DE1086353B

DE1086353B - Membrane anode tube with a cooling system that consists of several parallel channels

Info

Publication number: DE1086353B
Application number: DEL23779A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Konrad Meyer; Gerhard Hummel; Heinz Ewert; Dipl-Phys Ernst-Guente Hofmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-01-02
Filing date: 1956-01-02
Publication date: 1960-08-04

Description

Um das mittels Röntgenstrahlen zu bestrahlende Gut möglichst nahe an die Röntgenstrahlenquelle, die Anode, zu bringen und somit weniger Energieverluste zu haben, ist es bereits bekannt, die Anode einer Röntgenröhre als Außenanode auszubilden, d. h. als Teil der Wandung in Form eines dünnen Metallbleches, so daß die erzeugten Röntgenstrahlen durch die Anodenscheibe gleich nach außen dringen. Die Energie der auftreffenden Elektronen wird nur zu einem geringen Bruchteil (1% bei 12OkV und Wolframanoden) in Röntgenstrahlenenergie umgewandelt. Die Strahlungsausbeute ist proportional der Elektronenenergie und der chemischen Ordnungszahl Z des Materials der Aufprallfläche. Der Hauptanteil der Elektronenenergie wird dabei in Wärme umgesetzt. Um die Anode hoch belasten zu können, muß die Fläche gut gekühlt werden.In order to get the material to be irradiated by means of X-rays as close as possible to the X-ray source, the To bring anode, and thus to have less energy loss, it is already known to use the anode To design the X-ray tube as an external anode, d. H. as part of the wall in the form of a thin metal sheet, so that the generated X-rays immediately penetrate through the anode disk to the outside. the The energy of the impacting electrons is only a small fraction (1% at 12OkV and Tungsten anodes) converted into X-ray energy. The radiation output is proportional the electron energy and the chemical atomic number Z of the material of the impact surface. The main part the electron energy is converted into heat. In order to be able to load the anode heavily, the surface must be well cooled.

Für den Fall, daß die gesamte Anode gleichmäßig bestrahlt wird, ist es bereits vorgeschlagen worden, in einem bestimmten Abstand vor der Anode eine wasserdichte Wand aus einem leichtatomigen Stoff anzubringen, so daß ein Kühlmittel durch den Zwischenraum strömen kann. Dieser Kühlmittelfluß wird dabei dadurch unterteilt, daß zwischen Anodenmembran und der Außenwand des Kühlkanals Spanten geführt sind. Um keine Absorptionsverluste durch die Spanten zu erleiden, ist weiterhin vorgeschlagen worden, die Kathode derart auszubilden, daß innerhalb jedes Teilfensters die Elektronendichte konstant ist und im Bereich der Spanten ein Zwischenraum geringerer Elektronendichte vorhanden ist.In the event that the entire anode is irradiated uniformly, it has already been proposed at a certain distance in front of the anode a waterproof wall made of a light atomic material to be attached so that a coolant can flow through the space. This coolant flow becomes thereby subdivided in that frames between the anode membrane and the outer wall of the cooling channel are led. In order not to suffer any absorption losses through the frames, it is also proposed have been to design the cathode in such a way that the electron density is constant within each partial window and in the area of the ribs there is a gap of lower electron density.

Die Erfindung bezieht sich auf derartige Membrananodenröntgenröhren mit einem Kühlsystem, das aus mehreren parallelen Kanälen besteht, durch die das Kühlmittel an der Anode vorbeigeführt wird, wobei die Anodenmembran ein Teil des Kühlsystems ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle derart ausgebildet sind, daß die Flüssigkeitsschicht nach den seitlichen Begrenzungen der Kanäle hin gleichmäßig abnimmt.The invention relates to such membrane anode x-ray tubes with a cooling system consisting of several parallel channels through which the Coolant is guided past the anode, the anode membrane being part of the cooling system, and is characterized in that the channels are designed such that the liquid layer after the lateral boundaries of the channels decreases evenly.

