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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre mit einer Kathode und einer
Anode und mit einer Einfangvorrichtung zum Einfang der im Betriebszustand
der Röntgenröhre von
der Anode rückgestreuten
Elektronen. Sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben
einer derartigen Röntgenröhre.
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Zur
Erzeugung von Röntgenstrahlen
mit einer Röntgenröhre werden
im Betriebszustand der Röntgenröhre an einer
negativ geladenen Kathode Elektronen freigesetzt, die durch ein
elektrisches Feld in Richtung einer positiv geladenen Anode beschleunigt
werden. Die Elektronen, die auf die Anode im so genannten Brennfleck
prallen, geben dort ihre Energie zumindest teilweise in Form von
Röntgenstrahlung
ab, welche durch ein Austrittsfenster im Gehäuse der Röhre nach außen gelangt und zur Erstellung
von Röntgenaufnahmen
verwendet werden kann.
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Röntgenröhren können in
einpoliger Bauweise konstruiert sein, wobei die Anode geerdet ist
und die Kathode auf einem dazu relativen negativen Potential liegt.
Alternativ dazu ist in zweipoliger Bauweise typischerweise das Gehäuse der
Röntgenröhre geerdet,
und Kathode bzw. Anode liegen relativ dazu auf negativem bzw. positivem
Potential.
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Im
Betriebszustand der Röntgenröhre prallt ein
Teil der die Anode erreichenden Elektronen von ihr zurück und wird
anschließend
durch das elektrische Feld zwischen Kathode und Anode erneut in Richtung
der Anode beschleunigt. Dieser Prozess tritt verstärkt in zweipoligen
Röntgenröhren auf,
in denen die Anode im Verhältnis
zum geerdeten Gehäuse ein
positives Potential hat. Diese Elektronen treffen gewöhnlich nicht
im Brennfleck auf und führen
zu unerwünschter
Extrafokal strahlung. Zudem entspricht ihre Energie nicht der der
gewünschten
Röntgenstrahlung.
Durch diese unerwünschten
Effekte wird die Güte
der produzierten Röntgenstrahlung
negativ beeinträchtigt,
was sich negativ auf die Bildqualität eines mit dieser Strahlung
gewonnenen Röntgenbildes auswirkt.
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Um
diese Beeinträchtigungen
zu vermeiden, kann zwischen Kathode und Anode eine Einfangvorrichtung
in die Röntgenröhre eingesetzt
werden, deren Aufgabe es ist, die von der Anode rückgestreuten Elektronen
zu absorbieren und so zu verhindern, dass sie erneut in Richtung
Anode beschleunigt werden.
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Es
sind Einfangvorrichtungen zum Einfang der von der Anode rückgestreuten
Elektronen bekannt, die in Form eines Schachtes oder speziell ausgeformten
Mittelteils zwischen Kathode und Anode ausgebildet sind. In diese
oft als Rückstreuelektronenfänger (RSE-Fänger) bezeichneten
Bauteile wird durch den Aufprall der Elektronen überwiegend thermische Energie
deponiert. Deshalb müssen
zu ihrer Konstruktion geeignete Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit
verwendet und die Wärme
auf geeignete Art abgeführt
werden. Rückgestreute
Elektronen, die den Rückstreuelektronenfänger nicht
erreichen, prallen wieder auf die Anode und heizen sie somit zusätzlich auf.
Dabei erzeugen sie unerwünschte
Extrafokalstrahlung.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Einfangvorrichtung
bereitzustellen, bei welcher bei hoher Güte des Brennfleckes eine unerwünschte Energiedeposition
in Einfangvorrichtung und Anode durch die rückgestreuten Elektronen möglichst
gering gehalten ist. Des weiteren soll ein entsprechendes Betriebsverfahren
angegeben werden.
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Bezüglich der
Röntgenröhre wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem
die Einfangvorrichtung gegenüber
der Anode und der Kathode elektrisch isoliert ist und auf einem
elektrischen Potential liegt, dessen Wert zwischen dem Wert des
elektrischen Potentials der Anode und dem Wert des elektrischen
Potentials der Kathode liegt, und wobei der Betrag der Differenz
zwischen dem Potential der Einfangvorrichtung und dem Potential
der Anode in einem Bereich von 1% bis 40% des Betrages der Differenz
zwischen dem Potential der Kathode und dem Potential der Anode liegt.
