DE102008032995A1 - X-ray tube, has vacuum housing in which cathode and anode are arranged, where housing has inner wall that partially exhibits inertization, anode partially exhibits inertization and inertization comprises barrier layers - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse, in dem mindestens eine Kathode und eine Anode angeordnet sind.The The invention relates to an X-ray tube with a Vacuum housing, in which at least one cathode and a Anode are arranged.
Bei einer bekannten Röntgenröhre umfasst die Kathode einen thermischen Emitter, vorzugsweise aus Wolfram, Tantal oder Rhenium. Der thermische Emitter wird auf ca. 2.000°C aufgeheizt, wodurch Elektronen thermisch emittiert und durch ein elektrisches Potential von ca. 120 kV auf eine Anode beschleunigt werden. Beim Aufprall der thermisch erzeugten Elektronen auf der Anode entsteht eine zur Bildgebung nutzbare Röntgenstrahlung.at a known x-ray tube comprises the cathode a thermal emitter, preferably of tungsten, tantalum or Rhenium. The thermal emitter is heated to about 2,000 ° C, which emits electrons thermally and by an electric Potential of about 120 kV to be accelerated to an anode. At the Impact of thermally generated electrons on the anode arises an X-ray radiation that can be used for imaging.
Ein
derartiger, als Flachemitter ausgeführter thermischer Emitter
ist beispielsweise in der
Alternativ zu einer Erzeugung von freien Elektronen mittels thermischer Emission können freie Elektronen mittels Feldemission erzeugt werden. Durch Anlegen einer Spannung werden Elektronen aus einem Material mit einer hohen Emissionsstromdichte, wie beispielsweise Carbon-Nano-Tubes (CNT), extrahiert, wobei eine Erhitzung dieses Materials nicht notwendig ist. Die Carbon-Nano-Tubes weisen einen Durchmesser von ca. 10 nm bei einer Länge von einigen μm auf. An der scharfen Spitze kommt es zu Feldstärkeüberhöhungen des elektrischen Feldes, die die Elektronenemission allein durch den Feldeffekt ermöglicht. Die mit einem derartigen Feldemitter erzielbaren Stromdichten liegen mit typischen Werten von kleiner 5 A/cm2 jedoch deutlich unter den Stromdichten eines thermischen Emitters, mit dem Stromdichten bis zu 10 A/cm2 und darüber realisierbar sind.As an alternative to generating free electrons by means of thermal emission, free electrons can be generated by means of field emission. By applying a voltage, electrons are extracted from a material having a high emission current density, such as carbon nanotubes (CNT), wherein heating of this material is not necessary. The carbon nanotubes have a diameter of about 10 nm at a length of several microns. At the sharp tip, there are field strength peaks of the electric field, which enables the electron emission solely by the field effect. However, with typical values of less than 5 A / cm 2 , the current densities which can be achieved with such a field emitter are significantly below the current densities of a thermal emitter, with which current densities of up to 10 A / cm 2 and above can be achieved.
Als
Material für Feldemitter sind prinzipiell alle Materialien
geeignet, die eine Feldemission von Elektronen ermöglichen.
Vorzugsweise besteht der Feldemitter aus einem Nanomaterial auf
Basis von Kohlenstoff, insbesondere aus Carbon-Nano-Tubes (CNT).
Feldemissionskathoden aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind
z. B. in dem Artikel von
Um die für die Elektronenemission hohen Feldstärken von größer 1 V/μm zu erzielen, wird entweder eine hohe Spannung benötigt oder der Abstand zur Anode muss sehr kurz sein. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines Extraktionsgitters (Gate-Elektrode) zwischen dem Feldemitter und der Anode, das auf einem gegenüber der Elektronen-Emissionsschicht positiven Potential liegt. Bei Abständen zwischen ca. 100 μm bis 1 mm lassen sich diese Feldstärken leicht mit handhabbaren Mittelspannungen im Bereich von einigen kV erzeugen. Das Extraktionsgitter besteht aus dünnen Wolfram-Drähten mit einem Drahtdurchmesser von einigen 10 μm und weist einen Gitterabstand von typischerweise 100 bis 200 μm auf.Around the high field strengths for electron emission greater than 1 V / μm will either a high voltage is needed or the distance to the anode must be very short. Another option is the use an extraction grid (gate electrode) between the field emitter and the anode on one opposite the electron emission layer positive potential. At distances between approx. 100 μm up to 1 mm, these field strengths are easy to handle Medium voltages in the range of a few kV generate. The extraction grid consists of thin tungsten wires with a wire diameter of some 10 μm and has a grid spacing of typically 100 to 200 μm.
