EP3499545A1 - Röntgenröhre - Google Patents

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EP3499545A1
EP3499545A1 EP17206612.8A EP17206612A EP3499545A1 EP 3499545 A1 EP3499545 A1 EP 3499545A1 EP 17206612 A EP17206612 A EP 17206612A EP 3499545 A1 EP3499545 A1 EP 3499545A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
ray tube
anode body
emission
tube according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17206612.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens FÜRST
Steffen Polster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
Priority to EP17206612.8A priority Critical patent/EP3499545A1/de
Publication of EP3499545A1 publication Critical patent/EP3499545A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/086—Target geometry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1204—Cooling of the anode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1225—Cooling characterised by method
    • H01J2235/1291—Thermal conductivity
    • H01J2235/1295—Contact between conducting bodies

Definitions

  • the invention relates to an X-ray tube according to the preamble of claim 1.
  • Such an X-ray tube comprises a vacuum housing in which a cathode and an anode are arranged with a rotatably mounted anode body.
  • the anode body is plate-shaped (anode plate) and rotationally mounted on a rotor shaft (anode shaft).
  • the rotor shaft is rotatably mounted in a liquid metal plain bearing or in a rolling bearing. This ensures a reliable rotation of the anode plate about its axis of rotation (rotation axis).
  • the cathode is on voltage and generates electrons (e.g., glow emission). The electrons are focused into an electron beam and accelerated in the direction of the anode body.
  • the electron beam is incident in an emission region disposed on an axial outside of the anode body, and generates X-rays.
  • the X-rays exit the vacuum housing via a beam exit window.
  • the rotating anode body is thus struck parallel to its axis of rotation (axis of rotation) by the electron beam, whereas the exit of the generated X-rays in the radial direction, that is perpendicular to the axis of rotation of the anode body takes place.
  • This structure of an X-ray tube requires that the cathode and anode must be arranged one above the other, which limits the length of the X-ray tube or the X-ray source to a reduction of the overall length and therefore of the volume. The size in turn has Significant influence on the weight of the X-ray tube or X-ray source and thus on the dimensioning of the handling mechanism in the CT device.
  • the corresponding X-ray systems are dimensioned such that they can carry and handle all common X-ray tubes or X-ray sources.
  • Object of the present invention is to provide an X-ray tube of the type mentioned, which is constructed more compact.
  • the X-ray tube according to claim 1 comprises a vacuum housing in which a cathode and an anode are arranged with an about an axis of rotation rotatably mounted anode body, wherein the anode body has an emission region which is disposed on an outer side of the anode body and on the during operation of the X-ray tube Electron beam hits.
  • the anode body comprises an emission body, on which the emission area is arranged, wherein the emission body is arranged on the radial outside of the anode body and parallel to the axis of rotation and the emission area faces the axis of rotation.
  • the electron beam is thus guided perpendicular to the axis of rotation of the anode body (and thus parallel to its plane of rotation).
  • the emission region of the anode body is thermally decoupled and between an inside of the vacuum housing and the anode body is a filled with a coolant coolant reservoir is arranged, with which the emission body is thermally coupled (claim 2).
  • the emission region is thermally decoupled from the anode body and disposed close to the coolant reservoir, the heat transfer takes place directly in the coolant in the coolant reservoir and thus ensures effective cooling of the emission body (direct cooling of the emission body).
  • a heat flow from the emission body in the anode body thus hardly takes place, so that the anode body is heated significantly less in this cooling than in the previously known X-ray tubes. Since at most only a slight warming of the anode body takes place by heat radiation from the emission body, hardly any heat has to be dissipated via the rotor shaft and the corresponding bearings. This gives a good separation of storage and heat transfer.
  • heat dissipation heat dissipation
  • these include a slide bearing on high-temperature materials (for example, metal against ceramic) or high-temperature resistant and high-speed ball bearings or roller bearings.
  • Anode body anode plate
  • ceramic instead of thermally conductive metals
  • the coolant reservoir is arranged on the inside of the vacuum housing (claim 3).
  • the vacuum housing thus at least partially absorbs the heat of the coolant from the coolant reservoir. Since the vacuum housing is arranged in a radiator housing filled with coolant, the heat absorbed by the vacuum housing is cooled by the coolant circulating in the radiator housing. If in individual cases, the circulation of the coolant in the radiator housing should not be auseichend, the coolant in the radiator housing can also be performed via a heat exchanger. The coolant in the coolant reservoir is thus particularly effectively cooled by the coolant circulating in the radiator housing.
  • the coolant in the coolant reservoir is a liquid metal (claim 4).
