Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Röntgentarget,
eine Röntgenröhre sowie
ein Röntgensystem
und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, wie sie beispielsweise
bei der zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung,
in der Medizin, bei Gepäckkontrollen
oder zu Analysezwecken eingesetzt werden.embodiments
of the present invention relate to an X-ray target,
an x-ray tube as well
an x-ray system
and a method for generating X-ray radiation, such as, for example
at the non-destructive
Materials testing,
in medicine, at luggage checks
or used for analysis purposes.
Beispielsweise
bedingt die (Werkstoff-)Prüfung
von Objekten oder Gegenständen
mit hohen Durchstrahlungslängen
oder hohen Dichten den Einsatz einer energiereichen und intensiven
Röntgenquelle.
Das bei Röntgenröhren im
herkömmlichen Energiebereich
bis zu einer Beschleunigungsspannung von beispielsweise 450 kV zur
Erzeugung der Röntgenstrahlung
verwendete Röntgentarget
ist hierbei einer großen
thermischen Belastung ausgesetzt, welche die erreichbare Ausgangsleistung
der Röntgenstrahlen
aufgrund der thermischen Belastung des Röntgentargets begrenzt.For example
requires the (material) test
of objects or objects
with high transmission lengths
or high densities use a high-energy and intense
X-ray source.
That with X-ray tubes in the
conventional energy range
up to an acceleration voltage of 450 kV, for example
Generation of X-radiation
used X-ray target
this is a big one
exposed to thermal stress, which is the achievable output power
the X-rays
limited due to the thermal load of the X-ray target.
Die
Erzielung einer guten Röntgenbildqualität bei kurzen
Belichtungszeiten erfordert jedoch Röntgenquellen mit einer hohen
Ausgangsleistung der Röntgenstrahlung.
Außerdem
ist es wünschenswert
die Brennfleckgröße der Röntgenquelle
zu minimieren, um das Ortsauflösungsvermögen des
bildgebenden Systems zu optimieren und somit die Erkennbarkeit von
Objektstrukturen mit kleiner räumlicher Ausdehnung
zu verbessern.The
Achieving good X-ray image quality in short
Exposure times, however, require X-ray sources with a high
Output power of the X-ray.
Furthermore
it is desirable
the focal spot size of the X-ray source
to minimize the spatial resolution of the
to optimize the imaging system and thus the recognizability of
Object structures with small spatial extent
to improve.
Zur
Erzeugung von Röntgenstrahlen
in Röntgenröhren wird
ein gebündelter
Strahl beschleunigter Elektronen auf ein Target – dem Röntgentarget – gerichtet.
Die kinetische Energie der Elektronen wird bei dem Auftreffen im
Röntgentarget
in der Größenordnung
von 1% in Röntgenstrahlung
umgewandelt, der Rest, also ca. 99% wird in Wärme umgewandelt. Die entstehende
Wärmemenge
muss abtransportiert werden, um eine hitzebedingte Beschädigung des Targets
zu verhindern. Eine Verkleinerung des Brennflecks bei gleichbleibender
Röhrenleistung führt dabei
zu einer höheren
Erwärmung
des Röntgentargets.
Eine verbesserte Wärmeabfuhr
ermöglicht
deshalb eine größere zulässige Röhrenleistung bei
gleicher Brennfleckgröße bzw.
einem kleineren Brennfleck bei gleicher Röhrenleistung oder auch eine
verlängerte
ununterbrochene Betriebszeit der Röhre. Durch eine verbesserte
Wärmeabfuhr
vom Röntgentarget
kann also ein besseres Ortauflösungsvermögen eines
Röntgensystems
bzw. einer Röntgenröhre erzielt
werden.to
Generation of X-rays
in x-ray tubes
a bundled one
Ray accelerated electrons on a target - the X-ray target - directed.
The kinetic energy of the electrons is at the impact in the
X-ray target
in the order of magnitude
of 1% in X-rays
converted, the rest, so about 99% is converted into heat. The resulting
heat
must be removed to prevent heat damage to the target
to prevent. A reduction of the focal spot at the same
Tube performance leads here
to a higher one
warming
of the X-ray target.
An improved heat dissipation
allows
Therefore, a larger allowable tube performance
same focal spot size or
a smaller focal spot with the same tube power or even one
extended
continuous operating time of the tube. By an improved
heat dissipation
from the X-ray target
So can a better spatial resolution of a
X-ray system
or an X-ray tube achieved
become.
In
einer Röntgenröhre können die
Elektronen beispielsweise über
Glühemission
einer Glühkathode erzeugt
werden und durch Anlegen einer Hochspannung auf Energien von beispielsweise
bis zu 800 keV beschleunigt werden. Das Röntgentarget, das als Anode
ausgebildet sein kann besteht in geschlossenen Röntgenröhren üblicherweise aus einer Wolfram-
oder Molybdänschicht,
die auf einem Träger
aus Kupfer, Graphit, Diamant, Beryllium oder Aluminium aufgebracht
ist.In
an x-ray tube can the
For example, electrons over
thermionic emission
a hot cathode produced
and by applying a high voltage to energies of, for example
accelerated up to 800 keV. The X-ray target, as an anode
may be formed in closed X-ray tubes usually consists of a tungsten
or molybdenum layer,
those on a carrier
made of copper, graphite, diamond, beryllium or aluminum
is.
Röntgenquellen
können
mit Transmissionsröntgentargets
oder Reflexionsröntgentargets
betrieben werden. Bei Transmissionsröntgentargets wird die entstehende
Röntgenstrahlung
von der der Elektroneneinstrahlseite gegenüberliegenden Röntgentargetseite
abgenommen. Bei Reflexionsröntgentargets
wirkt der einfallende Elektronenstrahl in einem bestimmten Einstrahl-
bzw. Einfallwinkel auf das Röntgentarget
ein. Die genutzte Röntgenstrahlung wird
von derselben Targetseite unter Beachtung eines Ausstrahl- bzw.
Ausfallwinkels abgenommen.X-ray sources
can
with transmission x-ray targets
or reflection X-ray targets
operate. For transmission X-ray targets, the resulting
X-rays
from the electron beam side opposite X-ray target side
decreased. For reflection X-ray targets
the incident electron beam acts in a specific irradiation
or angle of incidence on the X-ray target
one. The used X-radiation is
from the same side of the target under consideration of a radiating or
Failure angle removed.
Üblicherweise
wird die erzeugte Wärme,
die bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung
entsteht, zum Teil über
thermischen Kontakt, z. B. mit einem gekühlten massiven Kupfer block,
vom Röntgentarget abgeführt. Ein
weiterer Anteil der Wärme
wird über Infrarotstrahlung
an das Gehäuse
der Röntgenröhre abgegeben.
Der letztgenannte Effekt kann beispielsweise durch Schwärzung des
Gehäuses
noch verstärkt
werden.Usually
becomes the generated heat,
in the generation of X-rays
arises, partly over
thermal contact, z. B. with a cooled solid copper block,
removed from the X-ray target. One
another part of the heat
is via infrared radiation
to the housing
the X-ray tube delivered.
The latter effect, for example, by blackening of the
housing
even stronger
become.
Die
Brennfleckgröße einer
Röntgenquelle hängt von
mehreren Faktoren ab, beispielsweise von der Verteilung der Auftreffrate
der Elektronen auf der Röntgentargetoberfläche, der
Streuung der Elektronen im Röntgentarget
bzw. der Streuung der erzeugten Strahlung im Target bzw. im Austrittsfenster
einer Röntgenröhre. Je
kleiner der thermische Brennfleck ist auf den die beschleunigten
Elektronen auftreffen, desto höher
ist die Wärmedichte
im Target. Daraus folgt, dass sich bei kleineren Brennflecken nur
kleine Röntgenleistungen
verwirklichen lassen. Typischerweise können Brennflecke von etwa 1 μm, bei Spannungen
von unter 100 kV und spezifischen Röntgentargetleistungen von 1
W/μm erzeugt
werden.The
Focal spot size one
X-ray source depends on
several factors, such as the distribution of the impact rate
of the electrons on the X-ray target surface, the
Scattering of the electrons in the X-ray target
or the scattering of the generated radiation in the target or in the exit window
an x-ray tube. ever
the smaller the thermal focal spot is on the accelerated ones
The higher the impact of electrons
is the heat density
in the target. It follows that with smaller focal spots only
small x-ray services
let realize. Typically, focal spots of about 1 micron, at voltages
of less than 100 kV and specific X-ray target powers of 1
W / μm generated
become.
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgentarget
und ein Verfahren zu Erzeugung einer Röntgenstrahlung zu schaffen,
welches es ermöglicht,
die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung
auftretende Restwärme
besser als bei herkömmlichen
Vorrichtungen oder Verfahren abzuführen.It
The object of the present invention is an X-ray target
and to provide a method for generating an X-radiation,
which makes it possible
in the generation of X-rays
occurring residual heat
better than conventional
Dissipate devices or processes.
Dadurch
kann die erzielbare Strahlungsleistung gesteigert werden, und es
ermöglicht
werden die Brennfleckgröße zu minimieren
und damit das Ortauflösungsvermögen eines
bildgebenden Röntgensystem
erhöht
bzw. eine verlängerte,
ununterbrochene Betriebszeit einer Röntgenröhre ermöglicht werden.Thereby
the achievable radiant power can be increased, and it
allows
will minimize the focal spot size
and thus the spatial resolution of a
imaging X-ray system
elevated
or an extended,
uninterrupted operating time of an X-ray tube.
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch das Röntgentarget
gemäß Anspruch
1 und dem Verfahren gemäß Anspruch
16.This problem is solved by the Röntgen gentarget according to claim 1 and the method according to claim 16.