Eine
Röntgenröhre mit einer Kathode, die einen Feldemitter
und ein Extraktionsgitter umfasst, ist beispielsweise aus der Produktinformation ”Carbon Nano
Tube Based Field Emission X-Ray Tubes” bekannt. Diese Produktinformation
ist über
In
der
Aus
der
Sowohl bei thermisch erzeugten Elektronen (Widerstandsheizung, Laserbestrahlung des Emitters) als auch bei durch Feldemission erzeugten Elektronen treten beim Auftreffen der Elektronen auf der Anode positiv geladene Ionen (Kationen) aus dem Material der Anode aus. Außerdem werden von den vom Emitter erzeugten Elektronen aus dem Anodenmaterial auch Elektronen heraus geschlagen. Gründe für den Austritt von Kationen und Elektronen aus der Anode sind die hohe Temperatur im Brennfleck (ca. 2.600°C) und die hohe kinetische Energie der auf die Anode auftreffenden Elektronen (ca. 120 keV). Die aus der Anode austretenden Kationen werden zu der auf negativem Potenzial liegenden Kathode hin beschleunigt und treffen auf diese auf.Either for thermally generated electrons (resistance heating, laser irradiation the emitter) as well as electron generated by field emission occur positively charged upon impact of the electrons on the anode Ions (cations) from the material of the anode. Furthermore are from the electrons generated by the emitter from the anode material also knocked out electrons. Reasons for The exit of cations and electrons from the anode are the high temperature in the focal spot (about 2,600 ° C) and the high kinetic energy of the electrons striking the anode (approx. 120 keV). The cations leaving the anode become the accelerated and hit at negative potential cathode on top of this.
Beim Auftreffen der Kationen auf die Kathode kann es zu Verunreinigungen und zu unmittelbaren mechanischen Beschädigungen kommen. Die Verunreinigungen können darüber hinaus bei Feldemittern, die beispielsweise aus Carbon-Nano-Tubes gefertigt sind, aufgrund ihrer geometrischen Form und ihrer filigranen Struktur (ca. 10 nm Durchmesser bei einigen um Länge) zu weiteren Beschädigungen führen. Bereits geringe Beschädigungen der Kathode führen zu einer Verschlechterung der Emissionseigenschaften und damit zu einer Verschlechterung der Röntgenstrahlungsintensität. Eine stärkere Beschädigung führt zwangsläufig zu einem Ausfall der Röntgenröhre.At the Impact of the cations on the cathode can cause contamination and come to immediate mechanical damage. The impurities may also contribute Field emitters, for example, made of carbon nanotubes are due to their geometric shape and filigree structure (about 10 nm in diameter at some um length) to further Cause damage. Even minor damage the cathode leads to a deterioration of the emission properties and thus to a deterioration of the X-ray intensity. Greater damage inevitably leads to a failure of the X-ray tube.
Die aus dem Anodenmaterial heraus geschlagenen Elektronen bilden zusammen mit den von der Anode zurück gestreuten Elektronen (Rückstreuelektronen) unerwünschte Sekundärelektronen, die bei einem Beschuss der Wand des Vakuumgehäuses Ionen (Kationen) und Elektronen aus dem Material der Gehäusewand herauslösen. Insbesondere die Kationen führen zu einer Beschädigung der filigranen Struktur des Feldemitters.The Electrons struck out of the anode material form together with the electrons scattered back from the anode (backscattered electrons) unwanted secondary electrons, which at a Shelling the wall of the vacuum housing ions (cations) and Remove electrons from the material of the housing wall. In particular, the cations lead to damage the filigree structure of the field emperor.
