed line part 51, the preferred flow direction of the primary liquid metal target through the Arrow P1 and the secondary liquid is again indicated by arrow P2.
- the channels 31, 32 diverge within the central region 33 of the third element 30 in such a way that the X-ray beam 50 emerging according to FIG. 3 does not pass through the channels is disturbed or dampened.
- the primary and secondary fluid circuits can be as shown in Figure 4 with the same liquid metal together via line 50 ( Figure 1) with the pump 52 are fed, the line preferably being led through the heat exchanger 53 becomes.
- a first line splitter 501 (Y-piece) is provided in detail which line 50 is connected and of which a primary line 502 and one secondary line 503 goes out. These lines feed the line part 51 and settle continue at its outputs until it is connected to a second line distributor 504 (Y-piece) reunited and continued as joint management 50.
- the primary and the Secondary line 502,503 are routed so that they are at right angles inputs and outputs of the line part 51 which have one another and the first or second line divider 501, 504 can be connected.
- the secondary liquid circuit can also be separate and independent of the primary circuit of the liquid metal target. In particular, this can then be useful if a coolant is to be used, for example a has particularly low viscosity and / or high thermal conductivity.
- the heat dissipation achieved with the line part 51 according to the invention is from the window into which the electron beam enters to generate x-rays, much more effective than in known arrangements of this type, so that with a corresponding X-ray emitters reduce the working temperature or the radiation intensity can be increased.
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- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit Flüssigmetall-Target und einer Elektronenquelle zur Emission eines Elektronenstrahls in ein Fenster eines Leitungsteils, durch das im Betriebszustand das Flüssigmetall-Target fließt, sowie ein Röntgengerät mit einem solchen Röntgenstrahler.The invention relates to an X-ray emitter with a liquid metal target and an electron source for emitting an electron beam into a window of a line part through which in the operating state the liquid metal target flows, as well as an X-ray device with a such an X-ray tube.
Ein Röntgenstrahler dieser Art ist aus der DE 198 21 939.3 bekannt. Dabei wird das Fenster, durch das die von der Elektronenquelle emittierten Elektronen hindurchtreten und auf das Flüssigmetall-Target treffen, durch eine turbulente Strömung des Targets gekühlt. Durch diese Art der Kühlung wird die Dauerbelastbarkeit des Röntgenstrahlers erheblich verbessert. Einer weiteren Steigerung der Belastbarkeit steht jedoch die Tatsache entgegen, dass das Fenster sowie die das Fenster umgebenden Bereiche des Röntgenstrahlers, d. h. der Fensterrahmen, relativ hohen thermischen Spannungen ausgesetzt sind. Die Ursachen hierfür liegen in der Wärmeerzeugung insbesondere aufgrund des direkten Einfalls von Elektronen mit hoher Energie und aufgrund der Strömung des heißen Flüssigmetalls unter dem Fenster. Weiterhin tragen auch die gestreuten Elektronen, die einen nur geringen Energieverlust aufweisen, zur Wärmeerzeugung bei.An X-ray emitter of this type is known from DE 198 21 939.3. The window through which the electrons emitted by the electron source pass and onto the Hit liquid metal target, cooled by a turbulent flow of the target. By this type of cooling significantly improves the durability of the X-ray source. However, the fact that the Window and the areas of the X-ray emitter surrounding the window, d. H. the Window frames, relatively high thermal stresses are exposed. The causes of this lie in the generation of heat, in particular due to the direct incidence of electrons with high energy and due to the flow of hot liquid metal under the window. Furthermore, the scattered electrons also carry little energy loss have to generate heat.