Die
vorliegende Erfindung schafft ein Röntgentarget mit einem Targetmaterial
und einem Trägermaterial,
wobei das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material ist, und wobei das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material als Schaumkühlkörper zur
Steigerung der erzielbaren Röntgenstrahlungsleistung
durch verbesserte Wärmeabfuhr
dient.The
The present invention provides an X-ray target with a target material
and a carrier material,
wherein the carrier material
frothed
Material is, and where the carrier material
frothed
Material as a foam heat sink for
Increase in the achievable X-ray power
through improved heat dissipation
serves.
Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Erzeugung
von Röntgenstrahlung, durch
Beschleunigen eines Elektronenstrahls, der auf ein solches Röntgentarget
trifft und durch verbesserte Abführung
der Restwärme
vom Röntgentarget durch
Durchleiten eines Kühlmittels
durch das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material.The
The present invention further provides a method of production
from X-rays, through
Accelerating an electron beam incident on such an X-ray target
meets and through improved exhaustion
the residual heat
from the X-ray target
Passing a coolant
through the carrier material
frothed
Material.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung bieten u. a. den Vorteil, dass die bei
der Erzeugung von Röntgenstrahlung
entstehende Abwärme
effizient abtransportiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird
die Brennfleckgröße der auftreffenden
Elektronen zu minimieren und damit das Ortauflösungsvermögen des bildgebenden Röntgensystems
und somit die Erkennbarkeit von Objektstrukturen mit kleiner räumlicher
Ausdehnung erhöht
werden kann. Ferner bieten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass durch die verbesserte
Wärmeabfuhr
eine größere zulässige Röhrenleistung
bei gleicher Brennfleckgröße bzw. ein
kleinerer Brennfleck bei gleicher Röhrenleistung oder auch eine
verlängerte
ununterbrochene Betriebszeit der Röntgenröhre erreicht werden kann.embodiments
of the present invention provide u. a. the advantage of being at
the generation of X-rays
resulting waste heat
can be efficiently removed, making it possible
the focal spot size of the impinging
Minimize electrons and thus the spatial resolution of the imaging X-ray system
and thus the recognizability of object structures with small spatial
Expansion increased
can be. Further offer embodiments
the present invention has the advantage that by the improved
heat dissipation
a larger allowable tube power
at the same focal spot size or a
smaller focal spot with the same tube power or even one
extended
uninterrupted operating time of the X-ray tube can be achieved.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:embodiments
The present invention will be described below with reference to FIG
the enclosed drawings closer
explained.
Show it:
1a ein
schematisches Bild eines Röntgentargets
mit einem Targetmaterial und einem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material
sowie einem einfallenden Elektronenstrahl und die am Röntgentarget
entstehende Röntgenstrahlung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 1a a schematic image of an X-ray target with a target material and a carrier material made of foamed material and an incident electron beam and the X-ray generated at the X-ray target according to an embodiment of the present invention;
1b eine
schematische Perspektivansicht eines zylinderförmigen Röntentargets gemäß einem
Ausführungsbeispiel; 1b a schematic perspective view of a cylindrical X-ray target according to an embodiment;
1c eine
weitere Perspektivansicht eines Röntgentargets, das als Hohlkörper ausgebildet
ist; 1c a further perspective view of a Röntgentargets, which is designed as a hollow body;
2a die
schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit
einem Röntgentarget,
welches als Festanode mit Schaumkühlkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist; 2a the schematic representation of an X-ray tube with an X-ray target, which is designed as a fixed anode with foam heat sink according to an embodiment of the present invention;
2b die
schematische Darstellung einer Festanode, die in einer Vakuumkammerwand
einer Röntgenröhre integriert
ist; 2 B the schematic representation of a fixed anode, which is integrated in a vacuum chamber wall of an X-ray tube;
3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Röntgenröhre mit
einem Röntgentarget,
welches als Festanode mit Schaumkühlkörper und einer alternativ angeordneten
Kühlmittelzuführung ausgebildet ist; 3 a further embodiment of an X-ray tube with an X-ray target, which is designed as a fixed anode with foam cooling body and an alternately arranged coolant supply;
4 eine
weitere Röntgenröhre mit
einer rotierenden Anode mit Schaumkühlkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; 4 another X-ray tube with a rotating anode with foam heat sink according to another embodiment of the present invention;
5 eine
schematische Darstellung eines Röntgensystems
mit einer Röntgenröhre, einer
Einrichtung zum Erzeugen einer Elektronenemission, einer Einrichtung
zum Erzeugen einer Hochspannung, einem Kühlmittelkreislauf und einem
Pumpsystem, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und 5 a schematic representation of an X-ray system with an X-ray tube, means for generating an electron emission, means for generating a high voltage, a coolant circuit and a pumping system, according to an embodiment of the present invention; and
6 ein
Flussdiagramm zum Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 6 a flowchart of the method for generating X-radiation according to an embodiment of the present invention.
Bezüglich der
nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sollte beachtet werden, dass in den unterschiedlichen
Figuren für
funktional identische bzw. gleichwirkende oder funktionsgleiche, äquivalente Elemente
oder Schritte zur Vereinfachung in der gesamten Beschreibung die
gleichen Bezugszeichen verwendet werden.Regarding the
following description of the embodiments of the present
Invention should be noted that in the different
Figures for
functionally identical or equivalent or functionally identical, equivalent elements
or steps for simplification throughout the description
the same reference numerals are used.
In 1a ist
schematisch ein Röntgentarget 20 mit
einem Targetmaterial 2 und einem Trägermaterial 1, das
aus einem aufgeschäumten
Material besteht, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Röntgentarget 20 kann
in einer evakuierten Röntgenröhre (nicht
gezeigt) angeordnet sein, wobei Elektronen 11 aus einer
Elektronenquelle 8 auf das Targetmaterial 2 des Röntgentargets 20 beschleunigt
werden. Die kinetische Energie der Elektronen wird bei ihrem Auftreffen auf
das Targetmaterial zu einem geringen Anteil von ungefähr einem
Prozent in Röntgenstrahlung
umgewandelt und der Rest der kinetischen Energie wird in Wärme umgewandelt.
Beim Auftreffen der Elektronen auf das Targetmaterial 2 werden
diese absorbiert bzw. abgebremst, wodurch die sogenannte charakteristische
Röntgenstrahlung
und die Röntgenbremsstrahlung
erzeugt werden. Die charakteristische Röntgenstrahlung entspricht diskreten
Quantenenergien bzw. Wellenlängen,
die materialtypisch sind und vom gewählten Targetmaterial 2 abhängen. Die
Energie der Röntgenstrahlung
entspricht dabei der Differenz der Bindungsenergie von Elektronen
aus den inneren Schalen aus dem atomaren Aufbau des Targetmaterials.
Die Röntgenbremsstrahlung
entsteht durch die Abbremsung der Elektronen beim Durchlaufen des
Targetmaterials. Die Wellenlänge
der Röntgenstrahlung
hängt dabei
vom Wert der Beschleunigung bzw. Abbremsung ab und ist im Gegensatz
zur charakteristischen Röntgenstrahlung
kontinuierlich verteilt.In 1a is schematically an X-ray target 20 with a target material 2 and a carrier material 1 , which consists of a foamed material, according to an embodiment of the present invention shown. The X-ray target 20 may be located in an evacuated x-ray tube (not shown) with electrons 11 from an electron source 8th on the target material 2 of the X-ray target 20 be accelerated. The kinetic energy of the electrons is converted into X-radiation as small as about one percent as they strike the target material, and the remainder of the kinetic energy is converted to heat. Upon impact of the electrons on the target material 2 These are absorbed or slowed down, whereby the so-called characteristic X-ray radiation and the X-ray brake radiation are generated. The characteristic X-ray radiation corresponds to discrete quantum energies or wavelengths which are typical for the material and of the selected target material 2 depend. The energy of the X-radiation corresponds to the Dif Reference to the binding energy of electrons from the inner shells of the atomic structure of the target material. The X-ray braking radiation is caused by the deceleration of the electrons when passing through the target material. The wavelength of the X-ray radiation depends on the value of the acceleration or deceleration and is continuously distributed in contrast to the characteristic X-ray radiation.
Bei
dem Röntgentarget 20 kann
es sich um ein sogenanntes Reflexionsröntgentarget handeln, bei dem
der beschleunigte Elektronenstrahl 11 unter einem bestimmten
Einstrahlwinkel auf das Röntgentarget
einwirkt. Die genutzte Röntgenstrahlung
wird dann von derselben Röntgentargetseite
unter Beachtung eines entsprechenden Ausfallwinkels abgenommen.In the X-ray target 20 it may be a so-called reflection X-ray target, in which the accelerated electron beam 11 acts on the X-ray target at a certain angle of incidence. The used X-radiation is then removed from the same X-ray target side, taking into account a corresponding angle of rejection.
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel (1a)
handelt es sich um ein Reflexionstarget, wobei das Targetmaterial 2,
z. B. materialschlüssig
direkt oder mit Hilfe eines Wärmeleitmaterials
mit dem Trägermateriall
verbunden ist. Es ist z. B. auch möglich das Targetmaterial über ein
spezielles Lot auf eine Wärmekontaktstelle 22 (1b)
des Trägermaterials 1 aus
aufgeschäumten
Material aufzubringen. Das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material kann also als Kühlkörper bzw.
als Schaumkühlkörper dienen,
weshalb diese Begriffe im Folgenden mit dem gleichen Bezugszeichen 1 versehen
werden. In Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann der Kühlkörper 1 aus offenporigem,
aber zu der Wärmekontaktstelle 22 für das Targetmaterial 2 und zur
Außenseite
des Kühlkörpers hin
gasdicht bzw. fluiddicht geschlossenem Schaum aus einem gut wärmeleitenden
Material, wie z. B. Kupfer-, Aluminium- oder anderer Metallschaum
oder auch Keramikschaum, bestehen. Das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material kann einen Körper
formen der eine mittlere Dichte aufweist, die mindestens dreimal, also
z. B. fünfmal,
kleiner ist als die mittlere Dichte des massiven Trägermaterials.