Weitere Kationen entstehen bei einer Abdampfung von Material bei einem thermischen Emitter. Diese Kationen vagabundieren ebenfalls im Vakuumgehäuse und schlagen in der Wand des Vaku umgehäuses ein. Ist die kinetische Energie dieser Ionen ausreichend hoch, dann werden dadurch ebenfalls Ionen und Elektronen aus dem Material der Gehäusewand herausgelöst und verunreinigen dadurch das Hochvakuum in der Röntgenröhre.Further Cations are formed by evaporation of material in a thermal Emitter. These cations also stray in a vacuum housing and hit in the wall of the vacuum housing. Is the Kinetic energy of these ions sufficiently high, then become also ions and electrons from the material of the housing wall dissolved out and thereby contaminate the high vacuum in the X-ray tube.
Die Sekundärelektronen (Rückstreuelektronen und herausgeschlagene Elektronen) können sowohl bei thermischen Emittern als auch bei Feldemittern zu einer Verschlechterung der Bildqualität führen, da die Rückstreuelektronen erneut auf die Anode gelangen können. Die Rückstreuelektronen sind unfokussiert und weisen keine definierte kinetische Energie auf. Die Rückstreuelektronen mit niedriger kinetischer Energie führen der Anode lediglich thermische Energie zu, wohingegen die Elektronen mit ausreichend hoher kinetischer Energie eine unerwünschte Extrafokalstrahlung erzeugen können.The Secondary electrons (backscatter electrons and knocked out Electrons) can be used both in thermal emitters as even with field emitters to a deterioration of image quality lead, since the backscattered electrons again the anode can arrive. The backscattered electrons are unfocused and have no defined kinetic energy on. The backscatter electrons with low kinetic Energy only supply thermal energy to the anode, whereas the electrons have sufficiently high kinetic energy can produce unwanted extra focal radiation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenröhre zu schaffen, die über ihre gesamte Lebensdauer eine konstante Röntgenstrahlungsintensität und eine höhere Ausfallsicherheit aufweist.task The present invention is an X-ray tube to create a constant over their lifetime X-ray intensity and a higher Resilience has.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.The Object is achieved by an X-ray tube solved according to claim 1. advantageous Embodiments of the X-ray tube according to the invention are each the subject of further claims.
Die Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem wenigstens eine Kathode und wenigstens eine Anode angeordnet sind, wobei das Vakuumgehäuse an seiner Innenwand zumindest teilweise eine Inertisierung aufweist und/oder die Anode zumindest teilweise eine Inertisierung aufweist.The X-ray tube according to claim 1 comprises a vacuum housing in which at least one cathode and at least one anode are arranged, wherein the vacuum housing at least partially has an inerting on its inner wall and / or the anode has at least partially an inertization.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff ”Inertisierung” eine Umwandlung oder eine Bearbeitung einer Substanz (Stoff, Material) zu einer chemisch inerten Substanz zu verstehen, also die Umwandlung zu einer Substanz, die unter den jeweils gegebenen Bedingungen mit potentiellen Reaktionspartnern nicht oder nur in verschwindend geringem Maße chemisch reagiert. Chemisch inerte Substanzen können aus verschiedenen Chemikalienklassen (chemische Elemente oder chemische Verbindungen) kommen.in the Within the scope of the present invention, the term "inerting" means a Transformation or processing of a substance (material, material) to understand a chemically inert substance, so the conversion to a substance that under the given conditions with potential reactants not or only in vanishingly small Measures chemically reacted. Chemically inert substances can from different chemical classes (chemical elements or chemical compounds) come.
Bei der Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 werden aufgrund der zumindest teilweisen Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses beim Auftreffen der vagabundierenden Sekundärelektronen auf die Innenwand deutlich weniger Kationen und Elektronen aus der Innenwand des Vakuumgehäuses herausgelöst. Gleichzeitig ist mit der erfindungsgemäßen Inertisierung der Innenwand eine wirkungsvolle Diffusionssperre gegen Gase geschaffen. Zu diesen Gasen, die von der Diffusionssperre an einem unerwünschten Eintritt in das Vakuumgehäuse gehindert werden, zählen die aus dem Kühlmedium (umströmt das Vakuumgehäuse) austretenden Restgase, die durch Röntgenstrahlung erzeugten Gase sowie die normale Gasdiffusion in Richtung Vakuumgehäuse.at the X-ray tube according to claim 1 become due to the at least partial inerting of the inner wall the vacuum housing when hitting the vagabond Secondary electrons on the inner wall significantly fewer cations and electrons dissolved out of the inner wall of the vacuum housing. At the same time with the inerting according to the invention the inner wall created an effective diffusion barrier against gases. To These gases, from the diffusion barrier to an undesirable Entry into the vacuum housing are prevented from counting from the cooling medium (flows around the vacuum housing) exiting residual gases generated by X-rays Gases and the normal gas diffusion towards the vacuum housing.
Bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre werden durch die zumindest teilweise Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses Verunreinigungen und unmittelbare mechanische Beschädigungen der Kathode stark reduziert oder sogar nahezu vollständig vermieden, da die Anzahl der umherfliegenden Kationen, die diese Verunreinigungen verursachen, deutlich reduziert ist. Dies ist insbesondere bei Feldemittern von großem Vorteil, die aufgrund ihrer geometrischen Form und ihrer filigranen Struktur durch vagabundierende Kationen besonders leicht beschädigt werden können.at the X-ray tube according to the invention by the at least partial inerting of the inner wall of the vacuum housing Impurities and immediate mechanical damage to the Cathode greatly reduced or even almost completely avoided, because the number of flying cations that these impurities cause it is significantly reduced. This is especially true for field emitters of great advantage, due to their geometric shape and its filigree structure by stray cations especially can be easily damaged.
Auch die Kationen, die bei einer Abdampfung von Material bei einem thermischen Emitter entstehen und die bei ausreichend hoher kinetischer Energie ebenfalls Ionen und Elektronen aus dem Material der Gehäusewand herauslösen, werden durch die zumindest teilweise Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses sehr stark reduziert. Die von diesen Kationen verursachten Verunreinigungen des Hochvakuums in der Röntgenröhre werden somit ebenfalls entsprechend quantitativ reduziert.Also the cations, which in a evaporation of material at a thermal Emitters emerge and those at sufficiently high kinetic energy also ions and electrons from the material of the housing wall are dissolved by the at least partial inertization the inner wall of the vacuum housing is greatly reduced. The impurities of the high vacuum caused by these cations in the X-ray tube are thus also corresponding quantitatively reduced.
Bei der Röntgenröhre nach Anspruch 1 wird durch die zumindest teilweise Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses die Anzahl der Sekundärelektronen, die erneut auf die Anode gelangen können und dort unter ungünstigen Umständen unerwünschte Extrafokalstrahlung erzeugen, deutlich verringert. Dies gilt gleichermaßen für Röntgenröhren mit thermischen Emittern und für Röntgenröhren mit Feldemittern.at The X-ray tube according to claim 1 is characterized by the at least partially inerting the inner wall of the vacuum housing the number of secondary electrons back to the anode can get there and under unfavorable circumstances produce unwanted extra focal radiation, significantly reduced. This applies equally to x-ray tubes thermal emitters and for x-ray tubes with field emitters.
Alternativ oder zusätzlich weist bei der Röntgenröhre nach Anspruch 1 die Anode eine zumindest teilweise Inertisierung auf. Durch diese Inertisierung wird eine Aufrauung, d. h. ein Materialabtrag, der Anode im Bereich ihres Brennflecks bzw. ihrer Brennbahn zuverlässig verringert oder sogar vollständig verhindert.Alternatively or additionally, in the case of the x-ray tube according to claim 1, the anode has an at least partial inertization. By this inertization is a roughening, ie a material removal, the anode in the region of its focal point or their Brenn track reliably reduced or even completely prevented.
Bei der zumindest teilweisen Inertisierung werden die Innenwand des Vakuumgehäuses und/oder die Anode der erfindungsgemäßen Röntgenröhre mit wenigstens einem inerten Bereich versehen. Abhängig vom Umfang der Inertisierung, d. h. abhängig von der Größe und/oder der Anzahl der inerten Bereiche, wird eine Erzeugung von Ionen und eine Entstehung von Verunreinigungen innerhalb des Vakuumgehäuses entsprechend reduziert bzw. vollständig vermieden.at the at least partial inertization of the inner wall of the Vacuum housing and / or the anode of the invention X-ray tube with at least one inert area Mistake. Depending on the extent of inertization, d. H. dependent on the size and / or number of inert Areas, will be a generation of ions and an emergence of Impurities within the vacuum housing accordingly reduced or completely avoided.