Besonders bevorzugt ist dabei ein Wert aus dem Bereich von 20% bis
40%.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass zur Vermeidung bzw. Verminderung der Deposition von thermischer
Energie in Einfangvorrichtung und Anode durch rückgestreute Elektronen diese Elektronen
abgebremst werden sollten, um so kinetische Energie zu verlieren.
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Gleichzeitig
kann durch ein negatives Beschleunigen, d. h. Abbremsen, der Elektronen
auch die Qualität
der Röntgenstrahlung
verbessert werden. Abgebremste Elektronen, die die Einfangvorrichtung
nicht erreichen, werden zwar wieder in Richtung der Anode beschleunigt.
Wenn ihre Energie bei erneutem Aufprall auf die Anode jedoch gering
genug ist, trägt
die von ihnen erzeugte elektromagnetische Strahlung im günstigsten
Fall nicht zur Röntgenstrahlung
bei und wird im Austrittsfenster absorbiert.
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Das
Abbremsen der rückgestreuten
Elektronen kann nun erreicht werden, indem die Einfangvorrichtung
auf ein elektrisches Potential gesetzt wird, das auf geeignete Art
zwischen dem elektrischen Potential der Kathode und dem elektrischen
Potential der Anode liegt. Dazu muss die Einfangvorrichtung gegenüber den
umliegenden Bauteilen elektrisch isoliert werden.
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Die
konkrete Wahl für
das Potential der Einfangvorrichtung ergibt sich dabei beispielhaft
aus folgender Überlegung:
Die Energie, die ein Elektron durch Beschleunigung in einem Potentialgefälle erreicht,
ist gegeben durch das Produkt aus der Elektronenladung und dem Potentialgefälle. Bei
einer Potentialdifferenz von circa 60 kV zwischen Einfangvorrichtung und
Anode erreichen rückgestreute
Elektronen die maximale Energie von 60 keV. Photonen mit derartigen
maximalen Energien werden aber im Austrittsfenster der Röntgenröhre im Wesentlichen
absorbiert. Bei einer typischen Potentialdifferenz in zweipoligen
Röntgenröhren von
im Wesentlichen 150 kV entsprechen 60 kV nun 40% dieser Differenz. Noch
geringere Photonenenergien können
entsprechend durch die Wahl höherer
Potentiale der Einfangvorrichtung erreicht werden.
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Die
Potentialdifferenz zwischen der Einfangvorrichtung und der Anode
kann zu einem weiteren vorteilhaften Effekt führen. Bei geeigneter Ausformung
der Einfangvorrichtung kann das im Raumbereich zwischen der Einfangvorrichtung
und der Anode liegende elektrische Feld als elektrostatische Linse
für den
Elektronenstrahl wirken. Durch die an Einfangvorrichtung und Anode
anliegenden Potentiale und die dadurch definierten Randbedingungen
für das
elektrische Feld können
bei geeignet gewählter Geometrie
die Feldlinien Komponenten senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahls
erhalten, welche Elektronen, die sich aufgrund der gegenseitigen
elektrostatischen Abstoßung
von der optimalen Flugbahn entfernen, wieder in Richtung der Brennfleckmitte führen. Der
Effekt der Raumladungsvergrößerung kann
auf diese Weise vermindert werden. Dies ist im besonderen Maße wichtig,
da bei Nutzung einer Einfangvorrichtung die Fluglänge der
Elektronen gewöhnlich
länger
ist als bei Röntgenröhren ohne
ein entsprechendes Bauteil.
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Die
Röntgenröhre ist
vorteilhafterweise von einem geerdeten Gehäuse umgeben. Da die Einfangvorrichtung
erfindungsgemäß auf ein
elektrisches Potential gelegt wird, dessen Wert in spezifischer
Weise und in Abhängigkeit
von der Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode vorgegeben
ist, ist die Einfangvorrichtung gegenüber dem Gehäuse vorzugsweise elektrisch
isoliert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Röntgenröhre zweipolig
ausgestaltet. Sowohl Anode als auch Kathode sind gegenüber dem
geerdeten Gehäuse
elektrisch isoliert. Anode und Kathode liegen dabei auf Potentialen,
die dem Betrag nach im Wesentlichen gleich sind, sich aber im Vorzeichen unterscheiden.