  • a suitable liquid metal is a eutectic alloy of gallium (Ga), indium (In) and tin (Sn).
  • GaInSn alloy is e.g. known under the trade name Galinstan® and consists of 68.5 wt .-% gallium and 21.5 wt .-% indium and 10 wt .-% tin.
  • the solution according to the invention is suitable both for an X-ray tube in which the anode body is arranged rotationally fixed on an anode shaft (claim 5) and for an X-ray tube in which the anode body is formed as an anode ring (claim 6).
  • An anode body designed as an anode ring (claim 6) has a correspondingly lower mass than an anode plate made of the same material.
  • this embodiment is particularly well suited for use in which the X-ray tube and thus the X-ray source tilting and / or rotation is exposed, as is the case for example in computed tomography devices.
  • anode body as the anode ring
  • a configuration of the x-ray tube in which the anode ring is mounted at a position remote from the axis of rotation is particularly advantageous (claim 7).
  • the emission body is arranged fachsenfern.
  • an embodiment can be selected for the X-ray tube, in which the anode ring is mounted at a position near the axis of rotation (claim 8).
  • the emission body is arranged fachsennah.
  • the electric drive of the anode body is preferably designed as a brushless drive.
  • a predeterminable number of permanent magnets is arranged on a lower side of the anode body.
  • An outer side of the vacuum housing (claim 10) or an inner side of the vacuum housing (claim 11) has a predetermined number of current-carrying windings.
  • the X-ray tube is characterized in that the vacuum housing in the region of the coolant reservoir has at least one isolation ring (claim 12).
  • An embodiment of the x-ray tube in which the anode ring is mounted at a position remote from the axis of rotation (claim 7) is particularly advantageous.
  • the emission range is arranged navachsenfern. Characterized in that the inner diameter of the anode ring is removed from the axis of rotation of the anode ring, a range can be selected for the storage position which is thermally well decoupled from the waste heat of the beam generation in the emission area.
  • an embodiment can be selected for the X-ray tube, in which the anode body is mounted at a position near the axis of rotation (claim 8).
  • the focal point region is arranged fachsennah.
  • the storage of the anode body is in a region which is at least partially thermally decoupled from the heat generated in the anode body in a beam generation waste heat (claim 9).
  • the anode body is preferably mounted at a position remote from the axis of rotation (claim 7).
  • FIG. 1 shows an embodiment of an X-ray tube in a sectional view.
  • the in the FIG. 1 illustrated X-ray tube comprises a stationary vacuum housing 1 in which a cathode 2 and an anode 3 are arranged with an about an axis of rotation A (rotation axis) rotatably mounted anode body 4.
  • the anode body 4 is formed in the illustrated embodiment as an anode ring.
  • the anode body 4 can also be designed as an anode plate (anode plate).
  • the anode body 4 comprises an emission body 5 on which the emission region 6 is arranged, wherein the emission body 5 is arranged on the radial outer side of the anode body 4 (anode ring) and parallel to the rotation axis A and the emission region 6 faces the rotation axis A.
  • the vacuum housing 1 of the X-ray tube is arranged in a radiator housing, not shown, in which a cooling medium circulates.
  • the emission body 5 is arranged perpendicular to the plane of rotation of the anode body 4 and thus extends parallel to the axis of rotation A of the anode body 4.
  • the emission body 5 on the side facing the cathode 2 has a correspondingly beveled emission region 6.
  • the X-ray tube disposed on the anode ring 4 emissive body 5 is thermally decoupled and on the one hand close to the vacuum housing 1 and on the other hand disposed close to the coolant reservoir 8, the heat transfer takes place directly into the coolant and thus ensures effective cooling of the emission body.
  • 5 A heat flow from the emission body 5 into the anode body 4 thus hardly takes place, so that the anode body 4 is heated significantly less in this heat dissipation than in the previously known x-ray tubes. Since at most only a slight heating of the anode body 4 takes place by heat radiation from the emission body 5, hardly any heat has to be dissipated via the corresponding bearings 7. This gives a separation of storage and heat transport.
  • a coolant reservoir 9 is arranged between an inner side of the vacuum housing 1 and the radial outer side of the anode body 4 (lateral surface of the anode ring 4) in an advantageous manner.
  • the radial outer surface of the anode ring 4, including the emission body 5 provides reliable cooling of the anode body 4 which is hot due to the jet generation, since the anode body 4 radiates the thermal energy in the direction of the vacuum housing 1 via its radial outer side.
  • the vacuum housing 1 is surrounded by a circulating in the radiator housing cooling medium, there is an effective cooling of the emission body 5 and the emission region arranged thereon 6 instead.