Dies ist deshalb besonders kritisch, weil die Verbindung zwischen dem Fenster und dem Fensterrahmen in Abhängigkeit von der verwendeten Bond-Technologie (z B. Lötung, Klebung) einer nur begrenzten maximalen Temperatur standhalten kann.This is particularly critical because the connection between the window and the Window frames depending on the bonding technology used (e.g. soldering, Adhesion) can withstand a limited maximum temperature.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, einen Röntgenstrahler mit Flüssigmetall-Target und einer Elektronenquelle der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Dauerbelastbarkeit weiter gesteigert werden kannAn object on which the invention is based is therefore an x-ray emitter to create with liquid metal target and an electron source of the type mentioned, whose permanent resilience can be further increased
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Röntgenstrahler der eingangs genannten Art, der sich gemäß Anspruch 1 dadurch auszeichnet, dass das Leitungsteil durch einen ersten Leitungsabschnitt, der das Fenster aufweist und durch den das Flüssigmetall-Target fließt, sowie einen zweiten Leitungsabschnitt gebildet ist, durch den ein Kühlmittel strömt und der so an dem ersten Leitungsabschnitt befestigt ist, dass der Bereich der Einwirkung des Elektronenstrahls auf den ersten Leitungsabschnitt gekühlt wird.This task is solved with an X-ray emitter of the type mentioned at the outset characterized in that the line part by a first line section, which has the window and through which the liquid metal target flows, and a second line section is formed, through which a coolant flows and which thus the first line section is fixed that the area of exposure to the electron beam is cooled to the first line section.
Ein besonderer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die erhöhte Wärmeabführung die Belastbarkeit des Röntgenstrahlers insbesondere bei solchen Anwendungen weiter gesteigert werden kann, bei denen in einer kurzen Zeit eine hohe Röntgenstrahlen-Dosis erzeugt werden muss, wie zum Beispiel bei CT-Geräten mit hoher Abtastrate.A particular advantage of this solution is that due to the increased heat dissipation the resilience of the x-ray emitter, in particular in such applications can be increased in which a high dose of X-rays in a short time must be generated, such as with CT devices with a high sampling rate.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims contain advantageous developments of the invention.
In den Ansprüchen 2 bis 5 werden jeweils Maßnahmen beschrieben, die auf verschiedene Arten die Wärmeabführung weiter verbessern. Mit den Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 6 und 7 wird in vorteilhafter Weise die Gestaltung des Leitungsteils so vorgenommen, dass einerseits ein sich mit einem bestimmten räumlichen Öffnungswinkel ausbreitender Röntgenstrahl nicht gestört wird, andererseits aber auch keine Beeinträchtigung der Kühlung in Kauf genommen werden muss.In the claims 2 to 5, measures are described that apply to different Types further improve heat dissipation. With the embodiments according to the Claims 6 and 7 is advantageously made the design of the line part so that on the one hand a spreading with a certain spatial opening angle X-ray is not disturbed, but also no impairment cooling has to be accepted.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers;
- Fig. 2
- Darstellungen von verschiedenen Elementen eines erfindungsgemäßen Leitungsteils;
- Fig. 3
- das erfindungsgemäße Leitungsteil in zusammengsbautem Zustand; und
- Fig. 4
- eine Speisung des erfindungsgemäßen Leitungsteils.
- Fig. 1
- a schematic representation of an X-ray emitter according to the invention;
- Fig. 2
- Representations of various elements of a line part according to the invention;
- Fig. 3
- the line part according to the invention in the assembled state; and
- Fig. 4
- a feed of the line part according to the invention.
Figur 1 zeigt schematisch einen Röntgenstrahler, bei dem das mit Elektronen bestrahlte
Target durch ein im Betriebszustand des Röntgenstrahlers flüssiges Metall gebildet ist.