Als besonders günstig
erweist sich bei dieser Art der Röntgenröhre, wenn die Kathode auf einem
Potential von im Wesentlichen –75
kV und die Anode auf einem Potential von im Wesentlichen +75 kV
liegt, wobei beide Potentiale relativ zum Potential des Gehäuses angegeben
sind. Die Einfangvorrichtung wird dann bevorzugt auf ein Potential
gesetzt, das im Verhältnis
zum Potential des Gehäuses einen
Wert hat, der zwischen 20 und 40 kV liegt.
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Die
maximale Energie, welche die von der Anode rückgestreuten Elektronen bei
ihrem zweiten Aufprall auf die Anode erreichen können, wird durch das elektrische
Potential der Einfangvorrichtung bestimmt. Durch eine geeignete
Wahl dieses Potentials lässt
sich erreichen, dass die elektromagnetische Strahlung dieser Elektronen
in einem solchen Energiebereich liegt, dass sie von dem Austrittsfenster
in dem Gehäuse
der Röntgenröhre absorbiert
wird. Somit trägt
sie nicht zur emittierten Röntgenstrahlung bei
und die Qualität
der Röntgenstrahlung
erfährt
keine Minderung.
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Die
von der Einfangvorrichtung eingefangenen Elektronen deponieren in
ihr thermische Energie, wodurch sich die Einfangvorrichtung aufheizt.
Diese Wärme
sollte in geeignetem Maße
abgeführt
werden. Deshalb sind in die Einfangvorrichtung vorteilhafterweise
Kühlkanäle eingelassen.
Im Betriebszustand der Röhre
wird durch diese Kühlkanäle eine
Kühlflüssigkeit
zirkuliert. Dazu sind Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel mit den Kühlkanälen verbunden.
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Um
eine elektrische Isolation der Einfangvorrichtung gegenüber Anode,
Kathode und Gehäuse zu
gewährleisten,
weisen die Zu- und Ableitungen vorteilhafterweise elektrisch isolierende
Abschnitte auf. Diese sind vorzugsweise als rohrförmige Keramikisolatoren
ausgebildet.
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Die
Einfangvorrichtung sollte unterschiedliche Aufgaben erfüllen können. Sie
sollte, wie oben bereits beschreiben, auf ein wohldefiniertes elektrisches
Potential gelegt werden können
und deshalb elektrisch von der Umgebung isoliert sein. Weiterhin ist
ihre Aufgabe, die auf sie einfallenden Elektronen zu stoppen. Die
dabei entstehende Wärme
sollte abgeleitet werden. Diesen Anforderungen kann durch einen
Aufbau der Einfangvorrichtung aus mehreren Schichten, die jeweils
unterschiedliche Eigenschaften haben und aus jeweils geeigneten
Materialien angefertigt sind, genüge getan werden. Die kathodenzugewandte
Schicht ist dabei vorzugsweise dicker als die anderen Schichten
und bildet gewissermaßen den
Grundwerkstoff der Einfangvorrichtung.
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Die
Einfangvorrichtung sollte gegenüber
der Kathode, der Anode und vorzugsweise dem Gehäuse elektrisch isoliert sein.
Die elektrische Isolation der Einfangvorrichtung kann durch eine
elektrisch isolierende Schicht erreicht werden, wobei als Materialien vorteilhafterweise
Al2O3 und/oder SiC
verwendet werden können.
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Die äußerste,
der Anode zugewandte Oberflächenschicht
ist dazu ausgelegt, die rückgestreuten Elektronen
zu stoppen. Eine weitere Anforderung bzw. Nebenbedingung besteht
darin, dass sie elektrisch leitfähig
sein muss, damit sie eine Äquipotentialfläche bildet,
an die ein definiertes elektrisches Potential angelegt werden kann.
Dazu sollten elektrisch leitfähige
Materialien verwendet werden, insbesondere Metalle oder leitfähige Keramiken
mit einer Ordnungszahl kleiner oder gleich 14. Dazu eigenen sich beispielsweise
Al, Be, C, LP:SiC, Si-SiC.