  • the coolant reservoir 9 is filled with a liquid metal.
  • the embodiment shown offers a variety of advantages. For example, e.g. Storage, AnAuthierung and cooling functionally separated. Furthermore, by additional measures a direct cooling of the emission body 5 in the direction of the vacuum housing 1 (direct cooling) can be realized.
  • the cathode 2 is at voltage and emits electrons (not shown).
  • the emitted electrons are accelerated in the direction of the anode ring 4 and generate upon impact with the material of the focal region 5 X-rays (not shown).
  • the X-rays exit via a beam exit window 7 from the vacuum housing 1.
  • the anode ring 4 is mounted via a bearing 7 at a position remote from the axis of rotation. Characterized in that the inner diameter of the anode ring 4 is remote from the axis of rotation A of the anode ring 4, one obtains for the storage of the anode ring 4 in the bearings 7 a region which is thermally well decoupled from the waste heat of the beam generation in the emission region 6.
  • a coolant reservoir 9 is arranged between an inner side of the vacuum housing 1 and an outer side of the anode ring 4.
  • FIG. 1 offers a variety of advantages.
  • the rotating mass is significantly reduced. Furthermore, it is possible to constructively design or dimension the bearings 7 in such a way that an occurring unbalance and a tilting of the anode 3 can be absorbed better than in the known arrangements. Thus, e.g. Coriolis forces are collected at a position that introduces significantly lower loads in the storage due to the leverage laws.
  • the vacuum housing 1 no longer has to be designed for receiving an anode plate and an anode shaft (rotor shaft). Due to the associated reduction of the rotating mass (no anode plate, no anode wave), the forces on the bearing 7 are reduced accordingly. Furthermore, the required vacuum volume and thus the size of the vacuum housing 1 are significantly reduced. At the same time the assembly is simplified accordingly.
  • the electric drive of the anode ring 4 is preferably designed as a brushless drive, the predetermined number of permanent magnets 10 and a predetermined number of current-carrying windings 11 comprises.
  • the permanent magnets 10 are arranged on a lower side of the anode ring 4, whereas the current-carrying windings 11 are arranged on the adjacent outer side of the vacuum housing 1.
  • the vacuum housing 1 in the region of the coolant reservoir 9 to a predetermined number of insulation rings 12.
  • a contacting of the anode 3 is obtained via the liquid metal in the coolant reservoir 9.
  • the heat conduction resistance is significantly reduced in the illustrated variant, since no heat conduction takes place between an anode disk and an anode shaft.
  • the good heat dissipation due to the large area can be further improved, for example by constructive enlargement of the outer surface of the vacuum housing 1 by attaching ribs.
  • This can usually be dispensed with a structurally complex intermediate water cooling. This reduces the complexity of the arrangement accordingly, resulting in increased reliability.
  • the bearing 7 may also be designed as a rolling bearing, sliding bearing or hydrodynamic bearing.
  • the bearing 7 is designed as a magnetic bearing without mechanical contact (magnetic levitation bearing) and the AnAuthtechnik realized only by liquid metal for cooling and electrical contact, then any occurring imbalance of the anode 3 is not transmitted directly to the vacuum housing 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (1) in dem eine Kathode (2) und eine Anode (3) mit einem um eine Drehachse (A) drehbar gelagerten Anodenkörper (4) angeordnet sind, wobei der Anodenkörper (4) einen Emissionsbereich (6) aufweist, der an einer Außenseite des Anodenkörpers (4) angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfasst der Anodenkörper (4) einen Emissionskörper (5), auf dem der Emissionsbereich (6) angeordnet ist, wobei der Emissionskörper (5) an der radialen Außenseite des Anodenkörpers (4) und parallel zur Drehachse (A) angeordnet ist und der Emissionsbereich (6) der Drehachse (A) zugewandt ist. Eine derartige Röntgenröhre ist kompakter aufgebaut.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Röntgenröhre umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem eine Kathode und eine Anode mit einem drehbar gelagerten Anodenkörper angeordnet sind. Der Anodenkörper ist tellerförmig ausgebildet (Anodenteller) und verdrehfest auf einer Rotorwelle (Anodenwelle) angeordnet. Die Rotorwelle ist drehbar in einem Flüssigmetall-Gleitlager oder in einem Wälzlager gelagert. Damit ist eine zuverlässige Rotation des Anodentellers um seine Drehachse (Rotationsachse) gewährleistet. Während des Betriebs liegt die Kathode auf Spannung und erzeugt Elektronen (z.B. Glühemission). Die Elektronen werden zu einem Elektronenstrahl fokussiert und in Richtung Anodenkörper beschleunigt. Der Elektronenstrahl trifft in einem Emissionsbereich auf, der an einer axialen Außenseite des Anodenkörpers angeordnet ist, und erzeugt Röntgenstrahlen. Die Röntgenstrahlen treten über ein Strahlenaustrittsfenster aus dem Vakuumgehäuse aus. Der rotierende Anodenkörper wird somit parallel zu seiner Rotationsachse (Drehachse) vom Elektronenstrahl getroffen, wohingegen der Austritt der erzeugten Röntgenstrahlen in radialer Richtung, also senkrecht zur Rotationsachse des Anodenkörpers, erfolgt.