Ein Schaumkühlkörper aus
Aluminiumschaum kann also beispielsweise eine 10-mal kleinere mittlere
Dichte aufweisen als ein massiver, vom Volumen identischer Aluminiumkörper. Dieses
Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten Material
bzw. der Schaum kann nun direkt von einem flüssigen oder gasförmigen,
also einem fluiden Kühlmittel
durchströmt
werden. Hierfür
kann der Kühlkörper 1 bzw.
das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten Material
gasdichte bzw. fluiddichte seitliche Zu- und Abführungen für das Kühlmittel bzw. Fluid aufweisen. Durch
die große
innere Berührungsfläche zwischen dem
Schaum bzw. dem Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material aus wärmeleitenden
Material und dem Kühlmittel,
sowie durch die innere Verwirbelung des Kühlmaterials durch die Porenstege
des Schaums, wird ein verbes serter Wärmeabfluss im Vergleich zu
konventionellen Vorrichtungen erreicht und dadurch eine Erhöhung der
erzielbaren Röntgenstrahlungsleistung
ermöglicht.
Das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material, z. B. Metallschaum oder Keramikschaum, besitzt eine Vielzahl
von Poren und Hohlräumen,
die eine große
Oberfläche
für einen effizienten
Wärmeabtransport
vom Targetmaterial 2 zur Verfügung stellen. Zudem wird beim
Durchströmen
des Trägermaterials 1 aus
aufgeschäumten
Material mit dem Kühlmittel
durch die innere Verwirbelung des Kühlmittels an den vielen Porenstegen
des aufgeschäumten
Materials ebenfalls ein verbesserter Wärmeabfluss erreicht.In the present embodiment ( 1a ) is a reflection target, with the target material 2 , z. B. materially connected directly or by means of a Wärmeleitmaterials with the Trägermateriall. It is Z. B. also possible the target material on a special solder on a thermal contact point 22 ( 1b ) of the carrier material 1 made of foamed material. The carrier material 1 made of foamed material can thus serve as a heat sink or as a foam heat sink, which is why these terms below with the same reference numerals 1 be provided. In embodiments of the present invention, the heat sink may 1 from porous, but to the heat contact point 22 for the target material 2 and to the outside of the heat sink toward gas-tight or fluid-tight closed foam made of a good heat-conducting material, such. As copper, aluminum or other metal foam or ceramic foam exist. The carrier material 1 made of foamed material can form a body having an average density at least three times, ie z. B. five times, is less than the average density of the solid support material. Thus, for example, an aluminum foam foam heat sink can have a mean density 10 times smaller than a solid, volume-identical aluminum body. This carrier material 1 From foamed material or the foam can now be directly flowed through by a liquid or gaseous, that is a fluid coolant. For this purpose, the heat sink 1 or the carrier material 1 of foamed material have gas-tight or fluid-tight lateral inlets and outlets for the coolant or fluid. Due to the large inner contact surface between the foam or the carrier material of foamed material of thermally conductive material and the coolant, as well as by the internal turbulence of the cooling material through the pores of the foam, a verbes serter heat dissipation is achieved in comparison to conventional devices, thereby increasing the achievable X-ray power allows. The carrier material made of foamed material, for. As metal foam or ceramic foam, has a variety of pores and cavities, which has a large surface area for efficient heat removal from the target material 2 provide. In addition, when flowing through the carrier material 1 made of foamed material with the coolant through the internal turbulence of the coolant at the many pores of the foamed material also achieved an improved heat dissipation.
Das
Trägermaterial
aus aufgeschäumten Material
kann beispielsweise Kupfer, Zink, Blei, Stahl/Eisen, Aluminium,
Aluminiumlegierungen oder andere Metalllegierungen aufweisen. Das
Trägermaterial
kann eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweisen um die anfallende Restwärme bei der Röntgenstrahlungserzeugung
effektiv und schnell über
den Kühlkörper 1 verteilen
und abführen
zu können.The carrier material of foamed material may comprise, for example, copper, zinc, lead, steel / iron, aluminum, aluminum alloys or other metal alloys. The support material can have a good thermal conductivity around the accumulated residual heat in the X-ray generation effectively and quickly over the heat sink 1 to be able to distribute and pay.
Wie
oben bereits erwähnt
wurde, kann das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material bzw. der Kühlkörper 1 zu
seiner Außenseite
hin fluiddicht geschlossen sein. Mit anderen Worten kann das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material eine fluiddichte Außenoberfläche 1c aufweisen.
In Ausführungsbeispielen
der vorliegen Erfindung kann diese fluiddichte Außenoberfläche 1c aus
demselben Material bestehen, wie das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material. D. h., der Kühlkörper kann
nach außen
hin fluiddicht abgeschlossen sein und im Inneren eine schaumartige,
mit vielen Poren und Hohlräumen
versehene Struktur aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung kann die fluiddichte Außenoberfläche lc aus einem anderen Material
bestehen als das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material. Über
die geschlossene fludidichte Außenoberfläche, die
eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist kann sich die vom Targetmaterial 2 abzutransportierende
Wärme gut über den
gesamten Kühlkörper 1 verteilen
und im Inneren durch die große
Oberfläche
der Poren und Stege und der inneren Verwirbelung des Kühlmittels
an den Porenstegen effektiv abtransportiert werden.As already mentioned above, the carrier material 1 made of foamed material or the heat sink 1 be closed fluid-tight to its outside. In other words, the foamed material carrier material may have a fluid-tight outer surface 1c exhibit. In embodiments of the present invention, this fluid-tight outer surface 1c consist of the same material as the carrier material 1 made of foamed material. D. h., The heat sink may be closed fluid-tight to the outside and inside have a foam-like, provided with many pores and cavities structure. In other embodiments of the present invention, the fluid-tight outer surface 1c may be made of a different material than the foamed material carrier material. About the closed fludidichte outer surface, which has a good thermal conductivity, that of the target material 2 Heat to be removed well over the entire heat sink 1 and be transported away inside the large pores and webs and the internal vortex of the coolant at the pore webs effectively.
In
einigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann das Targetmaterial 2 dem Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material entsprechen. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Trägermaterial
Wolfram ist und dementsprechend Wolframschaum den Kühlkörper 1 bildet
und gleichzeitig das Targetmaterial 2 ebenfalls aus Wolfram
besteht. Das Targetmaterial 2 kann dann direkt oder aber
auch mit Hilfe eines speziellen Lots oder eines Wärmeleitmaterials
mit dem Wolframschaum verbunden sein. Das Röntgentarget 20 kann
ein Targetmaterial 2 aufweisen, welches beispielsweise
eines der Elemente Kupfer, Molybdän, Rhodium, Palladium, Silber,
Cadmium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin,
Gold, Quecksilber, Thallium, Blei oder Bismut aufweist. Dementsprechend
ist es auch denkbar, dass in alternativen Ausführungsbeispielen das Röntgentarget
aus einem dieser Metalle und einem entsprechenden Metallschaum aus
diesen Metallen besteht. Das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material kann also elektrisch leitfähig sein, es kann sich bei
dem Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material um ein Metall handeln oder eine Metalllegierung, denkbar
ist aber z. B. auch der Einsatz von aufgeschäumten Material aus Keramik.
Falls das Trägermaterial
aus einem nicht leitfähigen
oder isolierenden Material, wie z. B. Keramik besteht, kann das
Targetmaterial einen elektrisch leitfähigen (Anoden-)Anschluss aufweisen. Das
Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit
besitzen, um so die am Targetmaterial 2 entstehende Abwärme effektiv
abtransportieren zu können
und so mit Hilfe des Schaumkühlkörpers zur
Steigerung der erzielbaren Röntgenstrahlungsleistung
durch eine verbesserte Wärmeabfuhr
beizutragen.In some embodiments of the present invention, the target material 2 correspond to the carrier material of foamed material. For example, it is conceivable that the carrier material is tungsten and accordingly tungsten foam the heat sink 1 forms and at the same time the target material 2 also made of tungsten. The target material 2 can then be connected directly or else with the help of a special solder or a heat conducting material with the tungsten foam. The X-ray target 20 can be a target material 2 which, for example, one of the elements copper, molybdenum, rhodium, palladium comprises, silver, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, thallium, lead or bismuth. Accordingly, it is also conceivable that in alternative embodiments, the X-ray target consists of one of these metals and a corresponding metal foam of these metals. The carrier material of foamed material may therefore be electrically conductive, it may be in the carrier material of foamed material is a metal or a metal alloy, but it is conceivable z. As well as the use of foamed material made of ceramic. If the substrate made of a non-conductive or insulating material, such as. B. ceramic, the target material may have an electrically conductive (anode) terminal. The carrier material made of foamed material may have a high thermal conductivity, so as to the target material 2 be able to effectively remove the resulting waste heat and thus contribute to the increase of the achievable X-ray power by an improved heat dissipation with the aid of the foam heat sink.
Das
Röntgentarget 20 kann
in einigen Ausführungsbeispielen
so ausgebildet sein, dass die fluiddichte Außenoberfläche 1c zumindest eine
erste Öffnung 1a für eine Kühlmittelzuführung und
eine zweite Öffnung 1b für eine Kühlmittelabführung aufweist.