Weiterhin hat die Oberflächenschicht
vorteilhafterweise eine Dicke zwischen 10 und 300 μm.
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Um
die deponierte thermische Energie abzuleiten, hat die Einfangvorrichtung
vorteilhafterweise eine Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die beispielsweise
eines oder mehrere der Materialien Cu, CuODS, oder SiC enthalten
kann. Diese Schicht kann gewissermaßen als der Grundwerkstoff
der Einfangvorrich tung betrachtet werden und befindet sich vorzugsweise
auf der kathodenzugewandten Seite.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem
die Einfangvorrichtung auf ein elektrisches Potential gesetzt wird,
dessen Wert zwischen dem Wert des elektrischen Potentials der Anode
und dem Wert des elektrischen Potentials der Kathode liegt, und
wobei der Betrag der Differenz zwischen dem Potential der Einfangvorrichtung
und dem Potential der Anode in einem Bereich von 1% bis 40% des
Betrages der Differenz zwischen dem Potential der Kathode und dem Potential
der Anode liegt.
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Das
bedeutet, das Potential der Einfangvorrichtung wird vorzugsweise
so eingestellt, dass die rückgestreuten
Elektronen bei erneutem Aufprall auf der Anode und darauf folgender
Photonenemission keinen Beitrag zur Röntgenstrahlung liefern. Zusätzlich kann
die Deponierung von Wärme
in die Einfangvorrichtung und die Anode in optimierter Weise verteilt
und jeweils möglichst
gering gehalten werden.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch eine gezielte Beaufschlagung eines Rückstreuelektronenfängers einer
Röntgenröhre mit
einem elektrischen Potential, dessen Wert in Relation zum Potential
der Anode und der Kathode geeignet gewählt ist, eine Beeinträchtigung
der Röntgenstrahlung
durch Extrafokalstrahlung weitgehend vermieden werden kann.
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Im
Betriebszustand der Röntgenröhre deponieren
die Elektronen sowohl in der Anode als auch in der Einfangvorrichtung,
und gegebenenfalls noch in anderen Bauteilen, Energie. Als weiterer
Vorteil der Erfindung erweist sich nun, dass durch eine geeignete
Wahl des elektrischen Potentials der Einfangvorrichtung der Anteil
der in der Einfangvorrichtung deponierten Energie beeinflusst werden
kann. Es kann nun optimal eingestellt werden, welcher Anteil der Gesamtenergie
in der Einfangvorrichtung, und welcher Anteil in der Anode deponiert wird.
Dabei sollten alle Bauteile eine möglichst geringe Energiemenge aufnehmen.
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Als
weiterer Vorteil erweist sich, dass durch das Abbremsen der Elektronen
die Anzahl der Elektronen, die in der Einfangvorrichtung gestoppt
werden, erhöht
wird. Bei hoher Energie ist es wahrscheinlich, dass die Elektronen
im Streuprozess nur einen Teil ihrer Energie abgeben und dann die
Einfangvorrichtung wieder verlassen. Dieser Effekt ist jedoch klein – für eine Potentialdifferenz
von 20% bis 40% zwischen Einfangvorrichtung und Anode wird rund
0,5% bis 1% mehr Energie in der Einfangvorrichtung deponiert.