  • Dies erweist sich insbesondere für den Einsatz bei einer Computertomografie-Anlage (CT-Gerät) als vorteilhaft, da die Rotationsachse des CT-Geräts und die Rotationsachse der Anode in der Röntgenröhre parallel ausgerichtet werden können. Dadurch können resultierende Coriolis-Kräfte der Röntgenröhre um das Isozentrum vermieden werden. Dieser Aufbau einer Röntgenröhre bedingt, dass Kathode und Anode übereinander angeordnet werden müssen, wodurch bei der Röntgenröhre bzw. beim Röntgenstrahler einer Verringerung der Baulänge und damit des Volumens Grenzen gesetzt sind. Die Baugröße ihrerseits hat maßgeblich Einfluss auf das Gewicht von Röntgenröhre bzw. Röntgenstrahler und damit auf die Dimensionierung der Handhabungsmechanik im CT-Gerät.
  • Aktuell werden die entsprechenden Röntgenanlagen derart dimensioniert, dass sie alle gängigen Röntgenröhren bzw. Röntgenstrahler tragen und handhaben können.
  • Für alle Anwendungen außerhalb der Computertomografie ist der Einfluss der Rotationsebene der Anode deutlich schwächer ausgeprägt oder überhaupt nicht relevant, weshalb alternative, kompaktere Konzepte realisierbar sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, die kompakter aufgebaut ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 gelöst. Voreilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
  • Die Röntgenröhre nach Anspruch 1 umfasst ein Vakuumgehäuse in dem eine Kathode und eine Anode mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Anodenkörper angeordnet sind, wobei der Anodenkörper einen Emissionsbereich aufweist, der an einer Außenseite des Anodenkörpers angeordnet ist und auf den während des Betriebs der Röntgenröhre der Elektronenstrahl auftrifft. Erfindungsgemäß umfasst der Anodenkörper einen Emissionskörper, auf dem der Emissionsbereich angeordnet ist, wobei der Emissionskörper an der radialen Außenseite des Anodenkörpers und parallel zur Drehachse angeordnet ist und der Emissionsbereich der Drehachse zugewandt ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der Elektronenstrahl somit senkrecht zur Drehachse des Anodenkörpers (und damit parallel zu dessen Rotationsebene) geführt.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Emissionsbereich von dem Anodenkörper thermisch entkoppelt und zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses und dem Anodenkörper ist ein mit einem Kühlmittel gefülltes Kühlmittelreservoir angeordnet, mit dem der Emissionskörper thermisch gekoppelt ist (Anspruch 2). Dadurch, dass bei dieser Ausgestaltung der Emissionsbereich thermisch entkoppelt vom Anodenkörper und nahe am Kühlmittelreservoir angeordnet ist, erfolgt der Wärmetransport direkt in das Kühlmittel im Kühlmittelreservoir und gewährleistet damit eine wirkungsvolle Entwärmung des Emissionskörpers (Direktkühlung des Emissionskörpers). Ein Wärmefluss vom Emissionskörper in den Anodenkörper findet damit kaum statt, so dass der Anodenkörper bei dieser Entwärmung deutlich weniger erwärmt wird als bei den bisher bekannten Röntgenröhren. Da höchstens nur eine geringe Erwärmung des Anodenkörpers durch Wärmeabstrahlung aus dem Emissionskörper erfolgt, muss auch kaum Wärme über die Rotorwelle und die entsprechenden Lager abgeführt werden. Man erhält damit eine gute Trennung von Lagerung und Wärmetransport.
  • Aufgrund der Trennung von Lagerung und Wärmetransport (Entwärmung) kann die Lagerung der Anode durch die bereits bekannte hydrodynamische Lagerung (Flüssigmetall-Gleitlager) realisiert werden. Für eine derartige Lagerung sind dann nicht mehr die bisher erforderlichen engen Toleranzen erforderlich.
