DE10064786A1 - Röntgenröhren-Dampfkammertarget - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen, die ein Gehäuse (22), einen Anodenaufbau, der im Gehäuse (22) angeordnet ist und eine Targetfläche umfasst, einen Kathodenaufbau, der in das Gehäuse (22) mit einem Abstand vom Anodenaufbau eingebaut ist, und einen Targetkörper aufweist, der sich von der Targetfläche des Anodenaufbaus aus erstreckt. Der Katodenaufbau umfasst eine Elektronen emittierende Elektronenemissionseinrichtung. Die Elektronen treffen auf die Targetfläche des Anodenaufbaus und erzeugen Röntgenstrahlen. Der Targetkörper weist einen Hohlraum auf, der ein Arbeitsfluid enthält und dazu ausgelegt ist, thermische Energie von der Targetfläche wegzutransportieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Abbildungs­ systeme. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Röntgenröh­ renanode mit verbesserter thermischer Leistungsfähigkeit.

Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Röntgenröhren und Elektronenstrahlschweißgeräte, werden in einer Hochtemperaturumgebung betrieben. Bei einer Röntgenröhre legt zum Beispiel der durch die Kathode erzeugte Primärelektronen­ strahl eine sehr große Wärmebelastung auf das Anodentarget bis zu dem Maße ab, dass das Target bei Betrieb rotwarm glüht. Üblicherweise wird weniger als 1% der Primärelektronenstrahl­ energie in Röntgenstrahlen umgewandelt, während der Rest in thermische Energie umgewandelt wird. Diese thermische Energie wird vom heißen Target zu anderen Komponenten innerhalb des Vakuumbehälters der Röntgenröhre abgestrahlt, und sie wird durch eine über die äußere Fläche des Vakuumbehälters zirkulierende Kühlflüssigkeit vom Vakuumbehälter entfernt. Zusätzlich streuen einige der Elektronen vom Target zurück und prallen auf andere Komponenten innerhalb des Vakuumbehälters, wodurch die Röntgen­ röhre zusätzlich erhitzt wird. Infolge der durch diese thermi­ sche Energie hervorgerufenen hohen Temperaturen sind die Rönt­ genröhrenkomponenten hohen thermischen Beanspruchungen unterwor­ fen, die beim Betrieb und für die Zuverlässigkeit der Röntgen­ röhre problematisch sind.

Üblicherweise weist eine Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung, auf die als Röntgenröhre Bezug genommen wird, innerhalb eines zylindrischen Vakuumbehälters eingeschlossene gegenüberliegende Elektroden auf. Der Vakuumbehälter ist üblicherweise aus Glas oder Metall, wie zum Beispiel einem rostfreien Stahl, Kupfer oder einer Kupferlegierung, angefertigt. Wie oben erwähnt ist, weisen die Elektroden einen Kathodenaufbau auf, der in einigem Abstand von der Targetspur des sich drehenden scheibenförmigen Anodenaufbaus positioniert ist. Wahlweise kann die Anode, wie zum Beispiel in industriellen Anwendungen, auch stationär sein.

Die Targetspur oder Auftreffzone der Anode ist im allgemeinen aus einem Refraktärmetall mit einer hohen Kernladungszahl, wie zum Beispiel Wolfram oder einer Wolframlegierung, angefertigt. Typischerweise wird eine Spannungsdifferenz von 60 kV bis 140 kV zwischen dem Kathoden- und Anodenaufbau aufrechterhalten, um die Elektronen zu beschleunigen. Die heißen Kathodenfilamente emittieren thermische Elektronen, die durch die Potentialdiffe­ renz beschleunigt werden und mit einer hohen Geschwindigkeit auf die Targetzone der Anode auftreffen. Ein geringer Anteil der kinetischen Energie der Elektronen wird in hochenergetische, elektromagnetische Strahlung oder Röntgenstrahlen umgewandelt, während der Rest in rückgestreuten Elektronen enthalten ist oder in Wärme umgewandelt wird. Die Röntgenstrahlen werden in alle Richtungen emittiert, gehen von dem Brennpunkt aus und können aus dem Vakuumbehälter geleitet werden.