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Da
bei Anlegen eines geeignet gewählten Potentials
an der Einfangvorrichtung von der insgesamt zur Erzeugung der Röntgenstrahlung
aufgewendeten Energie derjenige Anteil, der in der Einfangvorrichtung
oder in der Anode in Wärme
umgewandelt wird, möglichst
gering gehalten werden kann, wird für die Erzeugung der Röntgenstrahlung Energie
eingespart. Zudem wird die Belastung der Oberfläche der Einfangvorrichtung
möglichst
gering gehalten. Dadurch kann die Lebensdauer dieser Komponente
erhöht
werden. Alternativ kann die Einfangvorrichtung dadurch kompakt gebaut
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematisierter
Darstellung:
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1 einen
Querschnitt durch eine Röntgenröhre mit
einer Kathode, einer Anode und einer Einfangvorrichtung, die von
einem Gehäuse
mit einem Austrittsfenster für
Röntgenstrahlung
umgeben ist, in einer bevorzugten Ausführungsform,
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2 einen
detailierten Querschnitt durch einen Teil der Röntgenröhre gemäß 1 im Bereich der
Einfangvorrichtung und der Anode, wobei an die Einfangvorrich tung
und die Anode ein elektrisches Potential angelegt ist,
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3 den
Querschnittgemäß 3,
wobei an der Einfangvorrichtung kein elektrisches Potential anliegt,
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4 die
Einfangvorrichtung der Röntgenröhre in perspektivischer
Ansicht mit Zu- und Ableitungen für Kühlmittel sowie Keramikisolatoren,
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5 einen
Querschnitt durch die Einfangvorrichtung gemäß 4, und
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6 ein
Diagramm zur Transmission von Röntgenstrahlung
durch Titan als Funktion der primären Elektronenenergie.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
Röntgenröhre 1 gemäß 1 umfasst eine
Kathode 2, eine Anode 3 und eine Einfangvorrichtung 4.
Im Betriebszustand der Röhre
werden die aus der Kathode 2 austretenden Elektronen durch
ein elektrisches Feld in Richtung der Anode 3 beschleunigt.
Dabei führen
die Elektronenbahnen durch einen Korridor 5 in der Einfangvorrichtung 4 zur
Anode 3. Beim Auftreffen der Elektronen auf der Anode 3 erzeugen
sie Röntgenstrahlung,
welche durch ein Austrittsfenster 6, das in das Gehäuse 7 der
Röntgenröhre eingelassen
ist, nach außen
gelangt. Dabei treten sekundäre
Prozesse auf, wenn ein Anteil der Elektronen von der Anode 3 zurück in Richtung
der Kathode 2 gestreut wird. Diese Elektronen werden beispielsweise,
in Abhängigkeit
von ihrer Energie, entweder in der Einfangvorrichtung 4 gestoppt,
oder, wenn sie sie nicht erreichen, wieder in Richtung der Anode 3 beschleunigt
und erzeugen dort beim Auftreffen sekundäre Strahlung.
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Die
Einfangvorrichtung 4 liegt nun auf einem elektrischen Potential,
dergestalt, dass die von der Anode 3 rückgestreuten Elektronen verlangsamt werden
und dadurch kinetische Energie verlieren. Bei geeignet gewähltem Potential,
nämlich
wenn die Potentialdifferenz zwischen der Einfangvorrichtung 4 und
der Anode 3 in einem Bereich von 1% bis 40% der Potentialdifferenz
zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 liegt,
bewirken die rückgestreuten
Elektronen, die die Einfangvorrichtung 4 nicht erreichen, eine
derartige maximale Photonenenergie, dass die von ihnen beim wiederholten
Auftreffen auf der Anode 3 emittierte Strahlung im Austrittsfenster 6 vollständig oder
fast vollständig
absorbiert wird.
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Die 2 zeigt
einen Ausschnitt aus der Röntgenröhre 1,
welcher die Anode 3 und den anodenzugewandten Teil der
Einfangvorrichtung 4 umfasst. Durch den Korridor 5 tritt
ein Elektronenstrahl 8, der von der Kathode 2 (nicht
eingezeichnet) emittiert wird, und trifft die Anode im Brennfleck 9.
Die elektrischen Potentiale, die an der Anode 3 und der Einfangvorrichtung 4 anliegen,
definieren Randbedingungen für
das elektrische Potential im Bereich zwischen der Einfangvorrichtung 4 und
der Anode 3. Die Äquipotentialflächen 10 des
elektrischen Potentials laufen in unmittelbarer Nähe der Anode 3 parallel zur
Anodenoberfläche
und in unmittelbarer Nähe
zur Einfangvorrichtung 4 parallel zu ihrer äußeren Oberfläche. Da
der Gradient des elektrischen Feldes, der die Richtung der stärksten Änderung
des Potentials angibt, senkrecht auf den Äquipotentialflächen 10 steht,
zeigt dieser in der Nähe
der Strahlachse in Richtung Strahlmitte. Das elektrische Potential
zwischen Einfangvorrichtung 4 und Anode 3 wirkt
somit als elektrostatische Linse, die die Elektronen in Richtung
der Strahlmitte fokussiert. Dadurch wird der Effekt der Raumladungsvergrößerung vermindert,
der entsteht, wenn sich die Elektronen während ihres Fluges von der
Kathode 2 zur Anode 3 gegenseitig aufgrund der
zwischen ihnen wirkenden repulsiven Coulombkraft abstoßen und
dadurch ihren räumlichen
Abstand zueinander vergrößern.