  • Durch die Trennung der Funktionen Lagerung und Wärmetransport sind dann auch Lagerungen möglich, die bisher aufgrund der Wärmeabfuhr (Entwärmung) über die Lagerung nicht realisiert werden konnten. Hierzu zählen eine Gleitlagerung auf Hochtemperaturwerkstoffen (beispielsweise Metall gegen Keramik) oder hochtemperaturbeständige und schnelllauffähige Kugellager bzw. Rollenlager.
  • Aufgrund der funktionalen Trennung von Lagerung und Entwärmung kann auch eine Vielzahl weiterer Materialien für den Anodenkörper (Anodenteller) verwendet werden, z.B. Keramik anstelle von wärmeleitfähigen Metallen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kühlmittelreservoir an der Innenseite des Vakuumgehäuses angeordnet (Anspruch 3). Das Vakuumgehäuse nimmt damit zumindest teilweise die Wärme des Kühlmittels aus dem Kühlmittelreservoir auf. Da das Vakuumgehäuse in einem mit Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuse angeordnet ist, wird die vom Vakuumgehäuse aufgenommene Wärme über das im Strahlergehäuse zirkulierende Kühlmittel entwärmt. Falls im Einzelfall die Zirkulation des Kühlmittels im Strahlergehäuse nicht auseichend sein sollte, kann das Kühlmittel im Strahlergehäuse zusätzlich über einen Wärmetauscher geführt werden. Das Kühlmittel im Kühlmittelreservoir wird damit über das im Strahlergehäuse zirkulierende Kühlmittel besonders wirkungsvoll entwärmt.
  • In vorteilhafter Weise ist das Kühlmittel im Kühlmittelreservoir ein Flüssigmetall (Anspruch 4). Ein hierfür geeignetes Flüssigmetall ist eine eutektische Legierung aus Gallium (Ga), Indium (In) und Zinn (Sn). Eine derartige GaInSn-Legierung ist z.B. unter dem Markenamen Galinstan® bekannt und besteht aus 68,5 Gew.-% Gallium sowie 21,5 Gew.-% Indium und 10 Gew.-% Zinn.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl für eine Röntgenröhre geeignet, bei der der Anodenkörper verdrehfest auf einer Anodenwelle angeordnet ist (Anspruch 5) als auch für eine Röntgenröhre, bei der der Anodenkörper als Anodenring ausgebildet ist (Anspruch 6).
  • Ein als Anodenring ausgebildete Anodenkörper (Anspruch 6) weist gegenüber einem Anodenteller aus gleichem Material eine entsprechend geringere Masse auf. Darüber hinaus entfällt die Rotorwelle auf der der Anodenteller verdrehfest angeordnet ist, was zu einer weiteren Reduzierung der rotierenden Masse führt. Damit werden während des Betriebs die bei der Bewegung der Röntgenröhre im Raum auftretenden Kräfte vorteilhaft aufgenommen. Aufgrund der deutlich geringeren Masse bzw. des deutlich geringeren Gewichts ist diese Ausgestaltung besonders gut für einen Einsatz geeignet, bei dem die Röntgenröhre und damit der Röntgenstrahler Verkippungen und/oder Rotationen ausgesetzt ist, wie dies z.B. in Computertomografie-Geräten der Fall ist.
  • Bei einer Ausgestaltung des Anodenkörpers als Anodenring ist eine Ausgestaltung der Röntgenröhre, bei der der Anodenring an einer drehachsenfernen Position gelagert ist, besonders vorteilhaft (Anspruch 7). Damit ist auch der Emissionskörper drehachsenfern angeordnet.
  • Für bestimmte Anwendungsfälle kann für die Röntgenröhre auch eine Ausführungsform gewählt werden, bei der der Anodenring an einer drehachsennahen Position gelagert ist (Anspruch 8). Damit ist auch der Emissionskörper drehachsennah angeordnet.
  • Der elektrische Antrieb des Anodenkörpers ist vorzugsweise als bürstenloser Antrieb ausgeführt. Hierzu ist auf einer Unterseite des Anodenkörpers eine vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten angeordnet. Eine Außenseite des Vakuumgehäuses (Anspruch 10) oder eine Innenseite des Vakuumgehäuses (Anspruch 11) weist eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossenen Wicklungen auf.
  • Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Röntgenröhre dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse im Bereich des Kühlmittelreservoirs wenigstens einen Isolationsring aufweist (Anspruch 12).