Innerhalb eines Röhrenkolbens 1 befindet sich in einem Vakuumraum eine Elektronenquelle
in Form einer Kathode 3, die im Betriebszustand einen Elektronenstrahl 4 emittiert. Dieser
Elektronenstrahl 4 ist auf ein Leitungsteil 51 eines Rohrleitungssystems 50 gerichtet und
trifft durch ein für die Elektronen im wesentlichen durchlässiges Fenster 22, 34 auf das in
dem Rohrleitungssystem 50 strömende Flüssigmetall-Target, so dass Röntgenstrahlen
angeregt werden. Mittels einer Pumpe 52 wird das flüssige Metall in einem Kreislauf durch
das Rohrleitungssystem 50 gepumpt, das auch durch einen Wärmetauscher 53 führt, so dass
die erzeugte Wärme aus dem flüssigen Metall über einen Kühlkreislauf abgeführt werden
kann.Figure 1 shows schematically an X-ray emitter in which the irradiated with electrons
Target is formed by a liquid metal in the operating state of the X-ray emitter.
An electron source is located within a tube bulb 1 in a vacuum space
in the form of a cathode 3, which emits an
Das Leitungsteil 51 des Rohrleitungssystems 50 ist in den Figuren 2 und 3 im einzelnen in
Draufsicht dargestellt.The
Das Leitungsteil 51 setzt sich gemäß Figur 2 aus vier Elementen 10, 20, 30, 40 zusammen,
die in der Reihenfolge (a) bis (d) dargestellt sind und in dieser Reihenfolge übereinander
angeordnet werden, das heißt auf das erste Element 10 gemäß Figur 2(a) wird das zweite
Element 20 gemäß Figur 2(b), darauf das dritte Element 30 gemäß Figur 2(c) und darauf
schließlich das vierte Element 40 gemäß Figur 2(d) gesetzt. Die Elemente werden in der in
Figur 2 gezeigten Ausrichtung aufeinander montiert. Der Elektronenstrahl tritt in zur Ebene
der Zeichnung senkrechter Richtung von oben zunächst in das vierte Element 40 ein und
gelangt dann durch das dritte und zweite Element 30, 20 schließlich in das erste Element 10.According to FIG. 2, the
Weiterhin ist davon auszugehen, dass der Elektronenstrahl einen linienförmigen Brennpunkt ("Strichfocus") bildet, der sich in den Darstellungen gemäß Figur 2 von links nach rechts erstreckt. Ein solcher Stichfocus hat zum Beispiel Abmessungen von 1 mm × 7 mm und wird häufig bei Röntgenstrahlern verwendet, um bei konstanter Leistungsdichte die bestrahlte Fläche zu vergrößern.Furthermore, it can be assumed that the electron beam has a linear focal point ("Strichfocus") forms, which in the representations according to FIG. 2 from left to right extends. Such a stitch focus has dimensions of 1 mm × 7 mm and is often used in X-ray emitters to ensure that the power density remains constant to enlarge the irradiated area.
Das erste Element 10 gemäß Figur 2(a) ist aus einem massiven Metallkörper zum Beispiel
aus Stahl oder Molybdän gebildet, der zum Beispiel etwa 100 mm lang, 25 mm breit und
10 mm tief ist. In diesen Metallkörper ist ein erster Kanal 11 eingebracht, durch den im
Betriebszustand des zusammengebauten Leitungsteils das Flüssigmetall-Target, in dem die
Röntgenstrahlen erzeugt werden, gemäß der Andeutung durch den Pfeil P1 fließt. Die Tiefe
dieses ersten Kanals 11 ist nicht konstant, sondern nimmt in einem zentralen Bereich 12 ab. The
