DE1053105B

DE1053105B - Rotating anode tube with radiation cooling

Info

Publication number: DE1053105B
Application number: DEV12249A
Authority: DE
Inventors: Harry Szuba
Original assignee: PHOENIX ROENTGENROEHRENWERK RU
Current assignee: PHOENIX ROENTGENROEHRENWERK RU
Priority date: 1957-04-02
Filing date: 1957-04-02
Publication date: 1959-03-19

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft die Anordnung der Kühlelemente einer Drehanodenröntgenröhre.The invention relates to the arrangement of the cooling elements of a rotating anode x-ray tube.

Es ist bekannt, die bei einer Drehanodenröntgenröhre an der Anode auftretende Wärme durch eine intensive Kühlung der Gefäßwand abzuführen. Bessere Kühlmöglichkeiten ergeben sich, da die Wärme von der sich drehenden Anode nicht durch direkte Wärmeleitung abgeführt werden kann, durch Anbringen einer wärmeabsorbierenden Fläche in gewissem Abstand von der Drehanode, wobei die wärmeabsorbierende Fläche die aufgenommene Wärme durch Wärmeleitung an weitere Flächenelemente abgibt, die direkt oder indirekt mit dem Kühlmittel in Berührung kommen (s. auch schweizerische Patentschrift 23.9 103). Durch derartige Maßnahmen wird die Fläche der Wärmeabstrahlung vergrößert und die Kühlung intensiviert.It is known that the heat generated at the anode in a rotating anode X-ray tube by a to dissipate intensive cooling of the vessel wall. Better cooling possibilities arise because the heat from the rotating anode cannot be dissipated by direct heat conduction by attaching it a heat-absorbing surface at a certain distance from the rotating anode, the heat-absorbing Surface releases the absorbed heat to other surface elements through thermal conduction, that come into direct or indirect contact with the coolant (see also Swiss patent specification 23.9 103). By such measures, the area of heat radiation is increased and the Cooling intensified.

Nachteilig ist dabei, daß die Kühlflächen ihre durch Strahlung aufgenommene Wärme nur wieder durch Strahlung abgeben können, was schon rein physikalisch mit einem schlechten Wirkungsgrad verbunden ist. Dies wirkt sich besonders schwerwiegend bei den Hochleistungsröntgenröhren aus. Dabei ist die Leistungssteigerung das Problem der Wärmeabführung, weil nur etwa 1 % der auf die Anode auftreffenden Kathodenstrahlen in Röntgenstrahlen umgewandelt werden, während also etwa 99% als unerwünschte Wärmeenergie auftreten, die abgeführt werden muß.The disadvantage here is that the cooling surfaces only return their heat absorbed by radiation Can emit radiation, which is physically associated with poor efficiency is. This has a particularly serious effect on high-performance X-ray tubes. Here is the increase in performance the problem of heat dissipation, because only about 1% of that impinging on the anode Cathode rays are converted into X-rays, while so about 99% are considered undesirable Thermal energy occur that must be dissipated.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß gegenüber dem Drehanoden teller in sehr kleinem Abstand ein großflächiger Kühlkörper angeordnet ist, der gleichzeitig einen Teil der Gefäßwand der Röntgenröhre bildet, und Mittel vorgesehen sind, derart, daß durch ein Kühlmedium sowohl die Fläche des Kühlkörpers kühlbar als auch die von dem Anodenteller zu dem Verbindungsstück zwischen Anode und Rotor sowie zu den Kugellagern gelangende Wärme abführbar ist.According to the invention these disadvantages are avoided in that compared to the rotating anode plate in A large-area heat sink is arranged at a very small distance, which at the same time forms part of the vessel wall the X-ray tube forms, and means are provided such that by a cooling medium both the Surface of the heat sink can be cooled as well as that of the anode plate to the connecting piece between The anode and rotor as well as the heat reaching the ball bearings can be dissipated.

Die Kühlfläche, die der Anode gegenüberliegt, besteht aus einem wärmeleitendem Material und ist mit einer Hohlachse aus dem gleichen Material verbunden, auf der sich die Kugellager des Drehsystems befinden.The cooling surface, which is opposite the anode, consists of a thermally conductive material and is with connected to a hollow axle made of the same material on which the ball bearings of the rotating system are located.

Damit ergibt sich ein konzentrisch durch den Röhrenkolben verlaufender Kühlweg, so daß das Kühlmittel die Anode und das Drehsystem gleichzeitig kühlt.This results in a cooling path running concentrically through the tubular piston, so that the Coolant cools the anode and the rotating system at the same time.

