DE10334606A1

DE10334606A1 - Kathode für Hochemissions-Röntgenröhre

Info

Publication number: DE10334606A1
Application number: DE10334606A
Authority: DE
Inventors: Sergio Whitefish Bay Lemaitre
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US6785359B2; US20040022361A1; JP2004063471A; JP4810056B2

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Röntgenröhre (10) mit einem Emitter (14) und einer differentiell vorgespannten Emitter-Becher-Kathode (22) offenbart, die konfiguriert ist, um einen Elektronenstrahl (34) mit im Wesentlichen größerer Raumladungskonstante und Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung zu stellen, als es sonst mit Gestaltungen einer herkömmlichen Kathode (12) erlangt werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung umfassen eine Kathodenanordnung (22), die einer Anode (18) gegenüberliegt und von ihr entfernt angeordnet ist. Die Kathode (12) wird während des Betriebs der Röntgenröhre (10) in Bezug auf die Anode (18) auf einem negativen Potential gehalten. Die Kathodenanordnung (22) umfasst einen Emitter (14) zum Emittieren eines Elektronenstrahls (34) auf einen Brennfleck der Anode (18) während des Betriebs der Röntgenröhre (10) und ein Kathodenvorderteil (32) mit einer von dem Kathodenvorderteil (32) definierten Öffnung (30) an einer ersten Seite des Emitters (14). An einer zweiten Seite des Emitters (14) ist ein Rückteil (36) angeordnet, und es ist über einen Rückteilisolator (42) mit dem Kathodenvorderteil (32) funktionsfähig verbunden. Die Kathode (12) umfasst ferner eine Einrichtung zum Anlegen einer differentiellen Vorspannung in der Kathodenanordnung (22), um die Brennfleckgröße variabel zu ändern.

Description

Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Röntgenröhren und insbesondere auf einen Kathodenaufbau dafür.
Zur Zeit erhältliche medizinische Röntgenröhren umfassen typischerweise einen Kathodenaufbau bzw. eine Kathodenanordnung mit einem Emitter und einem Becher. Die Kathodenanordnung ist so angeordnet, dass sie einer Röntgenröhrenanode oder einem Ziel zugewandt ist, welche typischerweise ein ebenes Metall oder eine zusammengesetzte Struktur ist. Der Raum zwischen der Kathode und der Anode ist evakuiert.
Ein Nachteil von typischen Kathodenentwürfen besteht darin, dass der Emitter, welcher typischerweise einen spiralförmig gewundenen Wolframdrahtfaden umfasst, dazu tendiert, eher lang zu sein, und Elektronen von allen Oberflächen der Fadenoberfläche radial nach außen emittiert werden. Der Becher muss daher gestaltet sein, um eine sehr maßgeschneiderte elektrische Potentialverteilung in dem Vakuum derart zu erzeugen, dass alle Elektronenflugbahnen von ihrer anfänglich divergierenden Bewegung in Richtung auf einen sehr kleinen Brennfleck an der Anodenoberfläche umgelenkt werden. Dies wird im Allgemeinen bewerkstelligt, indem ein einheitlich vorgespannter Kathodenbecher mit einem sorgfältig bearbeiteten Profil in großer Nähe zu dem Faden (den Fäden) konfiguriert wird, um das zu dem Brennfleck führende elektrische Feld passiv zu formen. Für Gestaltungszwecke ist es normalerweise ausreichend, dass der gewundene Faden als ein fester bzw. massiver emittierender Zylinder behandelt wird, und Einzelheiten bei dem Pegel bzw. Niveau von individuellen Windungen der Spule vernachlässigt werden. Außerdem ist es normalerweise ausreichend, dass, eher als seine komplette zweidimensionale Form, er nur mit der Brennfleckbreite bzw. -ausdehnung betrachtet wird, da die Brennflecklänge mehr oder weniger unabhängig von Emitter-Becher-Änderungen eingestellt werden kann, die die Ausdehnung nicht stark verändern. Jedoch ist es auch trotz dieser Gestaltungsfreiheit in der Praxis schwierig, einen Becher zu gestalten bzw. zu entwerfen, welcher derart maßgeschneiderte elektrische Felder erzeugt und zu einer kleinen Brennfleckausdehnung führt. Der gegenwärtige Stand der Technik wird durch Fadenwendel mit einem hauptsächlichen Durchmesser von ungefähr 1 Millimeter repräsentiert, der an der Anode auf einen 0,1 Millimeterbreiten bzw. ausgedehnten Brennfleck fokussiert werden kann, d.h. dies entspricht einem Strahlkompressionsverhältnis von 10.