Bei einer Röntgenröhre mit einem metallischen Vakuumbehälter ist zum Beispiel ein röntgenstrahldurchlässiges Fenster in dem metallischen Vakuumbehälter eingebaut, um ein Verlassen des Röntgenstrahls an einer gewünschten Stelle zuzulassen. Nach dem Verlassen des Vakuumbehälters werden die Röntgenstrahlen so gelenkt, dass sie ein Objekt, wie zum Beispiel menschliche anatomische Teile für medizinische Untersuchung oder Diagnose­ vorgänge, durchdringen. Die durch das Objekt hindurchgeleiteten Röntgenstrahlen werden durch eine Erfassungseinrichtung aufge­ fangen, und es wird ein Bild der inneren Anatomie ausgebildet. Weiterhin können industrielle Röntgenröhren, z. B. zur Inspizie­ rung metallischer Teile nach Rissen oder zur Inspizierung des Inhalts von Gepäck an Flughäfen, verwendet werden.

Weil die Erzeugung von Röntgenstrahlen in einer Röntgenröhre von Natur aus ein sehr ineffizienter Prozess ist, werden die Kompo­ nenten in Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtungen bei erhöhten Temperaturen betrieben. Zum Beispiel kann sich die Temperatur des Anodenbrennpunkts bis zu etwa 2500°C belaufen, während die Temperatur in den anderen Teilen der Anode bis zu etwa 1800°C reichen kann. Zusätzlich müssen die Komponenten der Röntgenröhre dem Hochtemperaturaustrittvorgang der Röntgenröhre bei Tempera­ turen widerstehen können, die für eine relativ lange Dauer ungefähr 450°C erreichen können.

Um die Röntgenröhre zu kühlen, muss die während des Röhrenbe­ triebs erzeugte thermische Energie von der Anode durch den Vakuumbehälter transportiert und durch ein Kühlfluid entfernt werden. Der Vakuumbehälter ist üblicherweise in einem Gehäuse eingeschlossen, das mit zirkulierendem Kühlfluid, wie zum Beispiel einem dielektrischen Öl, gefüllt ist. Das Gehäuse stützt und schützt die Röntgenröhre und ist zur Befestigung an einem Computertomografie(CT)-System mit einer Montagebrücke oder einen anderen Aufbau versehen. Außerdem ist das Gehäuse mit Blei ausgekleidet, um eine Streustrahlungsabschirmung bereitzustel­ len.

Bei herkömmlichen Systemen wird zusätzliche Leistungsfähigkeit aufgrund einer erhöhten Wärmeableitung erreicht, indem der Durchmesser und die Masse des Target vergrößert werden, um den Wärmespeicher und die Strahlungsoberfläche des Target zu vergrö­ ßern. Eine Vergrößerung des Durchmessers und der Masse des Target ist jedoch aus den folgenden Gründen nicht leicht zu erreichen: (1) Die Vergrößerung des Targetdurchmessers ist aufgrund von Raumbeschränkungen bei dem Abtastsystem begrenzt. Raumbeschränkungen treffen insbesondere aufgrund des Wunsches nach einer guten Verdrehbarkeit der Röntgensysteme zu. (2) Ein schnelleres Abtasten mit der CT-Montagebrücke erhöht die mecha­ nischen Belastungen auf die gesamte Röntgenröhre. Folglich erfordert ein schnelleres Abtasten tendenziell, die Masse des Targets zu senken, was im Widerspruch zur thermischen Leistungs­ fähigkeit der Röntgenröhre steht. (3) Ein Verdicken des Target ergibt einen geringen Nutzen für Hochleistungsabtastungen, da nur eine begrenzte Menge an Zeit verfügbar ist, um die Wärme von der Targetspur (d. h. dem Bereich, an dem der Elektronenstrahl das Target trifft) zu anderen Bereichen des Target zu leiten. Somit kann die Wärmeenergie bis zum Ende des Abtastens nicht einmal die Rückseite des Target erreichen. Daher bringt das Hinzufügen zusätzlicher Masse an die Rückseite des Targets hinsichtlich der thermischen Leistungsfähigkeit geringen bis keinen Nutzen.