An der Stelle des zentralen Bereiches 12, an der der Elektronenstrahl eintritt, hat der Kanal
seine geringste Tiefe, die dort zum Beispiel etwa 200 µm beträgt.The channel has at the location of the
Das in Figur 2(b) gezeigte zweite Element 20 ist etwa 1 mm stark und hat ansonsten im
wesentlichen die gleichen äußeren Abmessungen wie das erste Element 10. In einem zentralen
Bereich 21 befindet sich ein im wesentlichen kreisförmiger Einsatz 22, in den ein erster, im
wesentlichen rechteckiger Schlitz 23 für den Elektronenstrahl eingebracht ist. Dieser Schlitz
erstreckt sich mit seiner Längsrichtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des
Flüssigmetall-Targets, so dass sich eine optimale Wärmeabführung ergibt.The
Der erste Schlitz 23 ist an seiner in der Darstellung unteren Seite mit einer Diamantschicht
mit einer Dicke von etwa 1 µm verschlossen, die durch Kleben oder auf andere Weise an
dem Einsatz 22 befestigt wird Der erste Schlitz bildet somit ein Diamantfenster 23, das für
Elektronen durchlässig ist.The
Das zweite Element 20 wird mit Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln (nicht gezeigt)
auf dem ersten Element 10 so befestigt, dass ein erster flüssigkeitsdichter Leitungsabschnitt
10, 20 entsteht, durch den das Flüssigmetall-Target fließen kann. Aufgrund der reduzierten
Tiefe des Kanals 11 in dem zentralen Bereich 12 und insbesondere an dem Diamantfenster
wird das Target dort beschleunigt, so dass eine turbulente Strömung entsteht. Diese
turbulente Strömung sorgt für eine besonders wirksame Abführung von thermischer Energie
von dem Fenster, da durch die entstehenden Wirbel die Flüssigkeit besonders gut und schnell
durchmischt wird. Dies ist insbesondere in dem temperaturkritischen Bereich des
Diamantfensters und seiner Befestigung an dem Einsatz 22 vorteilhaft.The
Der erste Leitungsabschnitt 10, 20 ist Teil eines primären Flüssigmetall-Kreislaufs, der durch
den Wärmetauscher 53 (Figur 1) führt.The
Weiterhin ist ein zweiter Leitungsabschnitt 30, 40 vorgesehen, der ein Kühlmittel führt und
gemäß der in Figur 2(c), (d) gezeigten Stellung mit einem Winkel von etwa 90 Grad auf
dem ersten Leitungsabschnitt 10, 20 montiert wird, so dass er sich in Längsrichtung des
ersten Schlitzes 23 über diesem erstreckt. Furthermore, a
Der zweite Leitungsabschnitt umfasst ein drittes Element 30, das gemäß Figur 2(c) aus
einem Metallkörper zum Beispiel aus Stahl oder Molybdän mit einem zentralen Bereich 33
gebildet ist. In dem zentralen Bereich 33 befindet sich ein zweiter, im wesentlichen rechteckiger
Schlitz 34a, der so angeordnet und ausgebildet ist, dass er den ersten Schlitz 23 in
dem zweiten Element 20 fortsetzt. In den Metallkörper sind weiterhin zwei Kanäle 31, 32
eingefräst, die sich in Längsrichtung des zweiten Schlitzes 34a erstrecken und außerhalb des
zentralen Bereiches 33 parallel zueinander verlaufen. In dem zentralen Bereich 33 beginnen
die Kanäle 31, 32 auf der Höhe des einen Endes des zweiten Schlitzes 34a auseinander
zulaufen, bis sie sich jenseits der Höhe des anderen Endes des Schlitzes 34a wieder in
Richtung auf ihre parallelen Abschnitte außerhalb des zentralen Bereiches zurückerstrecken.