Jüngste Entwicklungen bei der medizinischen Bildgebung erfordern jedoch größere Elektronenstrahlströme und eine bessere Elektronenstrahloptik als sie mit der zuvor erwähnten Technik erlangt werden können. Ein Weg zum Erzielen von höheren Elektronenstrahl-Stromdichten bei dem Brennfleck besteht darin, dass mit einem größeren glühelektrischen Emitterbereich begonnen wird, der mit einem nachfolgend höheren Elektronenstrahl-Kompressionsverhältnis (definiert durch das Verhältnis des Brennfleckbereichs dividiert durch den emittierenden Bereich des Fadens) kombiniert wird. Eine universelle Beschränkung von Elektronenemittern besteht darin, dass der zwischen der Kathode und der Anode gemessene Nettoemissionsstrom nicht erhöht werden kann, ohne dass er einfach durch Erhöhen des ursprünglichen Emissionsstroms des Emitters gebunden ist. Wie hierin verwendet, bezeichnet eine ursprüngliche Emission Elektronen, die die Emitteroberfläche verlassen und nicht irgendwelche Elektronen umfassen, die zu der Oberfläche zurückkehren. Genauer ist die Nettoemissions-Stromdichte bei dem Emitter beschränkt. Eine glühelektrische Elektronenemission ist auf ungefähr 4A/cm² beschränkt. Der Nettoemissionsstrom bezeichnet den ursprünglichen Emissionsstrom verringert um einen beliebigen Elektronenstrom, der zu der Emitteroberfläche zurückkehrt. Bei sehr geringer ursprünglicher Emissionsstromdichte, die einem niedrigen Heizstrom und einer niedrigen Emitterutemperatur für einen glühelektrischen Emitter entspricht, wird die. Nettoemissions-Stromdichte in fast direkter Proportionalität zu einer beliebigen Zunahme der ursprünglichen Emissionsstromdichte zunehmen. Umgekehrt ist bei einer sehr hohen ursprünglichen Emissionsstromdichte die Elektronendichte unmittelbar vor der Emitteroberfläche so hoch, dass die Eigenladung der Elektronenwolke dem von der Kathoden-Anoden-Potentialdifferenz an der Emitteroberfläche hervorgerufenen elektrischen Feld vollständig entgegenwirkt. Diese letztere Bedingung bezieht sich auf einen gesättigten Emitter; weitere Zunahmen der ursprünglichen Stromdichte erhöhen den Nettoemissionsstrom nicht zusehends. Zwischen diesen beiden Extremen befindet sich ein sanfter Übergang, wo Zunahmen der ursprünglichen Emissionsstromdichte zu weniger als proportionalen Zunahmen des Nettoemissionsstroms führen, und praktische Röntgenröhren werden oft in diesem Übergangsregime betrieben. Alle Elektronenemitter sind durch diesen fundamentalen Vorgang unabhängig von dem Emittermaterial und dem Emissionsmechanismus beschränkt.