Im Betriebsfall eines Röntgensystems
bzw. einer Röntgenröhre mit
dem erfindungsgemäßen Röntgentarget
kann dann ein Kühlmittel
oder Fluid durch die erste Öffnung
in den Kühlkörper gepumpt
bzw. gedrückt
werden und das durch die Restwärme
bei der Röntgenstrahlerzeugung
erwärmte
Kühlmittel oder
Fluid kann aus der zweiten Öffnung
des Kühlkörpers 1 wieder
austreten.The X-ray target 20 In some embodiments, it may be configured such that the fluid-tight outer surface 1c at least a first opening 1a for a coolant supply and a second opening 1b for a coolant discharge. In the operating case of an X-ray system or an X-ray tube with the X-ray target according to the invention then a coolant or fluid can be pumped or pressed through the first opening in the heat sink and the heated by the residual heat in the X-ray generation coolant or fluid can from the second opening of the heat sink 1 exit again.
In
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann das Trägermaterial aus aufgeschäumten Material
einen Körper
bilden bzw. einen Kühlkörper bilden,
der die Form eines Zylinders (1b), eines
Ovals oder eines Diskus aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen
kann das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material jedoch auch eine andere körperliche Gestalt annehmen
also einen anders geformten Körper
aufweisen. Der Kühlkörper 1 bzw.
das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material kann z. B. auch als Hohlkörper ausgebildet sein (1c),
wobei der Hohlkörper
eine fluiddichte Außenoberfläche 1c und
eine fluiddichte Innenoberfläche 1d aufweist
und das Kühlmittel
nur durch den Wandbereich des Hohlzylinders, also dem Bereich zwischen
der fluidichten Außenoberfläche 1c und
der fluiddichten Innenoberfläche 1d,
strömt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel
kann das Trägermaterial aus
aufgeschäumten
Material ebenfalls als Hohlkörper
ausgebildet sein, wobei der Hohlkörper nur eine fluiddichte Außenoberfläche besitzt
und das Kühlmittel
den gesamten Querschnitt D des Hohlkörpers der als Kühlkörper dient,
durchströmt.
Der Kühlkörper 1 bzw.
das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material kann beispielsweise einen Durchmesser D zwischen 5 mm und
200 mm oder beispielsweise auch zwischen 10 mm und 150 mm aufweisen.
Die Länge L
des Schaumkühlkörpers 1 kann
beispielsweise bis 200 mm sein, also z. B. ungefähr 40 mm, oder aber auch eine
noch größere Länge L haben.
Die Porendichte des Schaumkühl körpers kann
entsprechend zur Durchflussgeschwindigkeit eines Kühlmittels
gewählt
werden. D. h., die Porendichte kann den jeweiligen Anforderungen
an den Wärmeabtransport
mittels des Kühlmittels
angepasst werden.In embodiments of the present invention, the foamed material carrier material may form a body or form a heat sink having the shape of a cylinder (FIG. 1b ), an oval or a discus. However, in other embodiments, the carrier material made of foamed material may also assume a different physical shape, that is to say have a differently shaped body. The heat sink 1 or the carrier material of foamed material may, for. B. also be formed as a hollow body ( 1c ), wherein the hollow body has a fluid-tight outer surface 1c and a fluid-tight inner surface 1d and the coolant only through the wall region of the hollow cylinder, ie the area between the fluid-tight outer surface 1c and the fluid-tight inner surface 1d , flows. In another embodiment, the carrier material of foamed material may also be formed as a hollow body, wherein the hollow body has only a fluid-tight outer surface and the coolant through the entire cross-section D of the hollow body which serves as a heat sink flows through. The heat sink 1 or the carrier material of foamed material, for example, have a diameter D between 5 mm and 200 mm or, for example, between 10 mm and 150 mm. The length L of the foam heat sink 1 For example, can be up to 200 mm, so z. B. about 40 mm, or even have an even greater length L. The pore density of the foam cooling body can be selected according to the flow rate of a coolant. That is, the pore density can be adapted to the respective requirements for the heat removal by means of the coolant.
2a zeigt
die schematische Darstellung einer Röntgenröhre 50 mit einer Elektronenquelle 8 und
einem Röntgentarget 20,
wie es oben beschrieben wurde. In diesem Ausführungsbeispiel kann es sich
bei der Elektronenquelle beispielsweise um eine Glühkathode
handeln, die durch elektrischen Stromfluss auf Temperaturen aufgeheizt
wird, die zu einer thermischen Emission von Elektronen aus dem Metall
führen.
Durch Anlegen einer positiven (Hoch-)Spannung an das Röntgentarget,
das auch als Anode bezeichnet wird, und einer negativen (Hoch-)Spannung
an die Glühkathode
werden die Elektronen auf das Röntgentarget
hinbeschleunigt. Die Röntgenröhre ist
dabei evakuiert, weist also ein Vakuum auf. In anderen Ausführungsbeispielen
für die
Röntgenröhre kann
die Elektronenquelle beispielsweise die Elektronen durch Feldemission
freisetzen, und die freigesetzten Elektronen können mittels einer Elektronenfokussiereinrichtung 28 gebündelt werden
und auf das Röntgentarget
beschleunigt werden. 2a shows the schematic representation of an X-ray tube 50 with an electron source 8th and an X-ray target 20 as described above. For example, in this embodiment, the electron source may be a hot cathode that is heated by electrical current flow to temperatures that result in thermal emission of electrons from the metal. By applying a positive (high) voltage to the X-ray target, which is also referred to as the anode, and a negative (high) voltage to the hot cathode, the electrons are accelerated towards the X-ray target. The x-ray tube is evacuated, so it has a vacuum. For example, in other embodiments for the x-ray tube, the electron source may release the electrons by field emission, and the released electrons may be electronically focused 28 be bundled and accelerated to the X-ray target.
Das
Röntgentarget 20 weist
wiederum ein Targetmaterial 2 und ein Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material auf. Wie in 2a gezeigt ist, kann das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material einen zylindrischen Körper
formen. Das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material kann eine fluiddichte Außenoberfläche 1c aufweisen,
wobei die fluiddichte Außenoberfläche eine
erste Öffnung 1a für die Kühlmittelzuführung 6 und
eine zweite Öffnung 1b für die Kühlmittelabführung 7 aufweist.
Die Röntgenröhre 50 kann
ein Gehäuse 10 oder
eine Vakuumkammer 10 aufweisen, welches gasdichte bzw. fluididchte
Durchführungen 12 für die Kühlmittelzuführung zu
dem Röntgentarget
und für
die Kühlmittelabführung von
dem Röntgentarget
besitzt. Die auf das Röntgentarget 20 beschleunigten
Elektronen 11 treffen das Targetmaterial 2 in
einem Bereich, der Brennfleck 3 genannt wird. Wie oben
bereits beschrieben, ist die Minimierung der Brennfleckgröße einer
Röntgenquelle
von großer
Bedeutung für
das Ortauflösungsvermögen des
bildgebenden Systems und somit für
die Erkennbarkeit von Objektstrukturen mit kleiner räumlicher
Ausdehnung. Das Gehäuse 10 bzw.
die Umhüllung
der Röntgenröhre mit
dem innenseitigen Vakuum weist zudem ein Strahlenaustrittsfenster 9 auf,
durch das die Röntgenstrahlung
aus der Röntgenröhre austreten
kann um für
ihren jeweiligen Anwendungszweck eingesetzt zu werden.The X-ray target 20 again has a target material 2 and a carrier material 1 made of foamed material. As in 2a is shown, the carrier material 1 made of foamed material form a cylindrical body. The carrier material 1 made of foamed material may have a fluid-tight outer surface 1c wherein the fluid-tight outer surface is a first opening 1a for the coolant supply 6 and a second opening 1b for coolant removal 7 having. The x-ray tube 50 can be a case 10 or a vacuum chamber 10 have, which gas-tight or fluididchte bushings 12 for the coolant supply to the X-ray target and for the coolant discharge from the X-ray target. The on the X-ray target 20 accelerated electrons 11 hit the target material 2 in one area, the focal spot 3 is called. As already described above, the minimization of the focal spot size of an X-ray source is of great importance for the spatial resolution of the imaging system and thus for the recognizability of object structures with a small spatial extent. The housing 10 or the wrapping of the x-ray tube with the inside side vacuum also has a beam exit window 9 through which the X-rays can escape from the X-ray tube to be used for their particular application.
In
diesem Ausführungsbeispiel
kann das Röntgentarget 20 ein
festes Targetfeld 2 aufweisen, das auf dem Kühlkörper 1 aufgebracht
ist. Die Form des Kühlkörpers 1 kann,
wie in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, zylindrisch sein. Bei dem Röntgentarget, das als Anode
ausgebildet ist kann es sich um eine sogenannte Festanode mit Schaumkühlkörper handeln.
D. h., die Anode mit dem Targetmaterial 2 ist ortsfest
in der Röntgenröhre 50 angebracht.
Wie in 2a schematisch dargestellt ist,
kann ein kaltes Kühlmittel 6 durch
die erste Öffnung 1a der
Außenoberfläche 1c des
Trägermaterials 1 aus
aufgeschäumten
Material strömen
und nachdem es in effektiver Weise durch die große innere Berührungsfläche mit
dem Trägermaterial
aus aufgeschäumten Material
die Restwärme
aus der Erzeugung von Röntgenstrahlung
von dem Targetmaterial 2 absorbiert bzw. aufgenommen hat,
mit einer höheren
Temperatur oder als warmes Kühlmittel 7 aus
der zweiten Öffnung 1b des
Kühlkörpers 1 austreten.