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Röntgenröhre, bei der der Anodenring an einer drehachsenfernen Position gelagert ist (Anspruch 7). Damit ist auch der Emissionsbereich drehachsenfern angeordnet. Dadurch, dass der Innendurchmesser des Anodenrings von der Drehachse des Anodenrings entfernt liegt, kann für die Lagerposition ein Bereich gewählt werden, der thermisch gut von der Abwärme der Strahlerzeugung im Emissionsbereich zu entkoppeln ist.
  • Für bestimmte Anwendungsfälle kann für die Röntgenröhre auch eine Ausführungsform gewählt werden, bei der der Anodenkörper an einer drehachsennahen Position gelagert ist (Anspruch 8). Damit ist auch der Brennbahnbereich drehachsennah angeordnet.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Röntgenröhre liegt die Lagerung des Anodenkörpers in einem Bereich, der zumindest teilweise thermisch von der im Anodenkörper bei einer Strahlerzeugung entstehenden Abwärme entkoppelt ist (Anspruch 9). Hierbei ist der der Anodenkörper vorzugsweise an einer drehachsenfernen Position gelagert (Anspruch 7).
  • Nachfolgend wird ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. FIG 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Röntgenröhre in einer Schnittansicht.
  • Die in den FIG 1 dargestellte Röntgenröhre umfasst ein stehendes Vakuumgehäuse 1 in dem eine Kathode 2 und eine Anode 3 mit einem um eine Drehachse A (Rotationsachse) drehbar gelagerten Anodenkörper 4 angeordnet sind. Der Anodenkörper 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Anodenring ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann der Anodenkörper 4 auch als Anodenteller (Anodenscheibe) ausgeführt sein. Erfindungsgemäß umfasst der Anodenkörper 4 einen Emissionskörper 5, auf dem der Emissionsbereich 6 angeordnet ist, wobei der Emissionskörper 5 an der radialen Außenseite des Anodenkörpers 4 (Anodenring) und parallel zur Drehachse A angeordnet ist und der Emissionsbereich 6 der Drehachse A zugewandt ist.
  • Das Vakuumgehäuse 1 der Röntgenröhre ist in einem nicht dargestellten Strahlergehäuse angeordnet, in dem ein Kühlmedium zirkuliert.
  • Erfindungsgemäß ist der Emissionskörper 5 senkrecht zur Rotationsebene des Anodenkörpers 4 angeordnet und erstreckt sich somit parallel zur Rotationsachse A des Anodenkörpers 4.
  • Um einen problemlosen Austritt der Röntgenstrahlen sicherzustellen, weist der Emissionskörper 5 auf der Seite, die der Kathode 2 zugewandt ist, einen entsprechend abgeschrägten Emissionsbereich 6 auf.
  • Dadurch, dass bei der dargestellten Ausführungsform der Röntgenröhre der auf dem Anodenring 4 angeordnete Emissionskörper 5 thermisch entkoppelt sowie einerseits nahe am Vakuumgehäuse 1 und andererseits nahe am Kühlmittelreservoir 8 angeordnet ist, erfolgt der Wärmetransport direkt in das Kühlmittel und gewährleistet damit eine wirkungsvolle Entwärmung des Emissionskörpers 5. Ein Wärmefluss vom Emissionskörper 5 in den Anodenkörper 4 findet damit kaum statt, so dass der Anodenkörper 4 bei dieser Entwärmung deutlich weniger erwärmt wird als bei den bisher bekannten Röntgenröhren. Da höchstens nur eine geringe Erwärmung des Anodenkörpers 4 durch Wärmeabstrahlung aus dem Emissionskörper 5 erfolgt, muss auch kaum Wärme über die entsprechenden Lager 7 abgeführt werden. Man erhält damit eine Trennung von Lagerung und Wärmetransport.
  • Bei der in FIG 1 dargestellten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses 1 und der radialen Außenseite des Anodenkörpers 4 (Mantelfläche des Anodenrings 4) in vorteilhafter Weise ein Kühlmittelreservoir 9 angeordnet. Durch diese Maßnahme erhält man über die radiale Außenseite des Anodenring 4, einschließlich des Emissionskörpers 5, eine zuverlässige Entwärmung des durch die Strahlerzeugung heißen Anodenkörpers 4, da der Anodenkörper 4 über seine radiale Außenseite die thermische Energie in Richtung des Vakuumgehäuses 1 abstrahlt. Da das Vakuumgehäuse 1 von einem im Strahlergehäuse zirkulierendem Kühlmedium umströmt wird, findet eine effektive Entwärmung des Emissionskörpers 5 sowie des darauf angeordneten Emissionsbereichs 6 statt. In vorteilhafter Weise ist das Kühlmittelreservoir 9 mit einem Flüssigmetall gefüllt.