In der Regel werden die gesamte Innenwand (vakuumseitige Oberfläche) des Vakuumgehäuses und/oder die gesamte Anode inertisiert. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es jedoch auch möglich, beispielsweise nur die durch Sekundärelektronen besonders gefährdeten Bereiche zu inertisieren. Zu den besonders gefährdeten Bereichen zählen die Innenoberflächen des Vakuumgehäuses im Bereich der Anode, da hier durch die von der Kathode emittierten Elektronen Kationen und Elektronen aus dem Anodenmaterial heraus geschlagen werden können und da in diesem Bereich die von der Anode zurück gestreuten Elektronen noch eine hohe kinetische Energie aufweisen.In usually the entire inner wall (vacuum-side surface) the vacuum housing and / or the entire anode rendered inert. However, it is also for certain applications possible, for example only by secondary electrons inert areas are to be rendered inert. To the particular endangered areas include the interior surfaces of the vacuum housing in the region of the anode, since here by the electrons emitted by the cathode are cations and electrons can be beaten out of the anode material out and because in this area those scattered back from the anode Electrons still have a high kinetic energy.
Gemäß mehreren bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Inertisierung eine Barriereschicht. Bei einer Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses ist die Barriereschicht in vorteilhafter Weise auf der Oberfläche der Innenwand angeordnet. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die Barriereschicht unterhalb der Oberfläche der Innenwand anzuordnen. Gleiches gilt für die Inertisierung der Anode. In den meisten Fällen ist es vorteilhafter, die Barriereschicht auf der Oberfläche der Anode anzuordnen. In besonderen Fällen kann jedoch auch eine unterhalb der Oberfläche der Anode angeordnete Barriereschicht zweckmäßig sein.According to several In preferred embodiments, the inertization comprises a barrier layer. In an inerting of the inner wall of the vacuum housing the barrier layer is advantageously on the surface the inner wall arranged. In principle, however, it is also possible to arrange the barrier layer below the surface of the inner wall. The same applies to the inerting of the anode. In most Cases it is more advantageous to use the barrier layer on the Surface of the anode to arrange. In special cases however, one may also be below the surface of the anode arranged barrier layer be appropriate.
Ist die Barriereschicht auf der Oberfläche der Innenwand des Vakuumgehäuses bzw. auf der Oberfläche der Anode angeordnet, dann kann dies z. B. auf prozesstechnisch sichere und zuverlässige Weise durch eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD – Physical Vapour Deposition), durch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD – Chemical Vapour Deposition) oder durch eine laserinduzierte Verdampfungs-Abscheidung erfolgen.is the barrier layer on the surface of the inner wall of the Vacuum housing or on the surface of the anode arranged, then this z. B. on process engineering safe and reliable way by a physical vapor deposition (PVD - Physical Vapor Deposition), by a chemical vapor deposition (CVD - Chemical Vapor Deposition) or by a laser-induced evaporation deposition respectively.
Soll die Barriereschicht unterhalb der Oberfläche der Innenwand des Vakuumgehäuses bzw. unterhalb der Oberfläche der Anode angeordnet sein, dann kann dies beispielsweise durch einen Sandwich-Aufbau der Innenwand bzw. der Anode realisiert werden, in dem die Barriereschicht eingebettet ist.Should the barrier layer below the surface of the inner wall the vacuum housing or below the surface the anode can be arranged, this can for example by a Sandwich construction of the inner wall or the anode can be realized in which the barrier layer is embedded.
Für Barriereschichten, die auf der Oberfläche der Innenwand des Vakuumgehäuses angeordnet sind, eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften folgende Materialien oder eine Kombination dieser Materialien besonders gut:
- – Chromnitrid (CrN, Cr2N, Schmelzpunkt ca. 1.050°C bzw. ca. 1.800°C),
- – Titannitrid (TiN, Schmelzpunkt ca. 3.290°C),
- – Titanaluminiumnitrid (TiAlN, Schmelzpunkt in Schichtform nicht ermittelbar),
- – Titancarbonitrid (TiCN, Schmelzpunkt ca. 1.600°C)
- – Zirconiumnitrid (ZrN, Schmelzpunkt ca. 2.980°C).
- Chromium nitride (CrN, Cr 2 N, melting point approx. 1,050 ° C. or approx. 1,800 ° C.),
- Titanium nitride (TiN, melting point about 3,290 ° C),
- Titanium aluminum nitride (TiAlN, melting point in layer form not determinable),
- Titanium carbonitride (TiCN, melting point approx. 1,600 ° C)
- - Zirconium nitride (ZrN, melting point approx. 2,980 ° C).