Aufgrund der fluiddichten Durchführungen 12 ist
das Vakuum in der Röntgenröhre gewährleistet.In this embodiment, the X-ray target 20 a fixed target field 2 have that on the heat sink 1 is applied. The shape of the heat sink 1 may be cylindrical, as shown in this embodiment. In the X-ray target, which is designed as an anode may be a so-called solid anode with foam heat sink. That is, the anode with the target material 2 is stationary in the x-ray tube 50 appropriate. As in 2a is shown schematically, can be a cold coolant 6 through the first opening 1a the outer surface 1c of the carrier material 1 of foamed material and, after having effectively exhausted the residual heat from the generation of X-radiation from the target material through the large internal interface with the foamed material support material 2 absorbed or absorbed, with a higher temperature or as a warm coolant 7 from the second opening 1b of the heat sink 1 escape. Due to the fluid-tight bushings 12 the vacuum in the X-ray tube is guaranteed.
Eine
Röntgenröhre 50 kann
also gemäß einiger
Ausführungsbeispiele
eine Elektronenquelle 8, ein als Ziel für einen durch die Elektronenquelle 8 gespeisten
Elektronenstrahl 11 dienendes Röntgentarget 20 und
einen Kühlmitteldurchleiter
zum Durchleiten eines Kühlmittels
durch das aufgeschäumte
Material des Trägermaterials 1 aufweisen.
Ferner kann die Röntgenröhre eine
Vakuumkammer 10 aufweisen, in der die E lektronenquelle 8 und
das Röntgentarget 20 angeordnet
sind und Zuführungen 12 und Abführungen 12 zum
Zuführen
und zum Abführen des
Kühlmittels
von außerhalb
der Vakuumkammer 10 zu dem Röntgentarget 20 und
von dem Röntgentarget 20 nach
außerhalb
der Vakuumkammer 10. Ferner kann die Röntgenröhre eine Einrichtung 28 bzw.
Mittel zum Fokussieren der Elektronen aufweisen.An x-ray tube 50 Thus, according to some embodiments, an electron source 8th , as a target for one through the electron source 8th fed electron beam 11 serving X-ray target 20 and a coolant passage for passing a coolant through the foamed material of the carrier material 1 exhibit. Further, the x-ray tube may be a vacuum chamber 10 in which the E lektronenquelle 8th and the X-ray target 20 are arranged and feeders 12 and discharges 12 for supplying and discharging the refrigerant from outside the vacuum chamber 10 to the X-ray target 20 and from the X-ray target 20 to outside the vacuum chamber 10 , Furthermore, the x-ray tube may be a device 28 or means for focusing the electrons.
In
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann das Röntgentarget 20 so
ausgebildet sein, dass das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten Material
einen Körper
bildet, den Kühlkörper 1,
wobei in diesem Kühlkörper ein
Kühlmittelstromführungselement 13 angeordnet
ist, welches ausgebildet ist, die Richtung einer Strömung eines
fluidischen Kühlmittels
in dem Kühlkörper zu
lenken. D. h., der Kühlkörper 1 kann
ein Kühlmittelstromführungselement 13 aufweisen,
um ein Kühlmittel,
das beispielsweise über
die erste Öffnung 1a zugeführt wird,
so innerhalb des Kühlkörpers 1 zu
lenken, das eine gute Wärmeabfuhr
durch das Kühlmittel
ermöglicht
werden kann. Beispielsweise kann, wie in 2a angedeutet ist,
ein Kühlmittelstromführungselement 13 ein
einströmendes
Kühlmittel 6 an
die Außenflächen des Kühlkörpers 1 zu
dem Targetmaterial 2 hinlenken, um so einen effektiveren
Wärmeabtransport
der Restwärme
zu ermöglichen.
Bei dem Kühlmittelstromführungselement 13 kann
es sich um ein in den Schaum bzw. die Poren des Kühlkörpers eingelassenes
Element, welches z. B. aus Blech oder anderen Metallformteilen zur
Strömungsführung gebildet
sein kann, handeln. Die Strömung
kann dann beispielsweise mit Hilfe dieses Kühlmittelstromführungselementes
in Richtung der Targetspur bzw. des Targetfeldes 2 gelenkt
werden. Dies kann z. B. erforderlich sein, wenn die Kühlmittelzufuhr-
bzw. die Kühlmittelabfuhrvorrichtung
einen anderen Durchmesser als der Schaumkühlkörper hat.In embodiments of the present invention, the X-ray target 20 be formed so that the carrier material 1 made of foamed material forms a body, the heat sink 1 , wherein in this heat sink, a coolant flow guide element 13 which is configured to direct the direction of a flow of a fluidic coolant in the heat sink. That is, the heat sink 1 may be a coolant flow guide element 13 comprise a coolant, for example, via the first opening 1a is supplied, so within the heat sink 1 to steer that a good heat dissipation can be made possible by the coolant. For example, as in 2a is indicated, a coolant flow guide element 13 an incoming coolant 6 to the outer surfaces of the heat sink 1 to the target material 2 to steer so as to allow a more effective heat dissipation of the residual heat. In the coolant flow guide element 13 it may be an embedded in the foam or the pores of the heat sink element which z. B. may be formed from sheet metal or other metal moldings for flow guidance act. The flow can then, for example, with the aid of this coolant flow guide element in the direction of the target track or the target field 2 be steered. This can be z. B. be required if the coolant supply and the coolant discharge device has a different diameter than the foam heat sink.
In
einigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung besitzt das Trägermaterial 1 eine Außenoberfläche 1c mit
einem fluiddichten Teil und einem fluiddurchlässigen Teil 1a, 1b.
Ferner ist in dem aufgeschäumten
Material des Trägermaterials 1 ein
fluiddichtes Kühlmittel-Stromführungselement 13 so
eingebettet, dass ein kürzester
Weg für
ein Kühlmittel
von einem ersten Punkt des fluiddurchlässigen Teil zu einem zweiten
Punkt des fluiddurchlässigen Teils
durch das fluiddichte Kühlmittel-Stromführungselement
so verlängert
wird, dass der Weg näher
an dem Targetmaterial 2 vorbeiführt. D. h., das Kühlmittel-Stromführungselement 13 ist
so ausgebildet und in dem Schaumkühlkörper so angeordnet, dass ein Kühlmittel
oder ein Fluid näher
an das Targetmaterial 2, in dem die abzuführende Restwärme beim
Betrieb der Röntgenröhre entsteht,
herangeführt
wird, um so einen besseren Wärmabtransport
zu ermöglichen.In some embodiments of the present invention, the substrate has 1 an outer surface 1c with a fluid-tight part and a fluid-permeable part 1a . 1b , Further, in the foamed material of the carrier material 1 a fluid-tight coolant flow guide element 13 embedded such that a shortest path for a coolant is extended from a first point of the fluid-permeable part to a second point of the fluid-permeable part through the fluid-tight coolant flow guide element so that the path is closer to the target material 2 passes. That is, the coolant flow guide member 13 is formed and arranged in the foam heat sink so that a coolant or a fluid closer to the target material 2 , in which the dissipated residual heat during operation of the X-ray tube, is introduced, so as to allow a better heat dissipation.
In 2b ist
eine schematische Darstellung eines Röntgentargets 20 in
einer Vakuumkammer 10 mit Elektronenquelle 8 gezeigt.
Demnach ist es auch denkbar, dass das Röntgentarget nicht vollständig in der
Vakuumkammer 10 der Röntgenröhre angeordnet
ist, sondern wie in 2b angedeutet ist nur das Targetmaterial 2.
Das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material ist in diesem Ausführungsbeispiel
nicht in der Vakuumkammer der Röntgenröhre 50 angeordnet.
Es ist daher denkbar, dass das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material in diesem Ausführungsbeispiel
keine fluiddichte Außenoberfläche benötigt und
das Targetmaterial 2 in einer Vakuumkammerwand der Vakuumkammer 10 so
eingebaut ist, dass das Vakuum in der Vakuumkammer aufrecht erhalten
werden kann, die Vakuumkammer also gasdicht bzw. fluiddicht verschlossen
ist.In 2 B is a schematic representation of a Röntgentargets 20 in a vacuum chamber 10 with electron source 8th shown. Accordingly, it is also conceivable that the X-ray target is not completely in the vacuum chamber 10 the X-ray tube is arranged, but as in 2 B indicated is only the target material 2 , The carrier material 1 foamed material is not in the vacuum chamber of the x-ray tube in this embodiment 50 arranged. It is therefore conceivable that the carrier material 1 made of foamed material in this embodiment, no fluid-tight outer surface needed and the target material 2 in a vacuum chamber wall of the vacuum chamber 10 is installed so that the vacuum can be maintained in the vacuum chamber, the vacuum chamber is thus sealed gas-tight or fluid-tight.
In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Röntgenröhre 50 mit
einer Elektronenquelle 8 und einem Röntgentarget 20 mit
einem Targetmaterial 2 und einem Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten Material
mit einer fluiddichten Außenoberfläche 1c gezeigt.
In dem Ausführungsbeispiel
in 3 weist die Festanode 2 mit Schaumkühlkörper 1 eine
alternativ angeordnete Kühlmittelzuführung 6 und
Kühlmit telabführung 7 auf.
In diesem Ausführungsbeispiel ist
die Kühlmittelzuführung bzw.
Kühlmittelabführung nebeneinander
angeordnet. Die Röntgenröhre 50 weist
wiederum ein Strahlenaustrittsfenster 9 für eine Röntgenstrahlung 5 auf,
die beim Auftreffen der Elektronen 11 in dem Targetmaterial 2 auftritt.