Ein brauchbarer Gütefaktor zur Charakterisierung der Gesamtleistungsfähigkeit einer Kathode ist ihre Raumladungskonstante, die als das Verhältnis I/V^3/2 definiert ist, wobei I den Nettoelektronenstrom bezeichnet und V für die Potentialdifferenz der Kathode und der Anode steht. Zusätzlich kann die Eigenladung der Elektronen in dem Vakuum das elektrische Potential verändern und kann ungewünschte Änderungen hervorrufen, wie beispielsweise eine Vergrößerung der Brennfleckgröße, was manchmal als Aufweitung bezeichnet wird. Folglich können Kathodengestaltungen, die in der Lage sind, die Gestaltungszielstellungen für einen Nettostrom zu erfüllen, und die noch weit unter ihrer inneren Sättigungsstromdichte arbeiten, vorteilhaft sein. Schließlich gibt es gewöhnlich einen Kompromiss zwischen der brauchbaren Lebensdauer eines glühelektrischen Emitters und seiner Betriebstemperatur dahingehend, dass es wünschenswert sein kann, den Emitter bei einer niedrigeren Temperatur und daher bei einer niedrigeren ursprünglichen Emissionsstromdichte zu betreiben.
Ein weiterer Nachteil von typischen Kathodengestaltungen besteht darin, dass die zum richtigen Fokussieren der Elektronen benötigte Bechergestaltung in einer signifikanten Reduktion des Sättigungsstroms der Kathode resultiert, und daher die maximal erlangbare Röntgenstrahlemission über der liegt, welche erwartet werden würde, wenn der Faden im freien Raum entfernt von dem Becher betrieben werden würde. Insbesondere führt die zuvor erwähnte Anforderung, dass die anfängliche, radial gerichtete Elektronenverteilung von einem spiralförmig gewundenen Faden auf den kleinen Brennfleck umgelenkt wird, dazu, dass der Fadenemitter in einem eher engen Schlitz angeordnet wird. Leider reduziert dies das elektrische Feld senkrecht zu der vorderen Oberfläche des Fadens signifikant unter das durchschnittliche elektrische Feld, welches in der Größenordnung von V/L liegt. Hier bezeichnet V das elektrische Potential zwischen der Kathode und der Anode, und L steht für den Kathoden-Anoden-Abstand. Die Stärke des elektrischen Feldes senkrecht zu der Emitteroberfläche, bei der Abwesenheit von irgendeiner Elektronenemission, bestimmt die Sättigungsstromdichte jedes Punktes auf der Fadenoberfläche. Zudem ist die Stärke des elektrischen Feldes senkrecht zu der Emitteroberfläche am höchsten nur bei dem Abschnitt des Fadens, der der Anode am nächsten liegt; entfernt von diesem einen Punkt nimmt es ab; daher nimmt die Sättigungsstromdichte entfernt von diesem einen bestimmten Ort ab. Im Prinzip kann der Emissionsbereich immer erhöht werden, um einen höheren Gesamtemissionsstrom zu erlangen, jedoch ist es, wie zuvor beschrieben, schwierig, die Fadengröße zu erhöhen ohne auch unerwünschter Weise die Brennfleckgröße zu erhöhen.