An Hand der Kurven in Fig. 1 seien die Vorteile des erfindungsgemäßen Kühlsystems gegenüber der früher vorgeschlagenen Ausbildung näher erläutert. Die unter dem Winkel φ in ein Raumwinkelelement d φ ausgestrahlte Röntgenstrahlenenergie £ ist beispielsweise durch die Kurve 1 gegeben. Unter Berücksichtigung der Absorption in einer ebenen Anodenmembrane erhält man annähernd die Kurve 2, während man unter zusätzlicher Berücksichtigung einer gleichmäßig dicken Kühlmittelschicht die Kurve 3 erhalten würde. Die endgültige Kurve für dE/άφ liegt bei dieser Kühlerform dann zwischen den Kurven 2 und 3 (im Mittel).Using the curves in FIG. 1, the advantages of the cooling system according to the invention over the previously proposed design will be explained in more detail. The X-ray energy E emitted at the angle φ into a solid angle element d φ is given by curve 1, for example. Taking into account the absorption in a flat anode membrane, curve 2 is approximately obtained, while curve 3 would be obtained with additional consideration of a uniformly thick coolant layer. The final curve for dE / άφ for this type of cooler then lies between curves 2 and 3 (on average).

MembrananodenröntgenröhreMembrane anode x-ray tube

mit einem Kühlsystem,with a cooling system,

das aus mehreren parallelenthat from several parallel

Kanälen bestehtChannels

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G, m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent-Verwaltungs - G, m. B. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Konrad Meyer, Berlin-Charlottenburg,
Gerhard Hummel, Heinz Ewert, Berlin,
und Dipl.-Phys. Ernst-Günter Hofmann,Dr.-Ing. Konrad Meyer, Berlin-Charlottenburg,
Gerhard Hummel, Heinz Ewert, Berlin,
and Dipl.-Phys. Ernst-Günter Hofmann,

Berlin-Wannsee,
sind als Erfinder genannt wordenBerlin-Wannsee,
have been named as inventors

Die Kurve 2 zeigt nun, daß infolge der Absorption in der Anodenmembran der Wert vonCurve 2 now shows that as a result of the absorption in the anode membrane, the value of

dE αφdE αφ

■ 0 für φ ■ ■ 0 for φ ■

geht.goes.

Definiert man einen Grenzwinkel q>Q derart, daß dieIf one defines a critical angle q> Q such that the

Integralintensität zwischen φ~φα ^un<i 9⁵⁼~ö~ klein ist gegen die Gesamtintensität, d. h.Integral intensity between φ ~ φα ^{un <} i 9 ^{5 =} ~ ö ~ is small compared to the total intensity, ie

UiUi tiltil

J (Kurve 2) αφ <g J" (Kurve 2) αφ, J (curve 2) αφ <g J "(curve 2) αφ ,

so liefert die Ausstrahlung in diesem Raumwinkelbereich keinen wesentlichen Beitrag zur Gesamtstrahlung des jeweils betrachteten Flächenelementes der Anodenmembran.so the radiation in this solid angle range does not make any significant contribution to the total radiation of the surface element of the anode membrane under consideration.

Von dieser Erkenntnis ist beim Gegenstand der Erfindung Gebrauch gemacht.Use is made of this knowledge in the subject matter of the invention.

Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Querschnitt des Kühlsystems. Wählt man den Winkel (α) zwischen dem Lot auf der Anodenmembran und der TangenteFig. 2 shows an exemplary cross section of the cooling system. If you choose the angle (α) between the solder on the anode membrane and the tangent

009 569/344009 569/344

des dort im Querschnitt gezeigten Kühlsystems im Berührungspunkt, so daß α=φβ wird, so hat man folgende Vorteile:of the cooling system shown there in cross section at the point of contact, so that α = φβ , one has the following advantages:

1. Es können alle wesentlichen Raumwinkelanteile der Strahlung (mit φ=φβ) nach nur einmaligem Durchgang durch die Außenwandung in den Nutzraum treten.1. All essential solid angle components of the radiation (with φ = φβ) can enter the usable space after only one passage through the outer wall.