Der Ort, an dem die Elektronen 11 auf das Targetmaterial 2 auftreffen,
wird auch als Brennfleck 3 bezeichnet. Die Röntgenröhre 50 kann
außerdem
fluiddichte Durchführungen 12 für die Kühlmittelzuführung zu
dem Röntgentarget
und für
die Kühlmittelabführung von dem
Röntgentarget
aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel
in 3 weist das Röntgentarget
bzw. der Kühlkörper eine
Trennwand 14 auf, die als Kühlmittelstromführungselement 13 für das einströmende kalte
Kühlmittel
und das ausströmende
wärmere Kühlmittel
dient.In 3 is another embodiment of an x-ray tube 50 with an electron source 8th and an X-ray target 20 with a target material 2 and a carrier material 1 made of foamed material with a fluid-tight outer surface 1c shown. In the embodiment in 3 has the fixed anode 2 with foam heat sink 1 an alternatively arranged coolant supply 6 and Kühlmit telabführung 7 on. In this embodiment, the coolant supply or coolant discharge is arranged side by side. The x-ray tube 50 again has a beam exit window 9 for an X-ray 5 on, when the electrons strike 11 in the target material 2 occurs. The place where the electrons 11 on the target material 2 Impact is also called a focal spot 3 designated. The x-ray tube 50 can also provide fluid-tight feedthroughs 12 for the coolant supply to the X-ray target and for the coolant discharge from the X-ray target. In the embodiment in 3 the X-ray target or the heat sink has a partition wall 14 on, as a coolant flow guide element 13 for the incoming cold coolant and the outflowing warmer coolant is used.
Wie
in der 4 dargestellt ist, kann das Röntgentarget 20 auch
als rotierende Anode 2 mit Schaumkühlkörper 1 ausgebildet
sein. Die Funktionsweise der übrigen
Elemente wurde bereits oben beschrieben, weshalb sie hier nicht
noch einmal beschrieben werden sollen. Die Röntgenröhre 50 weist in diesem
Ausführungsbeispiel
jedoch ein Röntgentarget 20 auf,
welches als drehbares Röntgentarget 20 ausgebildet
ist, also als rotierende Anode. Der Kühlkörper 1, der beispielsweise
aus Metallschaum ausgebildet ist, kann z. B. die Form eines Zylinders, eines
Ovals oder eines Diskus annehmen, der von einem ringförmigen Targetstreifen 2a umgeben
ist. Der Targetstreifen 2a besteht aus Targetmaterial 2.
Während
des Betriebes der Röntgenröhre 50 kann
sich der Kühlkörper um
seine Längsachse
drehen 4. Dadurch wird die Einwirkung des Brennflecks 3 auf
eine größere Fläche als
bei einer nicht-rotierenden Anode, nämlich auf die Fläche des
Targetstreifens 2a verteilt. Die dem Brennfleck 3 jeweils
abgewandten Teile des Targetstreifens 2a können in
dieser Zeit effektiv durch ein Kühlmittel,
welches durch den Kühlkörper 1 strömt, abgekühlt, also
auf eine niedrigere Temperatur gebracht werden. Im Falle der beweglichen,
drehbaren Anode 20 können
der fluiddichte Auslass bzw. die fluiddichten Durchführungen 12 durch
eine Hohlwellen-Drehdurchführung mit
Magnetflüssigkeitsdichtung
realisiert werden. Der zur Drehung der Anode bzw. zur Drehung des
Röntgentargets
nötige Drehantrieb
kann in diesem Fall ebenfalls außerhalb des Röntgenröhrengehäuses 10 ausgeführt werden (nicht
gezeigt in 3).Like in the 4 is shown, the X-ray target 20 also as a rotating anode 2 with foam heat sink 1 be educated. The operation of the other elements has already been described above, so they should not be described here again. The x-ray tube 50 However, in this embodiment has an X-ray target 20 on which as a rotatable X-ray target 20 is formed, so as a rotating anode. The heat sink 1 , which is formed for example of metal foam, z. B. assume the shape of a cylinder, an oval or a discus, of an annular target strip 2a is surrounded. The target strip 2a consists of target material 2 , During operation of the X-ray tube 50 The heat sink can rotate about its longitudinal axis 4 , This will change the effect of the focal spot 3 to a larger area than a non-rotating anode, namely the area of the target strip 2a distributed. The focal spot 3 each remote parts of the target strip 2a can be effectively at this time by a coolant, passing through the heat sink 1 flows, cooled, so be brought to a lower temperature. In the case of the movable, rotatable anode 20 For example, the fluid-tight outlet or the fluid-tight passages 12 be realized by a hollow shaft rotary feedthrough with magnetic fluid seal. The necessary for rotation of the anode or for rotation of the X-ray target rotary drive can in this case also outside the X-ray tube housing 10 be executed (not shown in 3 ).
In
einigen Ausführungsbeispielen
ist das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material als rotationssymmetrischer Körper mit einer Rotationsachse ausgebildet,
wobei das Targetmaterial 2 in Form eines ringförmigen Targetstreifens 2a an
einer Außenoberfläche des
rotationssysmmetrischen Körpers
angeordnet ist.In some embodiments, the substrate is 1 formed of foamed material as a rotationally symmetrical body with a rotation axis, wherein the target material 2 in the form of an annular target strip 2a is disposed on an outer surface of the rotation-symmetrical body.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist in 5 ein Röntgensystem 100 gezeigt.
Das Röntgensystem 100 weist eine
Röntgenröhre 50,
wie sie beispielsweise oben beschrieben wurde, auf. D. h., die Röntgenröhre kann
u. a. ein Röntgentarget 20 aufweisen,
bei dem das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material eine fluiddichte Außenoberfläche 1c aufweist
und bei dem die fluiddichte Außenoberfläche eine
erste Öffnung 1a für die Kühlmittelzuführung 6 und
eine zweite Öffnung 1b für eine Kühlmittelabführung 7 aufweist,
und wobei eine Elektronenquelle 8, eine Einrichtung 28 zum
Fokussieren der Elektronen und das Röntgentarget 20 in
einem evakuierten Gehäuse 10, der
Vakuumkammer, mit fluiddichten Durchführungen 12 für die Kühlmittelzuführung 6 zu
dem Röntgentarget 20 und
für die
Kühlmittelabführung 7 von dem
Röntgentarget 20 angeordnet
ist. Das Röntgentarget 20 kann,
wie es oben beschrieben wurde, ein Targetmaterial 2 und
ein Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material aufweisen. Durch dieses Röntgentarget kann eine effektive
Abführung
der Restwärme
bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung
ermöglicht
werden. Das Röntgensystem 100 kann
ferner eine Einrichtung 21 zum Erzeugen einer Elektronenemission
in der Röntgenröhre 50 aufweisen.
Die Einrichtung 21 zum Erzeugen einer Elektronenemission
kann beispielsweise eine Stromquelle sein, die die Elektro nenquelle 8,
die als Glühkathode
ausgebildet sein kann, so stark erwärmt, dass thermische Elektronen
ins Vakuum der Röntgenröhre 50 austreten.
Diese Elektronen können
dann mit einer Einrichtung 23 zum Erzeugen einer Hochspannung,
die zwischen der Elektronenquelle 8 und dem Röntgentarget 20 anlegbar
ist, auf das Targetmaterial 2 des Röntgentargets 20 beschleunigt
werden. Die auf das Targetmaterial 2 auftreffenden beschleunigten
Elektronen werden abgebremst und erzeugen dabei eine entsprechende
Röntgenstrahlung 5.
Die Abwärme die
dabei frei wird kann durch das Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material, mit dem sich das Targetmaterial in guter wärmeleitender
Verbindung befindet, effektiv abgeführt werden. Diese effektive Wärmeabfuhr
kann, wie oben bereits beschrieben wurde, durch die große innere
Oberfläche
bzw. Berührungsfläche mit
dem Kühlmittel
und durch die innere Verwirbelungen des Kühlmittels an den Porenstegen
des Kühlkörpers 1 aus
aufgeschäumten
Material erreicht werden. Das Röntgensystem 100 kann dazu
einen Kühlmittelkreislauf 25 aufweisen,
der über
die fluiddichten Durchführungen 12 Kühlmittel für das Röntgentarget
liefern kann und das im Betrieb erwärmte Kühlmittel wieder vom Röntgentarget
abführen
kann. Das in dem Kühlmittelkreislauf
befindliche Kühlmittel
kann dann mit Hilfe eines Pumpsystems 27 des Röntgensystems 100 durch
den Kühlmittelkreislauf
gepumpt werden, so dass eine effektive Abführung der anfallenden Restwärme bei
der Röntgenstrahlenerzeugung
erreicht werden kann. Das Pumpsystem kann also außerhalb
des Vakuums für
die Umwälzung
des Kühlmittels
sorgen.According to a further embodiment of the present invention is in 5 an x-ray system 100 shown. The X-ray system 100 has an x-ray tube 50 , as described above, for example. That is, the X-ray tube may include an X-ray target 20 in which the carrier material 1 made of foamed material, a fluid-tight outer surface 1c and wherein the fluid-tight outer surface has a first opening 1a for the coolant supply 6 and a second opening 1b for a coolant discharge 7 and wherein an electron source 8th , An institution 28 for focusing the electrons and the X-ray target 20 in an evacuated housing 10 , the vacuum chamber, with fluid-tight feedthroughs 12 for the coolant supply 6 to the X-ray target 20 and for coolant removal 7 from the X-ray target 20 is arranged. The X-ray target 20 For example, as described above, a target material may be used 2 and a carrier material 1 made of foamed material. By means of this X-ray target, an effective removal of the residual heat during the generation of the X-ray radiation can be made possible. The X-ray system 100 may also be a device 21 for generating an electron emission in the x-ray tube 50 exhibit. The device 21 for generating an electron emission, for example, be a power source, the nenquelle the electric 8th , which can be formed as a hot cathode, so strongly heated that thermal electrons into the vacuum of the X-ray tube 50 escape. These electrons can then be connected to a device 23 for generating a high voltage between the electron source 8th and the X-ray target 20 can be applied to the target material 2 of the X-ray target 20 be accelerated. The on the target material 2 Accelerated electrons are decelerated and thereby generate a corresponding X-radiation 5 , The waste heat that is released by the carrier material 1 made of foamed material, with which the target material is in good heat-conducting connection, effectively dissipated. As described above, this effective heat dissipation may be due to the large internal surface or area of contact with the coolant and the internal turbulence of the coolant at the pores of the heat sink 1 be achieved from foamed material. The X-ray system 100 can do this with a coolant circuit 25 which, via the fluid-tight passages 12 Can provide coolant for the X-ray target and can dissipate the heated in operation coolant again from the X-ray target. The coolant in the coolant circuit can then be pumped by means of a pumping system 27 of the X-ray system 100 be pumped through the coolant circuit, so that an effective dissipation of the resulting residual heat in the X-ray generation can be achieved. The pumping system can therefore be out of vacuum ensure the circulation of the coolant.