Eine weitere Beschränkung von herkömmlichen Faden-Becher-Kathodengestaltungen besteht darin, dass es in der Praxis ziemlich schwierig ist, dass irgend etwas Ähnliches wie ein laminarer Elektronenstrahl bzw. Elektronenbündel geformt wird, wobei die Flugbahnen von von verschiedensten Orten an dem Faden emittierten Elektronen sich nicht miteinander kreuzen, wenn sie sich von der Kathode zu der Anode bewegen. Als ein Ergebnis ist die räumliche Verteilung der Stromdichte über der Ausdehnung des Brennflecks an der Anodenoberfläche nicht die Gaußsche Verteilung, welche zu der besten Modulationstransferfunktion und daher der besten Bildqualität führen würde. Statt dessen weist die Brennfleck-Stromverteilung typischerweise eine Doppelspitze auf. Die Spitzenelektronen-Stromdichte innerhalb des Brennflecks an dem Ziel ist durch das Spitzentemperatur-Leistungsverhalten der Anode beschränkt. Daher wird bis zu dem Ausmaß, dass die tatsächliche Spitzenstromdichte die Spitzenstromdichte einer andererseits äquivalenten räumlichen Gaußschen Verteilung für eine gegebene Anodengestaltung überschreitet, der Gesamtstrom und daher die maximal erzielbare Röntgenstrahlfluenz reduziert. Es ist nicht erforderlich, dass der Elektronenfluss fast laminar sein muss, um die wünschenswerte räumliche Gaußsche Verteilung des Elektronenstroms zu erzeugen, jedoch gestaltet die hoch nichtlaminare Eigenschaft des von herkömmlichen Faden-Becher-Kathodengestaltungen erzeugten Elektronenstrahls die Bildung eines Gaußschen Brennflecks in der Praxis ziemlich schwierig. Eine weitere Beschränkung von herkömmlichen Faden-Becher-Kathodengestaltungen besteht darin, dass es in der Praxis ziemlich schwierig ist, die Brennfleckgröße zu ändern, ohne dass der Bedarf besteht, dass eine neue Kathode für verschiedene (beispielsweise große und kleine) Brennflecke gestaltet bzw. entworfen wird.
Bisher war keine Emitter-Becher-Kathode erhältlich, die gleichzeitig einen höheren Emissionsstrom, eine kleinere Brennfleckausdehnung und eine bessere Modulationstransferfunktion zur Verfügung stellt. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Emitter-Becher-Röntgenröhrenkathode zur Verfügung zu stellen, die die zuvor beschriebenen Nachteile überwinden kann. Die Bedeutung von verbesserten Emissionsleistungsfähigkeiten kombiniert mit der Fähigkeit, größere bzw. höhere Strahlströme in kleinere und variabel große Brennflecke zu fokussieren, wird klar von dem Bedarf angetrieben, die Bildqualität von medizinischen Bildgebungssystemen zu verbessern, die gegenwärtige glühelektrische Emissionstechnologie verwenden.
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Röntgenröhre mit einem Emitter und einer differentiell vorgespannten Emitter-Becher-Kathode offenbart, die konfiguriert ist, um einen Elektronenstrahl mit im Wesentlichen größerer Raumladungskonstante und einem Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung zu stellen, als sonst mit herkömmlichen Kathodengestaltungen erlangbar. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Röntgenstrahlquelle das Emittieren eines Elektronenstrahls entlang einem Strahlpfad von einer Kathode; Erzeugen eines Dipolfeldes mit einer differentiell vorgespannten Kathode und Interagieren des Elektronenstrahls mit dem Dipolfeld und der differentiellen Vorspannung, um den Elektronenstrahl auf einem Brennfleck an einer Anode zu fokussieren und abzulenken, um zu veranlassen, dass von der Anode Röntgenstrahlen emittiert werden. Das Dipolfeld wird mit einer Einrichtung zur Änderung der differentiellen Vorspannung modifiziert, um den Elektronenstrahl an der Anode zu formen, um zu bewirken, dass die Brennfleckgröße einen vorbestimmten Elektronenstrahl-Kompressionsverhältnis erzeugt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Kathode für Röntgenröhren offenbart. Die Kathode umfasst eine Kathodenanordnung, die einer Anode gegenüberliegt und davon entfernt angeordnet ist. Die Kathode wird während dem Betrieb der Röntgenröhre im Bezug auf die Anode auf einem negativem Potential gehalten. Die Kathodenanordnung umfasst einen Emitter zum Emittieren eines Elektronenstrahls auf einen Brennfleck an der Anode während des Betriebs der Röntgenröhre, und ein Kathodenvorderteil mit einer von dem Kathodenvorderteil definierten Öffnung an einer ersten Seite des Emitters.