2. Die ohnehin durch den schrägen Durchgang stärker geschwächten Strahlenanteile erfahren bei der Membrananodenröntgenröhre nach der Erfindung im Kühlsystem im Mittel eine geringere Schwächung als bei einem Kühlsystem mit parallelen Begrenzungswänden für den Kühlkanal. 2. The radiation components, which are already more weakened by the inclined passage, are experienced by the Membrane anode x-ray tube according to the invention in the cooling system on average has a lower weakening than in the case of a cooling system with parallel boundary walls for the cooling duct.

Die Fig. 3 bis 7 zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung.FIGS. 3 to 7 show exemplary embodiments of the invention in a partially schematic representation.

Nach Fig. 3 ist auf der an der Gefäßwand 1 befestigten Membrananode 2 ein gewellter Körper 3 derart aufgesetzt, daß mehrere rohrförmige Kanäle gebildet werden, durch die das Kühlmittel senkrecht zur Zeichenebene strömt. Nach Fig. 4 ist sowohl die Membrananode 2 als auch der Kühlmittelführungskörper 3 gewellt, während nach Fig. 5 lediglich die Membrananode 2 gewellt ist.According to Fig. 3 is attached to the vessel wall 1 on the Membrane anode 2, a corrugated body 3 placed in such a way that several tubular channels are formed through which the coolant flows perpendicular to the plane of the drawing. According to Fig. 4 is both the Membrane anode 2 and the coolant guide body 3 are corrugated, while according to FIG. 5 only the Membrane anode 2 is corrugated.

Nach Fig. 6 sind die Rohre derart ausgebildet, daß die Kanäle nicht unmittelbar aneinanderliegen, sondem mittels ebener Stege 5 miteinander beispielsweise durch Schweißen verbunden sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Stärke der Stege dicker zu wählen als die Dicke von Membran und äußeren Begrenzungsrand der Kühlkanäle. According to FIG. 6, the tubes are designed in such a way that the channels do not lie directly against one another, but rather are connected to one another by means of flat webs 5, for example by welding. In this case it is it is advantageous to choose the thickness of the webs thicker than the thickness of the membrane and outer boundary edge of the cooling channels.

Diese linsenförmige Ausbildung, wie sie in den Figuren dargestellt ist, hat sich als besonders vorteilhaft ergeben. Der Kühlmittelführungskörper wird vorteilhaft aus einem die Röntgenstrahlen nur wenig absorbierenden dünnen Material, z. B. aus Aluminium, hergestellt. Die Formgebung des Kühlmittelführungskörpers bzw. der Anode hat weiterhin den Vorteil, daß die Membrananode mechanisch stabilisiert wird.This lenticular design, as shown in the figures, has proven to be particularly advantageous result. The coolant guiding body is advantageously made up of only a small amount of the X-rays absorbent thin material, e.g. B. made of aluminum. The shape of the coolant guide body or the anode has the further advantage that the membrane anode is mechanically stabilized.

Um eine möglichst gleichmäßige und wirkungsvolle Kühlung aller Anodenteile zu erhalten, ist es vorteilhaft für das Kühlsystem, das Gegenstromprinzip, wie es in Fig. 7 schematisch dargestellt ist, anzuwenden, d. h., die Kühlkanäle werden abwechselnd in entgegengesetzter Richtung vom Kühlwasser durchflossen.In order to obtain the most uniform and effective cooling of all anode parts possible, it is advantageous for the cooling system, to use the countercurrent principle, as it is shown schematically in Fig. 7, d. This means that the cooling water flows through the cooling channels alternately in opposite directions.