In
einigen Ausführungsbeispielen
kann das Röntgensystem
ferner eine Einrichtung 29 aufweisen, die mit dem Kühlmittelkreislauf 25 so
gekoppelt ist, dass das durch den Betrieb des Röntgensystem erwärmte Kühlmittel 7 nach
dem Durchgang durch den Kühlkörper 1 wieder
abgekühlt
wird. Die Einrichtung 29 kann also so ausgebildet sein,
um das erwärmte
Kühlmittel
wieder auf eine vorbestimmte tiefere Temperatur abzukühlen, so
dass das abgekühlte Kühlmittel
wieder als „kaltes” Kühlmittel 6,
durch das Pumpsystem oder durch andere Einrichtungen angetrieben,
den Kühlkörper 1 erneut
durchströmen
kann. Eine Sekundär-Kühlmaßnahme kann
also für
die Abkühlung
des erwärmten
Kühlmittels
sorgen.In some embodiments, the x-ray system may further comprise means 29 have that with the coolant circuit 25 is coupled so that the heated by the operation of the X-ray system coolant 7 after passing through the heat sink 1 is cooled again. The device 29 Thus, it may be configured to cool the heated coolant back to a predetermined lower temperature, such that the cooled coolant is again referred to as a "cold" coolant 6 driven by the pumping system or by other means, the heat sink 1 can flow through again. A secondary cooling measure can thus ensure the cooling of the heated coolant.
In
einigen Ausführungsbeispielen
kann, wie oben bereits beschrieben, das Röntgentarget 20 als drehbares
Röntgentarget
bzw. als rotierende Anode, ausgebildet sein. Dementsprechend kann
ein Röntgensystem 100 eine
Einrichtung 31 aufweisen, die ausgebildet ist, um das Röntgentarget
mit Targetspur 2a zu drehen, um so die Einwirkung des Brennflecks auf
eine größere Targetmaterialfläche zu verteilen. Die
dem Brennfleck jeweils abgewandten Teile des Röntgentargetstreifens 2a können in
dieser Zeit durch das Kühlmittel
abgekühlt
werden. Ein Röntgensystem 100 kann
natürlich,
was in der 5 nicht gezeigt ist, entsprechende
Computer mit entsprechender Software zur Steuerung, beispielsweise
der Einrichtung zum Erzeugen der Elektronenemission 21, der
Einrichtung zum Erzeugen einer Hochspannung 23, zum Steuern
des Pumpsystems für
den Kühlmittelkreislauf 25 bzw.
falls vorhanden, für
den Drehantrieb 31 aufweisen. Des Weiteren kann ein Röntgensystem
natürlich
auch die entsprechenden bildgebenden Systeme aufweisen (nicht gezeigt
in 5), um die durch das Strahlenaustrittsfenster 9 austretende
und ein Objekt durchdringende Röntgenstrahlung
sichtbar zu machen.In some embodiments, as already described above, the X-ray target 20 be designed as a rotatable X-ray target or as a rotating anode. Accordingly, an X-ray system 100 An institution 31 which is formed to the X-ray target target track 2a to rotate, so as to distribute the effect of the focal spot on a larger target material surface. The focal spot respectively facing away from the X-ray target strip 2a can be cooled by the coolant during this time. An x-ray system 100 Of course, something in the 5 not shown, corresponding computer with appropriate software for controlling, for example, the means for generating the electron emission 21 The device for generating a high voltage 23 , for controlling the pumping system for the coolant circuit 25 or, if available, for the rotary drive 31 exhibit. Furthermore, of course, an X-ray system can also have the corresponding imaging systems (not shown in FIG 5 ), through the beam exit window 9 emerging and an object penetrating X-ray radiation visible.
Das
Röntgentarget 20 kann
in Röntgenröhren mit
einem typischen Röntgenenergiebereich
bis 450 kV Beschleunigungsspannung eingesetzt werden.The X-ray target 20 can be used in X-ray tubes with a typical X-ray energy range up to 450 kV acceleration voltage.
In
einigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser D des Schaumkühlkörpers 1 bzw.
des Trägermaterials
aus aufgeschäumten
Material beispielsweise zwischen 10 mm und 150 mm liegen. Die Länge L des Schaumkühlkörpers kann
z. B. bis 40 mm lang sein. Die Porendichten des Trägermaterials
aus aufgeschäumten
Material sollte entsprechend passend zur Durchflussgeschwindigkeit
des Kühlmittels
gewählt werden.In some embodiments of the present invention, the diameter D of the foam heat sink 1 or the carrier material of foamed material, for example, between 10 mm and 150 mm. The length L of the foam heat sink may, for. B. be up to 40 mm long. The pore densities of the foamed material carrier should be selected according to the flow rate of the refrigerant.
Der
Kühlkörper 1 aus
dem aufgeschäumten Material
kann als vollständig
ausgefüllter
Kühl- bzw. Schaumkühlkörper oder
auch als Hohlkörper,
z. B. als Hohlzylinder ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann
die Wand zum Hohlraum ebenfalls fluiddicht sein. Die Durchflussgeschwindigkeit
des Kühlmittels durch
den Kühlkörper 1 kann
in einigen Ausführungsbeispielen
beispielsweise 10 mm/s bis 2 m/s betragen. Als Kühlmittel können sowohl flüssige als
auch gasförmige
Stoffe, also allgemein Fluide benutzt werden. Als Kühlmittel
können
z. B. Wasser, Öle,
Helium, Stickstoff, Luft etc. zum Einsatz kommen.The heat sink 1 from the foamed material can be used as a completely filled cooling or foam cooling body or as a hollow body, for. B. be designed as a hollow cylinder. In the latter case, the wall to the cavity may also be fluid-tight. The flow rate of the coolant through the heat sink 1 may be, for example, 10 mm / s to 2 m / s in some embodiments. As a coolant, both liquid and gaseous substances, ie generally fluids can be used. As a coolant z. As water, oils, helium, nitrogen, air, etc. are used.
Wie
in einigen Ausführungsbeispielen
gezeigt ist, kann in dem aufgeschäumten Material des Trägermaterials
bzw. des Kühlkörpers 1 ein
Kühlmittelstromführungselemente
angeordnet sein, welches z. B. aus Blech oder einem Metallformteil
ausgebildet ist. Durch diese Kühlmittelstromführungselemente kann
die Strömung
des Kühlmittels
beispielsweise in Richtung der Röntgentargetspur 2a (bei
rotierenden Targetanoden) bzw. des Targetfeldes 2 gelenkt
werden. Dies kann erforderlich sein, wenn die Kühlmittelzuführung- und Abführungsvorrichtung
einen anderen Durchmesser als der Schaumkühlkörper 1 aufweist. In
einigen Ausführungsbeispielen
kann das Targetmaterial 2 ein Material mit einer hohen
Kernladungszahl sein. Beispielsweise kann die Kernladungszahl Z > 20 sein. Materialien,
die als Targetmaterial eingesetzt werden können, sind beispielsweise Metalle,
wie Wolfram, Molybdän,
Gold, Platin, Blei oder Kupfer. Die Dicke des Targetmaterials 2 kann beispielsweise
zwischen 10 μm
und 2 mm liegen. Wie in einigen Ausführungsbeispielen gezeigt ist, kann
die Anode bzw. das Röntgentarget
drehbar gelagert sein. Die Drehgeschwindigkeit der beweglichen Anode
mit dem Schaumkühlkörper 1 kann
in einigen Ausführungsbeispielen
zwischen 10 Hz und 300 Hz liegen.As shown in some embodiments, in the foamed material of the substrate or the heat sink 1 a coolant flow guide elements may be arranged which z. B. is formed of sheet metal or a metal molding. By these coolant flow guide elements, the flow of the coolant, for example, in the direction of the X-ray target track 2a (with rotating target anodes) or the target field 2 be steered. This may be necessary if the coolant supply and discharge device has a different diameter than the foam heat sink 1 having. In some embodiments, the target material may be 2 a material with a high atomic number. For example, the atomic number Z can be> 20. Materials which can be used as the target material are, for example, metals such as tungsten, molybdenum, gold, platinum, lead or copper. The thickness of the target material 2 may for example be between 10 microns and 2 mm. As shown in some embodiments, the anode or the X-ray target may be rotatably mounted. The rotational speed of the moving anode with the foam heat sink 1 may be between 10 Hz and 300 Hz in some embodiments.