An einer zweiten Seite des Emitters ist ein hinteres Teil bzw. Rückteil angeordnet, und es ist über einen Rückteilisolator funktionsfähig mit dem Kathodenvorderteil verbunden. Die Kathodenanordnung umfasst ferner eine Einrichtung zum Anlegen einer differentiellen Vorspannung in der Kathode, um die Brennfleckgröße variabel zu ändern. Das Kathodenrückteil wird mit V_RÜckteil vorgespannt, die Öffnung des Kathodenvorderteils wird unabhängig mit V_Öffnung vorgespannt, und der Emitter wird mit V_Emitter vorgespannt, und V_RÜckteil < V_Emitter stellt ein größeres Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung, als wenn V_Rückteil ≥ V_Emitter ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Röntgenröhren-Kathodengestaltung;
2 ist eine Querschnittsansicht der Röntgenröhre von
1;
3 veranschaulicht graphisch ein Brennfleckprofil, das die räumliche Verteilung eines Elektronenstroms an der Anodenoberfläche einer herkömmlichen Röntgenröhre wie beispielsweise der in 1 und 2 Veranschaulichten, darstellt;
4 veranschaulicht graphisch ein computersimuliertes Brennfleckprofil für eine Röntgenröhre, die gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruiert ist;
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Emitter-Becher-Kathode gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 ist eine Querschnittsansicht der Emitter-Becher-Kathode von 5;
7 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiels der Emitter-Becher-Kathode von 6; und
8 veranschaulicht graphisch ein räumliches Profil eines Elektronenstrahls, das aus einer Computersimulation einer Emitter-Becher-Kathode, wie beispielsweise derjenigen von 5 und 6, erlangt wird.
1 und 2 veranschaulichen eine herkömmliche Röntgenröhre 10 mit einer Kathode 12, die einen Emitter 14 und eine Becher 16 aufweist. Die Kathode 12 ist so orientiert, dass sie einer Röntgenröhrenanode 18 oder einem Ziel zugewandt ist, welche typischerweise ein ebenes Metall oder eine zusammengesetzte Struktur ist. Für viele Anwendungen, bei denen ein hoher Röntgenstrahlfluss erforderlich ist, ist die Anode selbst eine Scheibe, welche mit hoher Geschwindigkeit (typischerweise 1000–10.000 Umdrehungen pro Minute) gedreht wird, um die Spitzenanodentemperatur in dem Brennfleck auf einem annehmbaren Wert zu halten. Die Kathodenanordnung wird typischerweise in Bezug auf die Anode von 20 bis 200 Kilovolt negativ gehalten. Der Raum, oder Luftspalt zwischen der Kathode und der Anode ist evakuiert, um das Vermögen des Spalts gegen Spannungsdurchschlag zu verbessern und die Streuung durch Elektronen-Atom-Kollissionen zu reduzieren. Der Emitter 14 ist typischerweise ein spiralförmig gewundener Wolframdrahtfaden, der geheizt wird, indem ein elektrischer Strom von mehreren Ampere durch den Draht bis zu einer Temperatur geleitet wird, die zur glühelektrischen Emission von Elektronen ausreichend ist. Der Emitter 14 ist in den Becher 16 gesetzt. Die Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Anode beschleunigt die glühelektrisch emittierten Elektronen auf die gewünschte kinetische Energie und leitet sie zu einem geeigneten Linienfokus an der Anode, wo dann Röntgenstrahlen durch Bremsstrahlung und andere Vorgänge erzeugt werden, die für das Anodenumaterial charakteristisch sind. Die Form des Bechers wird derart gewählt, um den gewünschten Elektronenstrahl-Querschnitt zu bilden, wie er auf der Anode auftrifft, d.h. die Brennfleckgröße und -form zu bilden. Das elektrische Potential in dem Vakuum kann zudem durch das Anlegen eines elektrischen Potentials, oder einer Vorspannung, zwischen dem Emitter und dem Becher verändert werden. Praktisch verwendete Kathodenanordnungen sind gestaltet, um den besten Kompromiss zwischen Gesamtemissionsstrom, Brennfleck-Linienausdehnung und anderen Maßnahmen des Leistungsverhaltens zu erzeugen.