Um einen übermäßigen Wärmefluß von der Anode zum Rotor des Drehsystems und damit zu den Kugel lagern zu verhindern, besteht dieser Verbindungsweg aus einem schlecht wärmeleitenden Material, wodurch der Wärmefluß ganz wesentlich gedrosselt wird.To store excessive heat flow from the anode to the rotor of the rotating system and thus to the ball To prevent, this connection path consists of a poorly thermally conductive material, whereby the heat flow is throttled quite significantly.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigtAn exemplary embodiment is shown in the drawing. It shows

Abb. 1 einen Längsschnitt undFig. 1 a longitudinal section and

Drehanodenröntgenröhre
mit StrahlungskühlungRotating anode x-ray tube
with radiation cooling

Anmelder:
VEB PhönixApplicant:
VEB Phoenix

Röntgenröhrenwerk Rudolstadt,
RudolstadtX-ray tube factory Rudolstadt,
Rudolstadt

Harry Szuba, Rudolstadt,
ist als Erfinder genannt wordenHarry Szuba, Rudolstadt,
has been named as the inventor

Abb. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Röntgenröhre.Fig. 2 shows a cross section through the X-ray tube according to the invention.

Tn der Abb. 1 besteht das Drehsystem aus dem Rotor 1, der sich unter Zwischenschaltung eines wärmedrosselnden Metallteiles 2, beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung bestehend, zu einem kleinen Zylinder 3 fortsetzt.Tn Fig. 1, the rotating system consists of the rotor 1, which with the interposition of a heat throttling Metal part 2, for example consisting of an iron-nickel alloy, to a small one Cylinder 3 continues.

Dieser Zylinder 3 ist aus einem hochschmelzenden Metall, z. B. Molybdän, gefertigt und in seinem oberen Ende flanschartig oder derart geformt, daß an demselben die Anode 4, die vorwiegend aus Wolf ram besteht, sicher und mechanisch fest angebracht werden kann. Der Rotor ist vermittels zweier Kugellager 5 und 6 auf einer stabilen Hohlachse 7 aus gut wärmeleitendem Material, z. B. Kupfer, montiert. Während die Hohlachse 7 an dem einen Ende über einen Kovarzylinder 8 mit dem Glaskolben 9 vakuumdicht verschmolzen ist, ist das andere Ende der Hohlachse 7 mit einem tellerförmigen Metallstück 10 vakuumdicht verbunden, welches mindestens die Flächengröße der ihr auf einem sehr kleinen Abstand gegenüberstehenden Drehanode hat. Das tellerförmige Metallstück 10. das einen umgebogenen Rand besitzen kann, wirdThis cylinder 3 is made of a refractory metal, e.g. B. Molybdenum, manufactured and in its upper End flange-like or shaped such that on the same the anode 4, which ram mainly from Wolf exists, can be securely and mechanically fixed. The rotor is supported by two ball bearings 5 and 6 on a stable hollow axle 7 made of a highly thermally conductive material, e.g. B. copper, mounted. While the hollow axle 7 fused vacuum-tight to the glass bulb 9 at one end via a Kovar cylinder 8 is, the other end of the hollow axle 7 is vacuum-tight with a plate-shaped piece of metal 10 connected, which is at least the size of the area facing it on a very small distance Has rotating anode. The plate-shaped metal piece 10, which can have a bent edge, is

⁴S über einen, für ekie sichere Anglasung· günstigen Metallzylinder 11, z. B. aus Kovar, ebenfalls vakuumdicht mit dem Glaskolben 9 verbunden. Die sich gegenüberstehenden Flächen der Anode 4 und des tellerförmigen Metallstückes 10 sind aufgerauht oder auf andere Weise so bearbeitet, daß sie einem schwarzen Strahler nahekommen. Hierdurch werden optimale Wärmeabstrahlverhältnisse für die Anode 4 und gleichfalls optimale Wärmeaufnahmebedingungen für das Metallstück 10 geschaffen. ⁴ S via a metal cylinder 11 that is favorable for ekie safe glazing, e.g. B. from Kovar, also connected to the glass bulb 9 in a vacuum-tight manner. The opposing surfaces of the anode 4 and the plate-shaped metal piece 10 are roughened or otherwise processed so that they come close to a black body. This creates optimal heat radiation conditions for the anode 4 and also optimal heat absorption conditions for the metal piece 10.