Somit besteht der Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zur Wärmeableitung von der Röntgenröhrenanode. Außerdem besteht der Bedarf nach einer Röntgenröhre, die für eine deutlich verbesser­ te Wärmeableitung an der Spur und für das gesamte Target sorgt, was längere und leistungsstärkere Röntgenstrahlabtastvorgänge ermöglicht. Eine derartige Röntgenröhre würde vorteilhafterweise mit niedrigerer Spurtemperatur betrieben werden. Darüber hinaus besteht der Bedarf nach einer Röntgenröhre, die Targets mit einer geringeren Masse und kleineren Abmessungen für eine gegebene Nennleistung bereitstellt, wodurch bei CT-Systemen eine höhere Montagebrückengeschwindigkeit oder bei Röntgensystemen eine bessere Verdrehbarkeit ermöglicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen, die einen Anodenaufbau und einen Kathodenaufbau umfasst. Die Röntgenröhre umfasst ein Gehäuse, einen Anodenaufbau, der im Gehäuse angeord­ net ist und eine Targetfläche umfasst, einen Kathodenaufbau, der in das Gehäuse in einem Abstand vom Anodenaufbau eingebaut ist, und einen Targetkörper, der sich von der Targetfläche des Anodenaufbaus aus erstreckt. Der Kathodenaufbau umfasst eine Elektronenemissionseinrichtung, die Elektronen emittiert. Die Elektronen treffen auf die Targetfläche oder die Spur des Anodenaufbaus und erzeugen Röntgenstrahlen. Der Targetkörper weist einen Hohlraum auf, der ein Arbeitsfluid enthält, und ist dazu ausgelegt, thermische Energie von der Targetfläche oder Spur wegzutransportieren. Vorteilhafterweise kann die Röntgenröhre ein Target mit großer Fläche umfassen, um thermische Energie zu einer gekühlten Fläche zu strahlen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen mit einer durch effiziente Wärmeableitung verbesserten Leistungsfähigkeit. Die Röntgenröhre umfasst eine Elektronenquelle, die Elektronen emittiert, die auf die Spur aufschlagen, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, und Mittel zum Abtransport thermischer Energie von der Spur.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ableiten von Wärme von der mit Elektronen beschossenen Anode in einer Röntgenröhre während des Betriebs der Röntgenröhre. Das Verfahren umfasst ein Drehen der Target­ fläche, um die Wärme von der Auftreffstelle der Elektronen auf der Targetfläche zu verteilen, und ein Abtransportieren von Wärme von der Targetfläche, indem ein Targetkörper mit einem Hohlraum verwendet wird, der dazu ausgelegt ist, thermische Energie von der Targetfläche wegzutransportieren.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Montage einer Röntgenröhre mit einem Röntgen­ röhrengehäuse, einem Anodenaufbau, einem Kathodenaufbau und einem Targetkörper. Dieses Verfahren umfasst ein Zuweisen eines Platzes für das Röntgenröhrengehäuse, ein Ausrichten eines Anodenaufbaus und eines Kathodenaufbaus im Gehäuse, und ein Befestigen eines Targetkörpers am Anodenaufbau. Der Targetkörper weist einen Hohlraum auf, der ein Arbeitsfluid enthält, um von Wärmeenergie von der Anode wegzutransportieren.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses, das eine erfindungsgemäße Röntgenröhre aufweist;

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht mit auseinandergezo­ genem Stator, um einen Abschnitt eines Anodenaufbaus der Rönt­ genröhre von Fig. 1 aufzuzeigen;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Anodenaufbaus der Röntgenröhre von Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausfüh­ rungsbeispiels eines Target des Anodenaufbaus der Röntgenröhre von Fig. 1;

Fig. 5 eine teilweise Schnittansicht des Target des Anodenauf­ baus von Fig. 4;

Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht eines dritten Ausführungs­ beispiels des Target des Anodenaufbaus von Fig. 4;

Fig. 7 eine teilweise Schnittansicht eines vierten Ausführungs­ beispiels des Target des Anodenaufbaus von Fig. 4;

Fig. 8 eine teilweise Schnittansicht eines fünften Ausführungs­ beispiels des Target des Anodenaufbaus von Fig. 4;

Fig. 9 eine auseinandergezogene Ansicht, wobei die Röntgenröhre von Fig. 1 teilweise herausgeschnitten ist.