Es ist zweckmäßig, um die Schweißnaht vor thermischer Überlastung zu schützen, nicht die gesamte Anode zu bestrahlen, sondern wie in den Fig. 4 bis 6 eingezeichnet, auf dem Anodenteil jedes Kühlkanals einen Strichbrennfleck 4 zu erzeugen. Um eine gleichmäßige Bestrahlung des Gutes bei dieser Anordnung zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, daß die Energie gleichmäßig auf dem gesamten Strichbrennfleck verteilt ist, während die Energie der einzelnen Strichbrennflecke unter Umständen voneinander abweichen kann. Das Gut muß in diesem Falle selbstverständlich in der Richtung bewegt werden, die im rechten Winkel zur Längserstreckung der Strichbrennflecke liegt. Es ist möglich, die Anode spezifisch so hoch zu belasten, daß die Membran im Gleichgewichtsfall eine Temperatur von 300° C annimmt. Eine Kühlung erfolgt dann nach Art der bekannten Siedekühlung. Es ist dabei dann dringend erforderlich, daß die entstehenden Dampfblasen durch einen hohen Wasserdruck (Turbulenz) möglichst schnell von der Anode entfernt werden (Reynoldssche Zahl größer als 10000). Auf diese Weise ist es möglich, eine Energie von mindestensIt is useful to protect the weld seam from thermal overload, not the entire one To irradiate anode, but as shown in FIGS. 4 to 6, on the anode part of each cooling channel to produce a line focal point 4. To ensure uniform irradiation of the goods with this arrangement However, in order to obtain this, it is necessary that the energy is evenly distributed over the entire line focal point while the energy of the individual line focal points may differ from one another can. In this case, of course, the material must be moved in the direction that is at right angles to the longitudinal extent of the line focal point. It is possible to specifically load the anode so high, that the membrane assumes a temperature of 300 ° C in the case of equilibrium. A cooling takes place then in the manner of the well-known evaporative cooling. It is then urgently necessary that the resulting Steam bubbles can be removed from the anode as quickly as possible by means of high water pressure (turbulence) (Reynolds number greater than 10,000). In this way it is possible to have an energy of at least

0— dauernd abzuführen.0— to be discharged continuously.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Membrane anode x-ray tube with a cooling system consisting of several parallel channels, through which the coolant is led past the anode, the anode membrane is part of the cooling system, characterized in that the channels are designed such that the liquid layer decreases evenly towards the lateral boundaries of the channels.

2. membrane anode X-ray tube according to claim 1, characterized in that the channels due to the wave-shaped design of the outer channel wall, which adjoins each channel on both sides the flat anode rests, are formed (Fig. 3).

3. membrane anode X-ray tube according to claim 1, characterized in that the channels due to the wave-shaped design of the anode on both sides of each channel on the outer flat channel wall rests, are formed (Fig. 5).

4. membrane anode X-ray tube according to claim 1, characterized in that the channels due to the wave-shaped design of the anode and the outer channel wall on both sides of each channel abut one another, are formed (Fig. 4).

5. membrane anode x-ray tube according to claim 1, characterized in that between the channels membrane and outer channel wall form a flat web (Fig. 6), so that the Channels are spaced apart.

6. membrane anode X-ray tube according to claim 5, characterized in that the thickness the webs are larger than the thickness of the membrane and the outer channel wall.

7. membrane anode X-ray tube according to claim 1 to 6, characterized in that the Coolant flows through the channels according to the countercurrent principle.

8. membrane anode X-ray tube according to claim 1 to 7, characterized in that the Cooling takes place according to the principle of the known evaporative cooling.

9. Cooling system for an X-ray tube according to claim 1 to 5, characterized in that a turbulent flow is created by appropriate measurement of the speed of the cooling liquid forms.

10. membrane anode X-ray tube according to claim 1 to 8, characterized in that for a special focal point is provided for each cooling channel.

11. membrane anode X-ray tube according to claim lÖ, characterized in that the focal point is designed as a line focal point and is only on part of the wall of each cooling channel extends.

Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 033 343.

1 sheet of drawings