809 770/384809 770/384

Das tellerförmige Metallstück 10 und die Hohlachse? können auch aus einem Stück gegossen oder sonstwie gefertigt werden. 12 ist die Kathodenhalterung mit eingebauter Kathode. Die Zuleitung und Befestigung erfolgt über einen Anglasstutzen 13 (Abb. 2). Um eine definierte Lage der Kathode gewährleisten zu können, wird die Kathodenhalterung beim Zusammmenbau vermittels Zapfen oder Stäbe 14 in Löcher eines Keramikzylinders 15 gesteckt. Hierdurch ist eine stabile Befestigung der Kathode hergestellt und ein geometrisch genauer Sitz derselben gewährleistet. Der Keramikzylinder 15 ist vermittels Kittung im Glaskolben 9 gehalten. Bei der Auswahl des Kittes muß der Dampfdruck desselben berücksichtigt werden, damit durch die Kittung keine Vakuum-Verschlechterung auftreten kann. Glaskitte für diesen Verwendungszweck sind bekannt.The plate-shaped metal piece 10 and the hollow axis? can also be cast in one piece or otherwise manufactured. 12 is the cathode holder with built-in cathode. The supply line and Fastening takes place via an angled socket 13 (Fig. 2). To ensure a defined position of the cathode In order to be able to do this, the cathode holder is secured by means of pegs or rods 14 during assembly inserted into holes of a ceramic cylinder 15. This creates a stable attachment of the cathode and ensures a geometrically precise fit of the same. The ceramic cylinder 15 is mediated Putty held in the glass bulb 9. When choosing the putty, the vapor pressure of the same must be taken into account so that no vacuum deterioration can occur due to the cementing. Glass cement for this one Uses are known.

Die Kühlung der Röhre erfolgt zweckmäßig vermittels einer durchströmenden Flüssigkeit, z. B. Öl. Die eingezeichneten Pfeile geben die Durchflußrichtung an. Die Durchflußrichtung kann aber auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Wenn erforderlich, können die Hohlachse 7 und das tellerförmige Metallstück 10 auf ihrer Außenseite, also an der Seite, an welcher die Kühlflüssigkeit vorbeiströmt, zwecks Oberflächenvergrößerung aufgerauht werden.The cooling of the tube is expediently carried out by means of a liquid flowing through, e.g. B. Oil. the The arrows shown indicate the direction of flow. The direction of flow can, however, also be reversed Direction. If necessary, the hollow shaft 7 and the plate-shaped piece of metal 10 can their outside, i.e. on the side on which the cooling liquid flows past, for the purpose of increasing the surface area be roughened.

Mit einer Drehanodenröntgenröhre vorliegender Erfindung wird eine ausgezeichnete Wärmeabführung aus dem Röhreninnern erreicht. Die Energie der Kathodenstrahlen kann deshalb wesentlich gesteigert werden, und die Ronttgenstralilenenergie ist damit erheblich größer. Da weiterhin eine äußerst günstige und intensive Kühlung des Drehsystems erfolgt, kann bei der vorliegend beschriebenen Konstruktion mit einer wesentlich höheren Lebensdauer bei besonders guten Laufeigenschaften gerechnet werden.A rotary anode X-ray tube of the present invention provides excellent heat dissipation reached from inside the tube. The energy of the cathode rays can therefore be increased significantly and the X-ray beam energy is therefore considerable greater. Since an extremely favorable and intensive cooling of the rotating system also takes place, can in the case of the construction described here with a significantly longer service life at especially good running properties can be expected.

Unter Umständen kann diese Röhre auf Grund dieser neuen Konstruktion, wodurch eine gute WärmeUnder certain circumstances, this tube can be due to this new construction, creating a good heat

abführung gegeben ist, als Zweistrahlröhre verwendet werden in der Form oder ähnlich, wie es gestrichelt angedeutet ist.discharge is given, can be used as a twin-beam tube in the form or similar to how it is dashed is indicated.

Claims

Patent claims:

1. Rotary anode X-ray tube with radiation cooling of the rotary anode, characterized in that opposite the rotating anode plate, a large-area heat sink is arranged at a very small distance is, which at the same time forms part of the vessel wall of the X-ray tube, and means are provided are in such a way that both the surface of the heat sink and the from the anode plate to the connecting piece between anode and rotor and to the ball bearings arriving heat can be dissipated.

2. Rotary anode X-ray tube according to claim 1, characterized in that the cooling surface with is connected to a hollow axis made of a material that conducts heat well, on which the The rotating system's ball bearings are located.

3. Rotary anode X-ray tube according to claims 1 and 2, characterized in that the The hollow axis serves as a cooling path for a cooling medium, which is arranged concentrically to the tube piston, which first flows in direct contact with the cooling surface of the heat sink and then Cools the components of the turning system via the hollow axle.

4. Rotary anode X-ray tube according to claim 1 to 3, characterized in that the heat flow is throttled from the anode to the rotating system by a poorly thermally conductive material.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,350,642, 2,597,498;
Journal of Applied Physics, Vol. VII, 1955, no. 8, p. 387.

1 sheet of drawings