Fig. 1 stellt eine Gehäuseeinheit 10 für eine Röntgenstrahler­ zeugungsvorrichtung oder einen Röntgenröhreneinsatz 12 dar. Die Gehäuseeinheit umfasst ein Anodenende 14, ein Kathodenende 16 und einen Mittelabschnitt 18, der zwischen dem Anodenende 14 und dem Kathodenende 16 positioniert ist. Die Röntgenstrahlerzeu­ gungsvorrichtung 12 ist in einer fluidgefüllten Kammer 20 innerhalb eines Gehäuses 22 eingeschlossen.

Die fluidgefüllte Kammer 20 ist im Allgemeinen mit einem Fluid 24, wie zum Beispiel einem dielektrischen Öl, gefüllt, das durch die gesamte Gehäuseeinheit 10 zirkuliert, um die Röntgen­ strahlerzeugungsvorrichtung 12 zu kühlen. Das Fluid 24 in der fluidgefüllten Kammer 20 wird durch einen auf einer Seite des Mittelabschnitts 18 positionierten Radiator 26 gekühlt. Das Fluid 24 wird mittels einer Pumpe 31 durch die gesamte fluidge­ füllte Kammer 20 und den Radiator 26 bewegt. Vorzugsweise ist ein Paar Ventilatoren 28 und 30 an den Radiator 26 gekoppelt, um für einen kühlenden Luftstrom über den Radiator 26 zu sorgen, wenn heißes Fluid durch den Radiator 26 strömt.

Elektrische Verbindungen mit dem Röntgenröhreneinsatz 12 erfol­ gen durch eine Anodenaufnahme 32 und eine Kathodenaufnahme 34. Von der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung 12 emittierte Rönt­ genstrahlen treten auf einer Seite des Mittelabschnitts 18 durch ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster 36 im Gehäuse 22.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst die Röntgenstrahlerzeugungs­ vorrichtung 12 einen Target-Anodenaufbau 40 und einen Kathoden­ aufbau 42, die in einem Vakuum innerhalb eines Behälters 44 angeordnet sind. Ein Stator 46 ist über dem Behälter 44 an den Target-Anodenaufbau 40 angrenzend positioniert. Bei der Erregung des den Target-Anodenaufbau 40 und Kathodenaufbau 42 verbinden­ den elektrischen Kreises, der eine Potentialdifferenz von zum Beispiel 60 bis 140 kV erzeugt, werden Elektronen vom Kathoden­ aufbau 42 zum Target-Anodenaufbau 40 gelenkt. Die Elektronen treffen auf den Target-Anodenaufbau 40 und erzeugen hochfrequen­ te elektromagnetische Wellen oder Röntgenstrahlen sowie Rest­ energie. Die Restenergie wird von den Komponenten innerhalb der Röntgenstrahlerzeugungsvorrichtung 12 als Wärme absorbiert. Die Röntgenstrahlen werden durch das Fenster 36, das das Lenken der Röntgenstrahlen zum abgebildeten Objekt (z. B. dem Patienten) unterstützt, aus dem Gehäuse 22 gelenkt.

Fig. 3 stellt eine Schnittansicht des Target-Anodenaufbaus 40 dar. Der Target-Anodenaufbau 40 umfasst ein Target 60, einen Rahmen 62, Rippen 86 und eine Kühlkammer 68. Das Target 60 ist eine aus einem dichten Werkstoff gefertigte metallische Scheibe. Das Target 60 ist vorzugsweise aus Wolfram oder einer Wolframle­ gierung gefertigt. Das Target 60 umfasst eine Spur 66, die eine Fläche bereitstellt, auf die Elektroden vom Kathodenaufbau 42 auftreffen. Der Rahmen 62 ist ein starres Gehäuse, das das Target 60 umgibt.

Bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen durch die Röntgenstrahler­ zeugungsvorrichtung 12 wird ein Elektronenstrahl auf die Spur 66 des Röntgenröhren-Target 60 beschleunigt. Der Elektronenbeschuss legt große Wärmemengen auf den Bereich der Spur 66 des Target 60 ab. Die Wärme wird dann zum äußeren Randbereich des Target 60 verteilt. Wenn die Wärme in Kontakt mit einer Dampfkammer 64 kommt, bewirkt die Wärme, dass das Arbeitsfluid 87 in der Dampfkammer 64 zu Dämpfen 88 verdampft. Ein Verdampferbereich 80 ist eine Stelle mit im Vergleich höherem Dampfdruck, die veran­ lasst, dass sich die Dämpfe 88 zu Kondensorbereichen 82 bewegen, in denen der Druck im Vergleich niedriger ist.