Die Kanäle 31, 32 schließen auf diese Weise in dem zentralen Bereich 33 eine im
wesentlichen kreissegmentähnliche Fläche 35 ein, in der sich der erste Schlitz 34a befindet.The second conduit section includes a
Das vierte Element 40 hat im wesentlichen die gleiche äußere Form wie das dritte Element
30 und wird mit Befestigungsmitteln (nicht dargestellt) auf diesem montiert, so dass sich der
zweite flüssigkeitsdichte Leitungsabschnitt 30, 40 ergibt. In einem zentralen Bereich 41 des
vierten Elementes 40 befindet sich eine im wesentlichen rechteckige Öffnung 34b des
zweiten Schlitzes 34a. Außerdem ist in die äußere Fläche des zentralen Bereiches 41 eine
kreissegmentähnliche Einsenkung 43 eingebracht, deren Form mit der Form der Fläche 35
korrespondiert, die die Kanäle 31, 32 in dem zentralen Bereich 33 des dritten Elementes 30
umschließen. Diese Einsenkung wird durch Abtragen von Material durch Fräsen oder auf
andere Weise eingebracht.The
Der zweite Leitungsabschnitt 30, 40 hat im Bereich der Einsenkung 43, in dem der Strichfokus
des Elektronenstrahls liegt, in zusammengebautem Zustand eine Stärke von etwa 3
mm. Außerhalb dieses Bereiches, d.h. sowohl in einer Richtung stromaufwärts und stromabwärts,
als auch in einer Richtung senkrecht dazu, kann die Stärke größer sein, so dass die
Kanäle 31, 32 breiter bzw. tiefer ausgebildet werden können und damit Strömungsverluste
aufgrund der Viskosität des Kühlmittels (sekundäre Flüssigkeit) vermindert werden. Die
einzige Beschränkung in dieser Hinsicht ist durch die Forderung gegeben, dass die Abmessungen
und die Form des zweiten Leitungsabschnitts den nutzbaren Röntgenstrahl nicht
behindern sollen.The
Der zweite Leitungsabschnitt 30, 40 bildet einen Teil eines sekundären Flüssigkeitskreislaufs
und dient dazu, Wärme von dem ersten Leitungsabschnitt, insbesondere dessen zentralem
Bereich, in dem sich der erste Schlitz 23 und damit das Diamantfenster befindet, abzuführen.
Zu diesem Zweck verläuft der zweite Leitungsabschnitt 30, 40 mit einem Winkel von 90
Grad zu dem ersten Leitungsabschnitt 10, 20. Die bevorzugte Richtung der Strömung des
primären Flüssigmetall-Targets durch den ersten Leitungsabschnitt 10, 20 ist durch den Pfeil
P1 in Figur 2(a) und die bevorzugte Richtung der Strömung der sekundären Flüssigkeit
durch den zweiten Leitungsabschnitt 30, 40 ist durch die Pfeile P2 in Figur 2(c) angedeutet.The
Mit dieser Anordnung werden drei vorteilhafte Wirkungen erzielt. Einerseits wird die
Arbeitstemperatur des primären Flüssigmetall-Targets vermindert. Dadurch wird andererseits
auch die Temperatur der Verbindung zwischen dem Diamantfenster und dem Einsatz 22
abgesenkt, und schließlich wird die Wärmewirkung der sekundären Elektronen, die aus dem
primären Elektronenstrahl herausgestreut werden und die unter dem Einfluss des gegenüber
der Kathode positiven Potentials der Anode in der Nähe des Brennpunktes aufschlagen,
vermindert.With this arrangement three advantageous effects are achieved. On the one hand, the
Working temperature of the primary liquid metal target reduced. On the other hand, this will
also the temperature of the connection between the diamond window and the
Diese Wirkungen werden dadurch unterstützt, dass die beiden Kanäle 31, 32 des zweiten
Leitungsabschnitts 30, 40 parallel zu der Richtung des Strichfocus des Elektronenstrahls und
zu beiden Seiten der Schlitze verlaufen. Dadurch wird die Strömung in dem sekundären
Flüssigkeitskreislauf sehr nahe an die Stelle des Elektroneneinschlags geführt.These effects are supported by the fact that the two
Durch das Divergieren der Kanäle 31,32 innerhalb des zentralen Bereiches 33 des zweiten
Leitungsabschnitts sowie die kreissegmentähnliche Einsenkung 43 des zentralen Bereiches 41
des vierten Elementes 40 wird der Tatsache Rechnung getragen, dass ein Röntgenstrahl mit
einem bestimmten räumlichen Öffnungswinkel aus der Öffnung 34b des zweiten Schlitzes
34a austreten muss. Bei allgemein gebräuchlichen diagnostischen Röntgenröhren beträgt der