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Eine
baulich und geometrisch identische Einfangvorrichtung 4,
die nicht auf einem Potential mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen
Wert liegt, ist zum Vergleich in der 3 gezeigt.
Die von der Kathode 2 (nicht eingezeichnet) emittierten
Elektronen fliegen durch den Korridor 5 und treffen die
Anode 3 im Brennfleck 9. Der Effekt der Raumladungsvergrößerung ist
in diesem Falle größer als
beim Anliegen eines Potentials mit dem oben genannten Wert, was zu
einem größeren Brennfleck 9 auf
der Anode 3 führt,
da kein als elektrostatische Linse wirkendes Feld zwischen Einfangvorrichtung 4 und
Anode 3 liegt.
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Damit
die in der Einfangvorrichtung 4 gemäß 4 durch
den Elektronenbeschuss entstehende Wärme abgeleitet werden kann,
können
Kühlkanäle (nicht
eingezeichnet) in die Einfangvorrichtung 4 eingelassen
sein. Diese sind durch eine Zuleitung 12 und eine Ableitung 14 mit
einem Kühlmittelkreislauf (nicht
eingezeichnet) verbunden. An die Zu- und Ableitungen 12, 14 kann
durch eine Spannungsquelle 16 eine Spannung angelegt werden,
um so die Einfangvorrichtung 4 bzw. deren der Anode 3 zugewandte
Oberfläche
mit dem gewünschten
elektrischen Potential zu beaufschlagen. In die Zu- und Ableitungen 12, 14 sind
rohrförmige
Keramikisolatoren 18 eingesetzt, die eine elektrische Isolation
der Einfangvorrichtung 4 gegenüber einem Massepotential 20 gewährleisten.
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Ein
Querschnitt durch die Einfangvorrichtung 4 ist in 5 dargestellt.
Die Kathode 2 (nicht eingezeichnet) der Röntgenröhre 1 befindet
sich hierbei in Blattebene oberhalb der Figur, während die Anode 3 (nicht
eingezeichnet) in Blattebene am unteren Ende der Figur positioniert
ist. In die Einfangvorrichtung 4 sind Kühlkanäle 22 eingelassen,
durch die im Betriebszustand der Röntgenröhre 1 Kühlmittel
fließt. Auf
diese Weise kann die in der Einfangvorrichtung 4 entstehende
Wärme abgeleitet
werden. Erfahrungsgemäß muss die
Einfangvorrichtung einen Anteil von circa 0,4·(1 – (0,01 bis 0,4)) der auf die
Anode primär einfallenden
Energie absorbieren und abführen
können.
Dies sind also ca. 24 bis 39,6% der einfal lenden Energie. Bei einem
Röntgenstrahler
mit 100 kW Leistung sind dies folglich 24 bis 39,6 kW thermische Leistung,
die abgeführt
werden muss.
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Die
Einfangvorrichtung 4 ist aus mehreren Schichten, die unterschiedliche
Funktionen erfüllen, aufgebaut.
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Eine
kathodenzugewandte Wärmeleitschicht 24,
die gewissermaßen
den Grundwerkstoff der Einfangvorrichtung 4 bildet, ist
darauf ausgelegt, möglichst
gut Wärme
abzuleiten. Sie ist daher vorzugsweise aus gut wärmeleitenden Materialien, insbesondere
aus Cu, CuODS, oder SiC aufgebaut. Die Kühlkanäle 22 sind in diese
Schicht 24 eingelassen, um die in der Einfangvorrichtung 4 deponierte
Wärme abzuleiten.
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Eine
mit der wärmeleitenden
Schicht 24 verbundene Isolationsschicht 26 gewährleistet
die elektrische Isolation der weiter unten noch zu beschreibenden
Oberflächenschicht 28 der
Einfangvorrichtung 4 gegenüber (jeweils nicht eingezeichnet)
dem Gehäuse 7,
der Kathode 2, der Anode 3, sowie gegebenenfalls
anderen Bauteilen der Röntgenröhre 1. Dazu
ist die Isolationsschicht 26 vorteilhafterweise aus Al2O3 und/oder SiC
aufgebaut.