Das Target 60 und die Rippen 86 legen die Dampfkammer 64 fest. Die Dampfkammer 64 ist ein ein Arbeitsfluid 87 enthaltender Hohlraum mit ringförmiger Höhlung innerhalb des Target- Anodenaufbaus 40. Das Arbeitsfluid 87 der Dampfkammer 64 ist vorzugsweise Natrium oder Lithium. Wahlweise ist das Arbeits­ fluid 87 Kalium, Wasser oder ein anderes Fluid. Der Hauptaufbau der Dampfkammer 64 ist aus einem Material gefertigt, das mit dem Arbeitsfluid 87 verträglich ist. Wenn zum Beispiel Natrium oder Lithium als Arbeitsfluid 87 verwendet wird, wird für die Dampf­ kammerwände vorzugsweise Wolfram, Molybdän oder eine ihrer Legierungen verwendet.

Die Dampfkammer 64 transportiert Wärme durch Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit 87 im Verdampferbereich 80 nahe der Spur 66 und verflüssigt das verdampfte Fluid in den der Spur 66 ferneren Kondensorbereichen 82. Die Wände der Dampfkammer 64 verjüngen sich vom Verdampferbereich 80 zu den Kondensorbereichen 82 hin. Während sich das Target 60 dreht, unterstützt der sich verjün­ gende Aufbau das Zentrifugieren des Arbeitsfluids 87 zurück zum Verdampferbereich 80 (d. h. zum Bereich nahe der Spur 66). Zusätzlich kann die Innenfläche der Dampfkammer 64 einen Flecht­ aufbau aufweisen, der die Oberfläche der Dampfkammer 64 und folglich das Verdampfungs- und Kondensiervermögen des Arbeits­ fluids 87 vergrößert. Das große Volumen der Dampfkammer 64 bietet dem Dampffluss einen relativ geringen Widerstand. Folg­ lich hat die Dampfkammer 64 einen relativ gleichmäßigen Druck, und das Verdampfen und Kondensieren findet bei nahezu der selben Temperatur statt. Somit ist die gesamte Dampfkammer im Wesentli­ chen isotherm.

In den Kondensorbereichen 82 des Target 60 kondensieren die Dämpfe 88 des Arbeitsfluids 87, weil die Wände geringfügig kühler sind. Während des Kondensierungsprozesses wird Wärme zu den Wänden der Dampfkammer 64 abgegeben, und die Wärme anschlie­ ßend zu den Wänden des Rahmens 62 abgestrahlt. Der Kondensie­ rungsprozess führt zu einem relativ niedrigen Dampfdruck in den Kondensorbereichen 82. Aufgrund des Druckgradienten in der Dampfkammer 64 strömt das verdampfte Fluid (d. h. die Dämpfe 88) zu den Kondensorbereichen 82 der Rippen 86.

Folglich wird Wärme effektiv vom Spurbereich des Target 60 zu den geringfügig kühleren Kondensorbereichen 82 transportiert. Das kondensierte Fluid wird dann zum der Spur 66 näheren Ver­ dampferbereich 80 zurücktransportiert. Der Fluidtransport zum Verdampferbereich 80 wird durch das Drehen des Target 60 während des Betriebs unterstützt.

Die Tatsache, dass das Verdampfen und Kondensieren bei ungefähr derselben Temperatur erfolgt, bewirkt, dass die Dampfkammer 64 isotherm ist. Somit kann durch den in der Dampfkammer 64 stattfindenden Prozess die Wärme schnell und mit minimalen thermischen Gradienten in den Wänden der Dampfkammer 64 vom geheizten Bereich des Target 60 zu den Kondesorbereichen 82 transportiert werden. Dies führt zu niedrigeren Temperaturen der Spur 66, weil Wärmespeicher der übrigen Anode effizienter genutzt werden.

Die Rippen 86 stellen Material zur Verfügung, das die Kondensor­ bereiche 82 umgibt, um das Kondensieren der Dämpfe 88 zu unter­ stützen. Die Rippen 86 können wie benötigt verlängert werden, damit sich das gewünschte Wärmeableitungsvermögen ergibt. Falls nötig, kann zu dem Target 60 Masse hinzugefügt werden, um, wenn bei vorübergehenden Röntgenstrahlungsspitzen hoher Leistung, die die durchschnittliche Nennleistung der Dampfkammer 64 über­ schreitet, unterstützend zu wirken. Die zusätzliche Masse speichert die Wärmeenergie vorübergehend, um sie später abzulei­ ten.