Winkel zwischen der Ebene der Anode und dem Röntgenstrahl, der am nächsten an der
Anodenebene liegt, etwa 12 Grad. Figur 3 zeigt diese Zusammenhänge für ein aus dem
ersten und dem zweiten Leitungsabschnitt zusammengesetztes Leitungsteil 51, wobei die
bevorzugte Strömungsrichtung des primären Flüssigmetall-Targets wiederum durch den
Pfeil P1 und der sekundären Flüssigkeit wiederum durch den Pfeil P2 angedeutet ist.By the divergence of the
Die Kanäle 31, 32 divergieren innerhalb des zentralen Bereiches 33 des dritten Elementes 30
in der Weise, dass der gemäß Figur 3 austretende Röntgenstrahl 50 durch die Kanäle nicht
gestört bzw. gedämpft wird. Entsprechendes gilt für die Bemessung der Einsenkung 43 in
dem vierten Element, so dass sich mit diesen beiden Maßnahmen der erzeugte Röntgenstrahl
im wesentlichen ungestört kegelförmig ausbreiten kann.The
Der primäre und der sekundäre Flüssigkeitskreislauf können gemäß der Darstellung in Figur
4 mit dem gleichen Flüssigmetall gemeinsam über die Leitung 50 (Figur 1) mit der Pumpe
52 gespeist werden, wobei die Leitung vorzugsweise durch den Wärmetauscher 53 geführt
wird.The primary and secondary fluid circuits can be as shown in Figure
4 with the same liquid metal together via line 50 (Figure 1) with the
Im einzelnen ist zu diesem Zweck ein erster Leitungsverzweiger 501 (Y-Stück) vorgesehen, an
den die Leitung 50 angeschlossen ist und von dem eine primäre Leitung 502 und eine
sekundäre Leitung 503 ausgeht. Diese Leitungen speisen das Leitungsteil 51 und setzen sich
an dessen Ausgängen weiter fort, bis sie mit einem zweiten Leitungsverzweiger 504 (Y-Stück)
wieder vereint und als gemeinsame Leitung 50 fortgesetzt werden. Die primäre und die
sekundäre Leitung 502,503 sind so geführt, dass sie an die jeweils einen rechten Winkel
zueinander aufweisenden Eingänge bzw. Ausgänge des Leitungsteils 51 sowie den ersten bzw.
zweiten Leitungsteiler 501, 504 angeschlossen werden können.For this purpose, a first line splitter 501 (Y-piece) is provided in detail
which
Alternativ dazu kann der sekundäre Flüssigkeitskreislauf auch getrennt und unabhängig von dem primären Kreislauf des Flüssigmetall-Targets geführt werden. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn eine Kühlflüssigkeit verwendet werden soll, die zum Beispiel eine besonders niedrige Viskosität und /oder eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.Alternatively, the secondary liquid circuit can also be separate and independent of the primary circuit of the liquid metal target. In particular, this can then be useful if a coolant is to be used, for example a has particularly low viscosity and / or high thermal conductivity.
In jedem Fall ist die mit dem erfindungsgemäßen Leitungsteil 51 erzielte Wärmeabführung
von dem Fenster, in das der Elektronenstrahl zur Erzeugung von Röntgenstrahlen eintritt,
wesentlich wirksamer als bei bekannten Anordnungen dieser Art, so dass bei einem entsprechenden
Röntgenstrahler die Arbeitstemperatur vermindert oder die Strahlungsintensität
erhöht werden kann.In any case, the heat dissipation achieved with the
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsteil (51) durch einen ersten Leitungsabschnitt (10,20), der das Fenster (23) aufweist und durch den das Flüssigmetall-Target fließt, sowie einen zweiten Leitungsabschnitt (30,40) gebildet ist, durch den ein Kühlmittel strömt und der so an dem ersten Leitungsabschnitt befestigt ist, dass der Bereich der Einwirkung des Elektronenstrahls auf den ersten Leitungsabschnitt gekühlt wird.X-ray emitter with a liquid metal target and an electron source for emitting an electron beam into a window of a line part through which the liquid metal target flows in the operating state,
characterized in that the line part (51) is formed by a first line section (10, 20) which has the window (23) and through which the liquid metal target flows, and a second line section (30, 40) by which a Coolant flows and which is attached to the first line section such that the area of action of the electron beam on the first line section is cooled.