In
alternativen Ausführungsbeispielen
für ein Röntgentarget
kann die gesamte Röntgentarget-/Kühlkörperkonstruktion,
al so das Röntgentarget 20 mit
dem Targetmaterial 2 und dem Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material aus offenporigen, aber zur Außenseite hin geschlossenem
Targetmaterialschaum, z. B. Wolframschaum gefertigt werden.In alternative embodiments for an X-ray target, the entire X-ray target / heat sink design may be the X-ray target 20 with the target material 2 and the carrier material 1 of foamed material of open-pore, but closed to the outside target material foam, z. B. tungsten foam are made.
In 6 ist
in einem Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel
zum Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung dargestellt.
Demnach kann das Verfahren ein Beschleunigen 110, oder
ein Richten eines Elektronenstrahls, der auf ein Röntgentarget mit
einem Targetmaterial und einem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material
trifft und ein Durchleiten 112 eines Kühlmittels durch das Trägermaterial aus
aufgeschäumten
Material aufweisen. Durch das Durchleiten des Kühlmittels durch das Trägermaterial aus
aufgeschäumten
Material kann die große
innere Berührungsfläche des
aufgeschäumten
Trägermaterials
mit dem Kühlmittel
ausgenutzt werden, um die Wärme,
die bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung entsteht,
vom Targetmaterial 2 effektiv und in einer verbesserten
Weise als bei herkömmlichen
Kühlmethoden
abzuführen.
Ein Grund für
diesen verbesserten Wärmeabtransport
ist auch in der inneren Verwirbelung des Kühlmittels in dem aufgeschäumten Material
und seinen entsprechenden Porenstegen beim durchleiten des Kühlmittels
zu sehen. Durch diese innere Verwirbelung des Kühlmittels ist es nun möglich das
Kühlmittel
in einer extrem effektiven Weise einzusetzen, d. h. schnell und
mit einem hohen Wärmeaustauschwirkungsgrad,
um die Wärme
vom Röntgentarget
abzutransportieren.In 6 is shown in a flowchart an embodiment of the method for generating X-radiation. Thus, the method can accelerate 110 , or directing an electron beam which strikes an X-ray target with a target material and a foamed material carrier and passing it through 112 a coolant through the carrier material of foamed material. By passing the coolant through the carrier material made of foamed material, the large inner contact surface of the foamed carrier material can be exploited with the coolant to the heat generated during the generation of X-radiation arises from the target material 2 dissipate effectively and in an improved manner than conventional cooling methods. One reason for this improved heat removal is also seen in the internal swirling of the coolant in the foamed material and its corresponding pores when passing the coolant. By this internal swirl of the coolant, it is now possible to use the coolant in an extremely effective manner, ie, quickly and with a high heat exchange efficiency, to carry away the heat from the X-ray target.
In
anderen Ausführungsbeispielen
kann das Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung ein Erzeugen
von freien Elektronen in einer evakuierten Röntgenröhre aufweisen. Weiterhin kann
das Verfahren ein Fokussieren der Elektronen mittels einer Elektronenfokussierungseinrichtung 28 und
ein Beschleunigen der freien Elektronen auf ein Röntgentarget 20 mit
einem Targetmaterial 2 und einem Trägermaterial 1 aus
aufgeschäumten
Material aufweisen. Außerdem
kann das Verfahren ein Abbremsen der freien Elektronen zumindest
in dem Targetmaterial 2 aufweisen, so dass eine Röntgenstrah lung emittiert
wird und ferner ein Abführen
der bei der Abbremsung entstehenden Wärme vom Röntgentarget 20 bzw.
genauer vom Targetmaterial 2 durch Durchströmen des
Trägermaterials 1 aus
aufgeschäumten Material
mit einem Kühlmittel
und durch innere Verwirbelung des Kühlmittels an dem aufgeschäumten Material.In other embodiments, the method of generating X-radiation may include generating free electrons in an evacuated X-ray tube. Furthermore, the method can focus the electrons by means of an electron focusing device 28 and accelerating the free electrons to an X-ray target 20 with a target material 2 and a carrier material 1 made of foamed material. In addition, the method may include decelerating the free electrons at least in the target material 2 have, so that a Röntgenstrah ment is emitted and further discharging the heat generated during the deceleration of the X-ray target 20 or more precisely of the target material 2 by flowing through the carrier material 1 made of foamed material with a coolant and by internal swirling of the coolant to the foamed material.
Das
Erzeugen von freien Elektronen in einer evakuierten Röntgenröhre kann
beispielsweise durch thermische Emission von Elektronen aus einer
Glühkathode
in der Röntgenröhre oder
durch Feldemission aus einer entsprechenden Kathode erreicht werden.
Das Beschleunigen der freien Elektronen auf ein Röntgentarget
mit einem Targetmaterial und einem Trägermaterial aus aufgeschäumten Material
kann beispielsweise durch Anlegen einer Hochspannung zwischen der
oben erwähnten
Kathode und dem Röntgentarget,
das als Anode dient, erreicht werden. Das Abbremsen der freien Elektronen
kann dann so durchgeführt
werden, dass es in einem Targetmaterial mit einer entsprechend hohen
Kernladungszahl abgebremst wird, so dass eine Röntgenstrahlung emittiert wird.
Das Abführen
der beim Abbremsen entstehenden Wärme vom Röntgentarget kann so durchgeführt werden,
dass das Trägermaterial
aus aufgeschäumten
Material mit einem Kühlmittel durchströmt wird,
wobei durch die große
innere Berührungsfläche des
aufgeschäumten
Trägermaterials mit
dem Kühlmittel
ausgenutzt wird, um die Wärme vom
Röntgentarget
besser als mit herkömmlichen Kühlmethoden,
abgeführt
werden kann. Dies wird auch die durch die innere Verwirbelung des
Kühlmittels
in dem aufgeschäumten
Material und seinen entsprechenden Porenstegen erreicht.The
Generating free electrons in an evacuated X-ray tube can
for example, by thermal emission of electrons from a
hot cathode
in the x-ray tube or
be achieved by field emission from a corresponding cathode.
Accelerating the free electrons on an X-ray target
with a target material and a carrier material made of foamed material
For example, by applying a high voltage between the
mentioned above
Cathode and the x-ray target,
which serves as an anode can be achieved. The deceleration of the free electrons
can then be done like this
be that in a target material with a correspondingly high
Atomic number is decelerated, so that an X-ray radiation is emitted.
The discharge
the heat generated by the X-ray target during braking can be carried out in such a way that
that the carrier material
frothed
Material is flowed through with a coolant,
being by the big one
inner contact surface of the
frothed
Carrier material with
the coolant
is used to heat the
X-ray target
better than with conventional cooling methods,
dissipated
can be. This will also be the result of the inner vortex of the
refrigerant
in the frothed
Material and its corresponding pore bridges achieved.
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren kann
es ermöglicht
werden, die Brennfleckgröße der auf
das Targetmaterial des Röntgentargets
auftreffenden Elektronen zu minimieren und gleichzeitig eine maximale
Ausbeute an Röntgenquanten
zu erzielen. Das Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung kann durch eine
verbesserte Wärmeabfuhr vom
Targetmaterial eine verlängerte
ununterbrochene Betriebeszeit einer Rönt genröhre 50 bzw. eines Röntgensystems 100 ermöglichen.
Gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann ein Röntgentarget 20 eine
längere
Lebensdauer aufweisen, da eine hitzebedingte Beschädigung des
Röntgentargets
durch die verbesserte Wärmeabfuhr
vermindert bzw. zeitlich verzögert
wird. In Ausführungsbeispielen
zum Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung kann durch eine
höhere
Beschleunigung der freien Elektronen, z. B. durch Anlegen einer höheren Beschleunigungsspannung
oder durch einen höheren
Röhrenstrom
als bei vergleichbaren Röntgenssystemen
ohne verbesserte Wäremabfuhr, eine
größere zulässige Röntgenröhrenleistung
bei gleicher Brennfleckgröße bzw.
ein kleinerer Brennfleck bei gleicher Röhrenleistung erzielt werden.
Dadurch kann eine verbesserte Ortsauflösung von Objektstrukturen erzielt
werden und auch eine verlängerte
ununterbrochene Betriebszeit der Röntgenröhre erreicht werden, da das
Abführen
der bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung
entstehenden Wärme
vom Röntgentarget,
effizienter als in herkömmlichen
Röntgensystemen
durchgeführt
werden kann.The method according to the invention makes it possible to minimize the focal spot size of the electrons incident on the target material of the X-ray target, and at the same time to achieve a maximum yield of X-ray quanta. The method of generating X-radiation may provide an extended uninterrupted operating time of an X-ray tube by improved heat dissipation from the target material 50 or an X-ray system 100 enable. According to embodiments of the present invention, an X-ray target 20 have a longer life, since a heat-related damage of the X-ray target is reduced or delayed by the improved heat dissipation. In exemplary embodiments of the method for the generation of X-radiation, by a higher acceleration of the free electrons, for. B. by applying a higher acceleration voltage or by a higher tube current than comparable X-ray systems without improved Wäremabfuhr, a larger allowable X-ray tube performance at the same focal spot size or a smaller focal spot with the same tube performance can be achieved. As a result, an improved spatial resolution of object structures can be achieved and also an extended uninterrupted operating time of the X-ray tube can be achieved, since the dissipation of the heat generated during the generation of the X-radiation from the X-ray target can be carried out more efficiently than in conventional X-ray systems.