Die durch die Außenfläche der Dampfkammerwände abgestrahlte Wärme wird durch den Rahmen 62 gesammelt. Der Rahmen 62 umfasst Wände, die sich bei den Kondensorbereichen 82 eng an die Dampf­ kammer 64 anpassen. Die Vakuumseite von sowohl dem Target 60 als auch dem Rahmen 62 (d. h. die der Dampfkammer 64 gegenüberliegen­ de Seite) kann abgewandelt werden, um das thermische Emissions­ vermögen der Flächen zu verbessern. Der Rahmen 62 wird in der Kühlkammer 68 durch eine Flüssigkeit gekühlt, die entweder auf Wasser oder Öl basiert oder ein spezielles Thermofluid ist. Um das Wärmetransportvermögen an der Rahmen-/Kühlmittelübergangs­ fläche zu verbessern, wechseln sich die sich erstreckenden Flächen im Aufbau ab, um Kühlmitteldurchmischung zu verbessern und die beim Konvektionsprozess verwendete Oberfläche zu vergrö­ ßern. Das Kühlmittel wird durch die Wände des Rahmens 62 ge­ drückt, wobei es durch einen Kühlmitteleinlass 70 eintritt und durch einen Kühlmittelauslass 72 austritt.

Vorteilhafterweise sorgt die Dampfkammer 64 für eine in hohem Maße verbesserte Wärmeableitung am Target 60 bereit, was längere und leistungsstärkere Röntgenabtastvorgänge ermöglicht. Ferner sorgt die Dampfkammer 64 für niedrigere Targettemperaturen. Außerdem weist die Dampfkammer 64 für eine gegebene Nennleistung eine geringere Masse und kleinere Targets auf, was bei CT- Systemen höhere Montagebrückengeschwindigkeiten oder bei Rönt­ genstrahlsystemen eine bessere Verdrehbarkeit ermöglicht.

Nun wird Bezug auf ein in Fig. 4 gezeigtes alternatives Ausfüh­ rungsbeispiel genommen, bei dem das Target 60 eine Verlängerung 63 umfasst, die sich von der Spur 66 parallel zur Drehachse des Target 60 erstreckt. Die Verlängerung 63 sorgt für eine größere Materialmasse, die die Speicherung der Wärme von der Spur 66 unterstützt. Außerdem läßt sich dieses Konzept leichter bei der Fertigung umsetzen. In Fig. 5 bildet eine Dampfkammer 165 einen integralen Teil der Verlängerung 63 und ist teilweise mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Um thermische Energie von der Spur 66 wegzutransportieren, wird die Dampfkammer 165 im Wesentlichen auf die selbe Weise wie die Dampfkammer 64 betrieben (d. h. durch Verdampfen des Arbeitsfluids in einem Verdampferbereich 80 und Kondensieren der resultierenden Dämpfe in einem Kondensorbereich 82).

Die Dampfkammer 165 kann durch verschiedene Verfahren in die Verlängerung 63 integriert werden. In einem Beispielsverfahren ist die Dampfkammer 165 in einem Einschnitt in der Verlängerung 63 gelegen. Der Einschnitt wird durch eine elektrische Entla­ dungsmaschine (EDM) geschaffen. Ein derartiges Verfahren mini­ miert die Anzahl von Lötstellen, die bei der Herstellung erfor­ derlich sind. Bei einem Alternativverfahren wird eine Reihe einzelner Wärmerohre 165 maschinell in die Verlängerung 63 eingearbeitet. Das Wärmerohr 165 wird in der Verlängerung 63 erzeugt, indem durch Bohren oder elektrisches Entladen das Wärmerohrfluid aufnehmende axiale Löcher gefertigt werden. Dieses Alternativverfahren unterstützt den Herstellungsprozess.