  • Die gezeigte Ausgestaltung bietet eine Vielzahl von Vorteilen. So sind z.B. Lagerung, Ankontaktierung und Entwärmung funktional voneinander getrennt. Weiterhin ist durch zusätzliche Maßnahmen eine direkte Entwärmung des Emissionskörpers 5 in Richtung Vakuumgehäuse 1 (Direktkühlung) realisierbar.
  • Während des Betriebs liegt die Kathode 2 auf Spannung und emittiert Elektronen (nicht dargestellt). Die emittierten Elektronen werden in Richtung Anodenring 4 beschleunigt und erzeugen beim Auftreffen im Material des Brennbahnbereichs 5 Röntgenstrahlen (nicht dargestellt). Die Röntgenstrahlen treten über ein Strahlenaustrittsfenster 7 aus dem Vakuumgehäuse 1 aus.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anodenring 4 über ein Lager 7 an einer drehachsenfernen Position gelagert. Dadurch, dass der Innendurchmesser des Anodenrings 4 von der Drehachse A des Anodenrings 4 entfernt liegt, erhält man für die Lagerung des Anodenrings 4 in den Lagern 7 einen Bereich, der thermisch gut von der Abwärme der Strahlerzeugung im Emissionsbereich 6 entkoppelt ist.
  • Bei der in FIG 1 dargestellten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses 1 und einer Außenseite des Anodenrings 4 ein Kühlmittelreservoir 9 angeordnet. Durch diese Maßnahme erhält man über die untere Außenseite des Anodenrings 4, einschließlich des Emissionsbereichs 6, eine zuverlässige Entwärmung des durch die Strahlerzeugung heißen Anodenrings 4, da der Anodenring 4 über seine untere Außenseite die thermische Energie in Richtung des Vakuumgehäuses 1 abstrahlt. Da das Vakuumgehäuse 1 von einem im Strahlergehäuse zirkulierendem Kühlmedium umströmt wird, findet eine effektive Entwärmung des Emissionsbereichs 6 statt. In vorteilhafter Weise ist das Kühlmittelreservoir 8 mit einem Flüssigmetall gefüllt.
  • Die in FIG 1 dargestellte Ausgestaltung bietet eine Vielzahl von Vorteilen.
  • Dadurch, dass der Anodenkörper bei der dargestellten Ausführungsform als Anodenring 4 ausgebildet ist, wird die rotierende Masse deutlich reduziert. Weiterhin ist es möglich, die Lager 7 konstruktiv so auszuführen bzw. zu dimensionieren, dass eine auftretende Unwucht sowie eine Verkippung der Anode 3 besser als bei den bekannten Anordnungen aufgenommen werden können. So können z.B. Coriolis-Kräfte an einer Position aufgefangen werden, die aufgrund der Hebelgesetze deutlich geringere Lasten in die Lagerung einbringt.
  • Darüber hinaus sind bei der gezeigten Röntgenröhre Lagerung, Ankontaktierung und Entwärmung funktional voneinander getrennt.
  • Aufgrund der vorteilhaften Maßnahme, den Anodenkörper als Anodenring 4 auszuführen, muss das Vakuumgehäuse 1 nicht mehr für die Aufnahme eines Anodentellers und einer Anodenwelle (Rotorwelle) ausgelegt sein. Durch die damit verbundene Reduzierung der rotierenden Masse (kein Anodenteller, keine Anodenwelle) werden die Kräfte auf das Lager 7 entsprechend verringert. Weiterhin werden das benötigte Vakuumvolumen und damit die Größe des Vakuumgehäuses 1 signifikant verringert. Gleichzeitig wird die Montage entsprechend vereinfacht.
  • Schließlich ist durch weitere Maßnahmen eine direkte Entwärmung des Emissionskörpers 5 in Richtung Vakuumgehäuse 1 (Direktkühlung) realisierbar.
  • Der elektrische Antrieb des Anodenrings 4 ist vorzugsweise als bürstenloser Antrieb ausgeführt, der vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten 10 sowie eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossene Wicklungen 11 umfasst. Die Permanentmagnete 10 sind auf einer Unterseite des Anodenrings 4 angeordnet, wohingegen die stromdurchflossenen Wicklungen 11 auf der benachbarten Außenseite des Vakuumgehäuses 1 angeordnet sind.
  • Weiterhin weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Vakuumgehäuse 1 im Bereich des Kühlmittelreservoirs 9 eine vorgebbare Anzahl von Isolationsringen 12 auf. Durch die optional vorgesehenen Isolationsringe 12. erhält man über das Flüssigmetall in dem Kühlmittelreservoir 9 eine Ankontaktierung der Anode 3.