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Die
anodenzugewandte Oberflächenschicht 28 ist
elektrisch leitfähig
und dazu ausgelegt, die von der Anode 3 rückgestreuten
Elektronen zu stoppen. Durch ihre Leitfähigkeit ermöglicht sie das Anlegen eines
elektrischen Potentials. Die Oberflächenschicht 28 hat
vorzugsweise eine Schichtdicke von 100 bis 300 μm. Zu ihrer Herstellung werden
vorteilhafterweise elektrisch leitende Metalle oder leitfähige Keramiken
verwendet, insbesondere eignen sich dazu die Materialien Al, Be,
C, LP:SiC, SiSiC.
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Die
Einfangvorrichtung 4 erlaubt durch das Anlegen eines Potentials
das Abbremsen der von der Anode 3 rückgestreuten Elektronen. Durch
geeignete Wahl des Potentials kann so erreicht werden, dass rückgestreute,
abgebremste Elektronen, die die Einfangvorrichtung 4 nicht
erreichen, eine gewisse Maximalenergie gewinnen, so dass Photonen
mit dieser oder geringerer Energie im Austrittsfenster 6 der Röntgenröhre absorbiert
werden. Ein solches Austrittsfenster 6 besteht beispielsweise
aus 0,4 mm dickem Titan. Die Transmission 30 von Photonen
durch ein solches Fenster als Funktion ihrer Energie ist in 6 dargestellt.
Auf der Abszisse ist die Photonenenergie in Einheiten von keV, auf
der linksseitigen Ordinate die (einheitenlose) Transmission dargestellt. Der
Wert 1 bedeutet dabei vollständige
Transmission, während
der Wert 0 vollständige
Absorption der Photonen im Austrittsfenster kennzeichnet. Photonen
mit einer Energie bis circa 20 keV werden im verwendeten Titanmaterial
fast vollständig
absorbiert. Erst bei größeren Photonenenergien
steigt die Transmission 30 stark an, bevor sie für Energien
größer als 60
keV zu einer Sättigung
nahe dem Wert 1 kommt. Demzufolge sollte das Potential an der Einfangvorrichtung
in diesem konkreten Fall auf einen solchen Wert gesetzt sein, dass
die von der Anode rückgestreuten
Elektronen, die nicht in der Einfangvorrichtung 4 gestoppt
werden, eine maximale Energie von 20 keV bekommen. Das erfindungsgemäße Potential der
Einfangvorrichtung erreicht diesen Zustand für Potentialdifferenzen zwischen
Anode und Kathode von bis zu 50 kV.
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Die
rechtsseitige Ordinate der 6 kennzeichnet
die relative Intensität
der von den rückgestreuten
Photonen erzeugten elektromagnetischen Strahlung als Funktion der
Photonenenergie. Eine höhere
relative Intensität
bedeutet, dass ein Photon einen höheren Anteil an der Intensität der elektromagnetischen
Strahlung besitzt. Es werden also verschiedene Photonen mit unterschiedlichen
Energien miteinander verglichen. Die relative Intensität skaliert dabei
mit dem Quadrat der Spannung und verläuft daher in der 6 parabelförmig als
Funktion der Photonenenergie. Die 6 zeigt
dabei die relative Intensität
der von den rückgestreuten
Elektronen erzeugten Strahlung 32 sowie die relative Intensität der von
den rückgestreuten
Elektronen erzeugten Strahlung und zusätzlich durch das Titanfenster
transmittierten Strahlung 34. Aufgrund des quadratischen
Zusammenhangs der relativen Intensität mit der Photonenenergie ist
die relative Intensität
der von den rückgestreuten
Elektronen erzeugten Strahlung bei geringen Energien, im Beispiel
bis 20 keV, sehr gering. Auch Photonen bis ca. 50 keV tragen nur
mit einer relativen Intensität
von 10% zur durch das Austrittsfenster transmittierten Strahlung
und daher nur unwesentlich bei.