So ist Chromnitrid beispielsweise bis ca. 1000°C hochvakuumstabil und chemisch inert.So For example, chromium nitride is highly vacuum-stable up to about 1000 ° C and chemically inert.
Wegen der extrem hohen Bindungsenergie zwischen den Atomen sind die vorgenannten Nitride nicht nur chemisch inert sondern auch sehr hart. Bei einem Beschuss durch Sekundärelektronen geben diese Materialien somit deutlich weniger Elektronen und Kationen ab als konventionelle Materialien für das Vakuumgehäuse (z. B. Stahl). Weiterhin wirken die vorgenannten Nitride als Diffusionssperre gegen den Austritt von Restgasen aus dem Kühlmedium und gegen den Durchtritt der normalen Gasdiffusion.Because of The extremely high binding energy between the atoms are the aforementioned Nitrides not only chemically inert but also very hard. At a Shelling by secondary electrons give these materials thus significantly fewer electrons and cations than conventional ones Materials for the vacuum housing (eg steel). Furthermore, the aforementioned nitrides act as a diffusion barrier against the Outlet of residual gases from the cooling medium and against the Passage of normal gas diffusion.
Bei einer Inertisierung der Anode besteht die auf der Oberfläche der Anode angeordnete Barriereschicht gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem Material, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Material der Anode, d. h. einen Schmelzpunkt von mehr 3.400°C.at an inerting of the anode is the on the surface the anode arranged barrier layer according to a advantageous embodiment of a material that has a higher Melting point than the material of the anode, d. H. a melting point from more than 3,400 ° C.
Folgende Materialien oder eine Kombination dieser Materialien sind aufgrund ihrer Eigenschaften als auf die Oberfläche der Anode aufbringbare Barriereschichten besonders gut geeignet:
- – Tantalcarbid (TaC, Schmelzpunkt ca. 4.000°C),
- – Hafniumcarbid (HfC, Schmelzpunkt ca. 3.950°C),
- – Niobcarbid (NbC, Schmelzpunkt ca. 3.600°C),
- – Tantalhafniumcarbid (Ta4HfC5m Schmelzpunkt ca. 4.215°C).
- Tantalum carbide (TaC, melting point approx. 4,000 ° C),
- Hafnium carbide (HfC, melting point approx. 3.950 ° C),
- - niobium carbide (NbC, melting point approx. 3,600 ° C),
- - Tantalum hafnium carbide (Ta 4 HfC 5 m melting point about 4.215 ° C).
Wird bei der Barriereschicht Tantalcarbid als Material verwendet, dann ist eine Schichtdicke von ca. 100 nm ausreichend, um einen unerwünschten Austritt von Elektronen und von Kationen aus dem Anodenmaterial, insbesondere im Bereich des Brennflecks (Stehanode) bzw. im Bereich der Brennbahn (Drehanode) zu verhindern. Gleichzeitig wird die Erzeugung der Röntgenstrahlung im Anodenmaterial (Wolfram) durch die Barriereschicht nicht behindert.Becomes used in the barrier layer tantalum carbide as the material, then a layer thickness of about 100 nm is sufficient to prevent unwanted leakage of electrons and cations from the anode material, in particular in the area of the focal spot (Stehanode) or in the region of the focal track (Rotary anode) to prevent. At the same time, the generation of the X-ray radiation in the anode material (tungsten) is not hindered by the barrier layer.
Die aufgrund der starken thermischen Belastung im Wolfram erzeugten Elektronen und Kationen werden durch die Barriereschicht zuverlässig daran gehindert, in das im Vakuumgehäuse herrschende Hochvakuum einzutreten und insbesondere bei der Beschleunigung in Richtung Kathode diese zu verunreinigen und zu beschädigen.The electrons and cations produced in tungsten due to the high thermal stress are reliably prevented by the barrier layer to enter the vacuum prevailing in the vacuum housing high vacuum and in particular during the acceleration in the direction of the cathode to contaminate and damage them.