  • Die Anzahl der Wärmeübergänge wird reduziert, da kein Wärmeübergang zwischen dem Brennbahnbereich 5 und einer bei bekannten Lösungen vorhandenen Anodenscheibe stattfinden kann.
  • Weiterhin ist bei der dargestellten Variante der Wärmeleitungswiderstand deutlich verringert, da keine Wärmeleitung zwischen einer Anodenscheibe und einer Anodenwelle stattfindet.
  • Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre die aufgrund der großen Fläche vorhandene gute Wärmeabfuhr nochmals verbessert werden, beispielsweise durch eine konstruktive Vergrößerung der Außenfläche des Vakuumgehäuses 1 durch ein Anbringen von Rippen. Damit kann in der Regel auf eine konstruktiv aufwendige Zwischenstufe einer Wasserkühlung verzichtet werden. Dies reduziert die Komplexität der Anordnung entsprechend, wodurch sich eine erhöhte Zuverlässigkeit ergibt.
  • Anstelle der dargestellten Lagerung mittels der als Wälzkörper ausgeführten Lager 7 am Innendurchmesser des Anodenrings 4 sind auch alternative, in der Zeichnung nicht dargestellte Lagerungen möglich.
  • Zu diesen Alternativen zählt beispielsweise eine Lagerung am Außendurchmesser des Anodenrings 4 bzw. außerhalb des Außendurchmessers des Emissionskörpers 5. Auch eine Nutzung des Flüssigmetalls im Kühlmittelreservoir 9 zur Lagerung des Anodenrings 4 ist im Rahmen der Erfindung realisierbar.
  • Als weitere Alternative ist auch ein eine Lagerung an den Stirnseiten des Anodenrings 4 möglich.
  • Im Rahmen der Erfindung kann das Lager 7 auch als Wälzlager, Gleitlager oder hydrodynamisches Lager ausgeführt sein.
  • Wird das Lager 7 als Magnetlager ohne mechanischen Kontakt (Magnetschwebelager) ausgeführt und die Ankontaktierung lediglich durch Flüssigmetall für Kühlung und elektrischen Kontakt realisiert, dann wird eine eventuell auftretende Unwucht der Anode 3 nicht direkt auf das Vakuumgehäuse 1 übertragen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Ausgehend von der erfindungsgemäßen Lösung, können vom Fachmann auch andere Varianten abgeleitet werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (12)

  1. Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (1) in dem eine Kathode (2) und eine Anode (3) mit einem um eine Drehachse (A) drehbar gelagerten Anodenkörper (4) angeordnet sind, wobei der Anodenkörper (4) einen Emissionsbereich (6) aufweist, der an einer Außenseite des Anodenkörpers (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenkörper (4) einen Emissionskörper (5) umfasst, auf dem der Emissionsbereich (6) angeordnet ist, wobei der Emissionskörper (5) an der radialen Außenseite des Anodenkörpers (4) und parallel zur Drehachse (A) angeordnet ist und der Emissionsbereich (6) der Drehachse (A) zugewandt ist.
  2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionskörper (5) von dem Anodenkörper (4) thermisch entkoppelt ist und zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses (1) und dem Anodenkörper (4) ein mit einem Kühlmittel gefülltes Kühlmittelreservoir (9) angeordnet ist, mit dem der Emissionskörper (5) thermisch gekoppelt ist.
  3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelreservoir (9) an der Innenseite des Vakuumgehäuses (1) angeordnet ist.
  4. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel ein Flüssigmetall ist.
  5. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenkörper verdrehfest auf einer Anodenwelle angeordnete ist.
  6. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenkörper als Anodenring (4) ausgebildet ist.
  7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenring (4) an einer drehachsenfernen Position gelagert ist.
  8. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenring (4) an einer drehachsennahen Position gelagert ist.
  9. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Anodenkörpers (4) in einem Bereich liegt, der zumindest teilweise thermisch von der im Anodenkörper (4) bei einer Strahlerzeugung entstehenden Abwärme entkoppelt ist.
  10. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Unterseite des Anodenkörpers (4) eine vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten (10) und auf einer Außenseite des Vakuumgehäuses (1) eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossenen Wicklungen (11) aufweist.
  11. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Unterseite des Anodenkörpers (4) eine vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten (10) und auf einer Innenseite des Vakuumgehäuses (1) eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossenen Wicklungen aufweist.
  12. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse (1) im Bereich des Kühlmittelreservoirs (9) wenigstens einen Isolationsring (12) aufweist.
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