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Leitungsabschnitt (10, 20; 30, 40) in einer zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls im wesentlichen senkrechten Ebene liegen und einen Winkel von etwa 90 Grad zueinander aufweisen.X-ray emitter according to claim 1,
characterized in that the first and second line sections (10, 20; 30, 40) lie in a plane substantially perpendicular to the direction of incidence of the electron beam and have an angle of approximately 90 degrees to one another.
dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster in dem ersten Leitungsabschnitt (10,20) durch einen ersten, im wesentlichen rechteckigen Schlitz (23) mit einer Diamantschicht gebildet ist, wobei der Schlitz mit seiner Längsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Flüssigmetall-Targets verläuft. X-ray emitter according to claim 1,
characterized in that the window in the first line section (10, 20) is formed by a first, essentially rectangular slot (23) with a diamond layer, the slot running with its longitudinal direction essentially perpendicular to the flow direction of the liquid metal target.
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (10,20) einen Kanal (11) aufweist, in dem das Flüssigmetall-Target fließt und der im Bereich des ersten Schlitzes (23) mit einer Querschnittsverengung versehen ist.X-ray emitter according to claim 1,
characterized in that the first line section (10, 20) has a channel (11) in which the liquid metal target flows and which is provided with a cross-sectional constriction in the region of the first slot (23).
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsabschnitt (30, 40) zwischen der Elektronenquelle (3) und dem ersten Leitungsabschnitt (10,20) angeordnet ist und einen zweiten, im wesentlichen rechteckigen Schlitz (34a, 34b) aufweist, durch den der Elektronenstrahl in den ersten Schlitz (23) des eisten Leitungsabschnitts fällt.X-ray emitter according to claim 1,
characterized in that the second line section (30, 40) is arranged between the electron source (3) and the first line section (10, 20) and has a second, substantially rectangular slot (34a, 34b) through which the electron beam enters the first slot (23) of the most line section falls.
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Latungsabschnitt (30,40) zwei Kanäle (31,32) für das Kühlmittel aufweist, die im wesentlichen parallel verlaufen, im Bereich des zweiten Schlitzes (34a) jedoch so divergieren, dass sie eine im wesentlichen kreissegmentähnliche Fläche (35) einschließen, in der der zweite Schlitz liegt.X-ray emitter according to claim 5,
characterized in that the second lathing section (30, 40) has two channels (31, 32) for the coolant, which run essentially parallel, but diverge in the region of the second slot (34a) in such a way that they have a surface that is essentially similar to a 35) in which the second slot lies.
dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (34b) des zweiten Schlitz (34a) in einer in den zweiten Leitungsabschnitt (30,40) eingebrachten, im wesentlichen kreissegmentähnlichen Einsenkung (43) der äußeren Fläche liegt. X-ray emitter according to claim 5,
characterized in that an opening (34b) of the second slot (34a) lies in a recess (43) of the outer surface which is substantially circular segment-like and which is introduced into the second line section (30, 40).
dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Leitungsabschnitt (10, 20; 30,40) an einen gemeinsamen Kreislauf für das Flüssigmetall-Target angeschlossen sind, wobei das Flüssigmetall in dem zweiten Leitungsabschnitt als Kühlmittel dient.X-ray emitter according to claim 1,
characterized in that the first and the second line section (10, 20; 30, 40) are connected to a common circuit for the liquid metal target, the liquid metal serving as a coolant in the second line section.
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