Bereits durch eine der beiden alternativ oder in Kombination vorgesehen erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich die zumindest teilweise Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses und/oder eine teilweise Inertisierung der Anode, wird insbesondere bei Feldemissionsröhren auf Basis von Carbon-Nano-Tubes ein effektiver Schutz des Emitters auf fertigungstechnisch einfache Weise realisiert.Already provided by one of the two alternatively or in combination inventive measures, namely the at least partially inerting of the inner wall of the vacuum housing and / or a partial inertization of the anode, especially in field emission tubes based on carbon nanotubes effective protection of the emitter implemented in a simple manufacturing technology.
Um die Inertisierung der Innenwand des Vakuumgehäuses zu verbessern, ist in vorteilhafter Weise zwischen der Barriereschicht und der Oberfläche der Innenwand eine Getterschicht angeordnet, die z. B. aus Tantal (Ta) besteht.Around to improve the inerting of the inner wall of the vacuum housing, is advantageously between the barrier layer and the Surface of the inner wall, a getter layer arranged, the z. B. Tantalum (Ta) consists.
Die Getterschicht dient nicht nur als Getter, sondern darüber hinaus auch als Haftmittel für die Barriereschicht.The Getterschicht serves not only as a getter, but about it also as an adhesive for the barrier layer.
Unter dem Begriff ”Getter” ist ein chemisch reaktives Material zu verstehen, das vor allem Elektronen, Ionen und Gasmoleküle bindet, die hierzu eine direkte chemische Verbindung eingehen oder durch Sorption festgehalten werden. Auf diese Weise werden Elektronen, Ionen und Gasmoleküle eingefangen. Bei dem Begriff ”Sorption” handelt es sich um eine Sammelbezeichnung für Vorgänge, die zu einer Anreicherung eines Stoffes innerhalb einer Phase (Absorption) oder auf einer Grenzfläche zwischen zwei Phasen (Adsorption) führen.Under The term "getter" is a chemically reactive one To understand material, especially electrons, ions and gas molecules binds, which enter into a direct chemical connection or by Sorption be held. In this way, electrons, Trapped ions and gas molecules. The term "sorption" is it is a collective name for operations, which lead to an enrichment of a substance within one phase (absorption) or on an interface between two phases (adsorption) to lead.
Bei Tantal als Gettermaterial wird zunächst die Innenwand des Vakuumgehäuses mit Tantal vakuumbedampft. Anschließend wird die Barriereschicht aufgebracht. Nach dem Ausheizen des Vakuumgehäuses ist die Getterschicht chemisch reaktiv.at Tantalum as getter material is first the inner wall of the Vacuum housing with tantalum vacuum evaporated. Subsequently the barrier layer is applied. After heating the vacuum housing the getter layer is chemically reactive.
Durch die zwischen der Barriereschicht und der Oberfläche der Innenwand angeordnete Getterschicht werden Gase, die durch gelegentliche Mikrorisse in der Barriereschicht aus dem Vakuumgehäuse kommen können, zuverlässig absorbiert. Weiterhin werden vagabundierende Ionen, die immer entstehen, wenn Elektronen durch ein Restvakuum fliegen, sofort mit der Getterschicht (Tantal) eine chemische Verbindung eingehen und dadurch nicht mehr reflektiert.By the between the barrier layer and the surface of the Inside wall arranged getter layer become gases, which by occasional Microcracks in the barrier layer come out of the vacuum housing can be reliably absorbed. Continue to be stray ions that always arise when electrons pass through fly a residual vacuum, immediately with the getter layer (tantalum) one make chemical connection and thus no longer reflected.
Tantal ist als Material für die Getterschicht besonders gut geeignet, da nahezu alle im Vakuumgehäuse umher fliegenden Elektronen, Ionen und Gasmoleküle bei einer Kollision mit der Gehäusewand an dieser Wand absorbiert werden und somit nicht mehr innerhalb des Vakuumgehäuses beschleunigt werden und zur Kathode hin diffundieren. Bei dem im Vakuumgehäuse herrschenden Hochvakuum erfolgt die Diffusion zur Kathode hin immer über große Strecken und damit durch häufige Reflexionen an der Innenwand des Vakuumgehäuses.tantalum is particularly suitable as material for the getter layer, since almost all the electrons flying around in the vacuum housing, Ions and gas molecules in a collision with the housing wall be absorbed on this wall and thus no longer within of the vacuum housing and to the cathode diffuse out. In the case prevailing in the vacuum housing High vacuum, the diffusion over to the cathode is always over long distances and frequent reflections on the inner wall of the vacuum housing.
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