Nun wird Bezug auf die Fig. 6 und 7 genommen, die alternative Ausführungsbeispiele zeigen, in denen Wärmerohre 164 in die Verlängerung 63 hartgelötet sind. Die Verlängerung 63 besteht vorzugsweise aus Graphit und stellt verglichen mit Wolfram und TZM (Titan-Zirkonium-Molybdän-Legierung) bei einer gegebenen Masse einen größeren Wärmespeicher zur Verfügung. Beim in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein langes gewendeltes Wär­ merohr 164 vorgesehen. Bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungs­ beispiel ist eine Vielzahl von Wärmerohren 164 vorgesehen. Für Fachleute dürfte ersichtlich sein, dass für solche Wärmerohre verschiedene Aufbaumöglichkeiten bestehen.

Fig. 9 stellt einen Abschnitt 11 eines nicht montierten Röntgen­ röhreneinsatzes 12 dar. Der Abschnitt 11 umfasst einen Target- Anodenaufbau 40, einen Kathodenaufbau 42, einen Vakuumbehälter 44 und einen Stator 46. Die Montage des Röntgenröhreneinsatzes 12 umfasst, dem Vakuumbehälter 44 einen Platz zuzuweisen, den Target-Anodenaufbau 40 und den Kathodenaufbau 42 innerhalb des Vakuumbehälters 44 auszurichten und einen Targetkörper 61 am Anodenaufbau 40 zu befestigen.

Auch wenn die in den Figuren dargestellten und oben beschriebe­ nen Ausführungsbeispiele gegenwärtig bevorzugt werden, dienen, dass diese Ausführungsbeispiele als Beispiele. Andere Ausfüh­ rungsbeispiele können Dampfkammern oder Wärmerohre anderer Abmessungen, Anzahl und Anordnungen umfassen. Die Erfindung ist nicht auf ein spezielles Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern erstreckt sich auf verschiedene Abwandlungen, Kombinationen und Permutationen, sofern sie in den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims (21)

1. Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen mit einem Anodenaufbau und einem Kathodenaufbau, wobei die Röntgenröhre aufweist:
ein Gehäuse (22)
einen Anodenaufbau (40), der im Gehäuse (22) angeordnet ist und eine Targetfläche (60) umfasst;
einen Kathodenaufbau (42), der in das Gehäuse (22) mit einem Abstand vom Anodenaufbau (40) eingebaut ist, wobei der Kathoden­ aufbau (42) eine Elektronen emittierende Elektronenemissionsein­ richtung umfasst, und die Elektronen auf die Targetfläche (60) des Anodenaufbaus (40) treffen und Röntgenstrahlen erzeugen; und
einen Targetkörper (61), der sich von der Targetfläche (60) des Anodenaufbaus (40) aus erstreckt, wobei der Targetkörper einen ein Arbeitsfluid (87) enthaltenden Hohlraum (64) aufweist und dazu ausgelegt ist, thermische Energie von der Targetfläche (60) wegzutransportieren.

2. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei der Hohlraum (64) des Targetkörpers (61) eine ringförmige Gestalt hat.

3. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, weiterhin mit einem in hohem Maße konformen Rahmen (62), der Kühlkanäle (68) umfasst, die nahe einer Außenfläche des Targetkörpers (61) für einen Kühlfluidfluss zu sorgen.

4. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei die Targetfläche (60) dazu ausgelegt ist, sich zu drehen, um eine sich drehende Targetoberfläche zur Verfügung zu stellen, auf die die Elektro­ nen von der Elektronenemissionseinrichtung auftreffen und Röntgenstrahlen erzeugen.

5. Röntgenröhre nach Patentanspruch 4, wobei der Hohlraum (64) des Targetkörpers eine sich verjüngende Gestalt aufweist, wobei die sich verjüngende Gestalt das Arbeitsfluid (87) zu einem Spurbereich des Target hinlenkt, wenn sich der Anodenaufbau (40) dreht.

6. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei der Hohlraum (64) des Targetkörpers eine Vielzahl von Rippen enthält.

7. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, die außerdem ein Wärmerohr (164; 165) aufweist, das sich von der Targetfläche (60) aus erstreckt.

8. Röntgenröhre nach Patentanspruch 7, wobei das Röntgenrohr (164; 165) eine Einheit mit dem Targetkörper bildet.

9. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei der Targetkörper Graphit umfasst.

10. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei der Hohlraum (64) des Targetkörpers (61) Innenwände mit einem kapillarem Flecht­ aufbau umfasst, wobei der kapillare Flechtaufbau für den Trans­ port des Arbeitsfluids (87) von einem Kondensorbereich (82) zu einem Verdampferbereich (80) sorgt.

11. Röntgenröhre nach Patentanspruch 1, wobei das Arbeitsfluid (87) entweder Natrium, Lithium, Wasser oder Kalium ist.

12. Röntgenröhre zum Emittieren von Röntgenstrahlen mit durch effiziente Wärmeableitung erhöhter Leistungsfähigkeit, wobei die Röntgenröhre aufweist:
eine Elektronenquelle (42), die Elektronen emittiert;
eine Röntgenstrahlenquelle (40), die den Elektronen von der Elektronenquelle (42) auf der Targetfläche (60) eine Spur (66) zur Verfügung stellt, um darauf aufzutreffen und Röntgenstrahlen zu erzeugen; und
Mittel zum Abtransport thermischer Energie von der Spur (66).

13. Röntgenröhre nach Patentanspruch 12, wobei die Mittel zum Abtransport thermischer Energie von der Spur (66) ein Arbeits­ fluid (87) umfassen, das durch Verdampfung thermische Energie aufnimmt.

14. Röntgenröhre nach Patentanspruch 12, wobei die Mittel zum Abtransport thermischer Energie von der Spur (66) mit der Röntgenstrahlenquelle (40) ist, die den Elektronen die Spur (66) auf der Targetfläche (60) zur Verfügung stellt, eine Einheit bildet.

15. Röntgenröhre nach Patentanspruch 12, wobei die Targetfläche (60) dazu ausgelegt ist, sich zu drehen, um eine sich drehende Spur zur Verfügung zu stellen, auf die die Elektronen von der Elektronenquelle (42) treffen und Röntgenstrahlen erzeugen.

16. Röntgenröhre nach Patentanspruch 12, wobei die Röntgenstrah­ lenquelle (48) nahe dem Mittel zum Abtransport thermischer Energie von der Spur (66) Kühlstrukturen (68) umfasst.

17. Verfahren zum Ableiten von Wärme von einer Anode (40) die in einer Röntgenröhre während des Betriebs der Röntgenröhre mit Elektronen beschossen wird, wobei das Verfahren umfasst:
Drehen einer Targetfläche (60), um die Wärme von der Auftreffstelle der Elektronen auf einer Spur (66) der Targetflä­ che (60) zu verteilen; und
Abtransportieren von Wärme von der Targetfläche (60) unter Verwendung eines Targetkörpers (61) mit einem Hohlraum (64), der dazu ausgelegt ist, thermische Energie von der Targetfläche (60) wegzutransportieren.

18. Verfahren nach Patentanspruch 17, wobei der Schritt des Abtransportierens von Wärme von der Targetfläche (60) weg ein Verdampfen eines Arbeitsfluids (87) in einem Verdampferbereich (80) des Hohlraums (64) und ein Verflüssigen des verdampften Fluids in einem Kondensorbereich (82) des Hohlraums umfasst.

19. Verfahren nach Patentanspruch 18, wobei der Schritt des Abtransportierens von Wärme von der Targetfläche (60) ein Transportieren des kondensierten Arbeitsfluids (87) vom Konden­ sorbereich (82) zum Verdampferbereich (80) umfasst.

20. Verfahren zur Montage einer Röntgenröhre mit einem Vakuumbe­ hälter (44), einem Anodenaufbau (40), einem Kathodenaufbau (42) und einem Targetkörper (61), wobei das Verfahren umfasst:
einem Röntgenröhrenvakuumbehälter (44) einen Platz zuzuwei­ sen;
einen Anodenaufbau (40) und einen Kathodenaufbau (42) im Vakuumbehälter (44) auszurichten; und
einen Targetkörper (61) am Anodenaufbau (40) zu befestigen, wobei der Targetkörper (61) einen Hohlraum (64) aufweist, der ein Arbeitsfluid (87) enthält und dazu ausgelegt ist, dass er thermische Energie vom Anodenaufbau (40) wegzutransportieren.

21. Verfahren nach Patentanspruch 20, mit den Schritten:
die Röntgenröhre (12) in einer zum Versenden geeigneten Verpackung anzuordnen; und
die verpackte Röntgenröhre (12) an einen vorbestimmten Ort zu versenden.