3 veranschaulicht graphisch die Doppelspitzen-Brennfleck-Stromverteilung, die für herkömmliche Faden-Becher-Gestaltungen, wie beispielsweise die in 1 Veranschaulichte, typisch ist. Wie zuvor beschrieben, ist dies das Ergebnis der hoch nichtlaminaren Eigenschaft des Elektronenstrahls, das von derartigen herkömmlichen Faden-Becher-Kathodengestaltungen geschaffen wird, was die Bildung einer Gaußschen Brennfleck-Stromverteilung in der Praxis ziemlich schwierig gestaltet.
Gemäß als Beispiel dienenden Ausführungsbeispielen der Erfindung ist eine Emitter-Becher-Kathodenkonfiguration zur Verfügung gestellt, die eine annähernd flache Brennfleck-Stromverteilung erzeugt. 4 veranschaulicht graphisch eine derartige Gaußsche Brennfleck-Stromverteilung bei einer Computersimulation, die ein nachfolgend beschriebenes als Beispiel dienendes Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet, welches zu einer besseren Modulationstransferfunktion und daher zu der besten Bildqualität für eine Röntgenstrahlbildgebung führen würde.
5 und 6 veranschaulichen eine Emitter-Becher-Röntgenröhrenkathode 22 gemäß einem als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kathode 22 umfasst einen in einen Hohlraum 26 gesetzten Emitter 24. Gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung (vergleiche 6) ist der Emitter 24 ein gewundener Faden, wobei zumindest eine Seite des Fadens eine annähernd ebene Form mit einem Emissionsbereich in der Größenordnung von mehreren Quadratmillimetern aufweist. Ein hierin verwendetes „annähernd eben" bezeichnet eine Form, die sich von einem gewundenem Drahtfaden unterscheidet, jedoch nicht notwendigerweise flach ist. D.h. die Oberfläche kann irgendeine Krümmung aufweisen.
Ein Nachteil eines annähernd ebenen Emitters im Gegensatz zu einem herkömmlich gewundenem Faden besteht darin, dass die von einer Fläche emittierten Elektronen ungefähr in die selbe Richtung (senkrecht zu der Fläche) laufen, während von einem Wendel (oder sogar einem Abschnitt, beispielsweise einer Hälfte eines Wendels) emittierte Elektronen eine sehr gering organisierte gemeinsame Nettobewegung aufweisen. In beiden Fällen läuft die Bewegung der Elektronen nicht vollkommen gemeinsam ab, da eine aus der finiten Emittertemperatur entstehende Randkomponente vorhanden ist. Mit einem gewundenen Faden ist es ziemlich schwierig, das elektrische Potential so zu formen, um alle divergenten Elektronenflugbahnen in einem kleinen Brennfleck zu sammeln, während sich bei einem annähernd flachen Emitter die Elektronenflugbahnen im Allgemeinen bereits in der richtigen Richtung befinden, und das elektrische Potential nur die Flugbahnen ablenken muss, um den selben Brennfleck zu erzeugen.
Bei einer Emitter-Becher-Kathode der Erfindung kann ein beliebiges geeignetes Emittermaterial und eine Elktronenemissions-Betriebsart Verwendung finden. Ein Beispiel eines geeigneten Emittermaterials ist eine Wolframfolie mit einer Dicke, die beispielsweise in einer Spanne von 1 – mehreren 1000 Inch ( 1 Inch = 2,54 cm) liegt. Die Wolframfolie bietet den Vorteil, dass sie unter Verwendung von geeigneten Metallformungstechniken präzise geformt, gemustert und in anderer Weise manipuliert bzw. beeinflußt werden kann; und sie kann widerstandsfähig geheizt werden, indem ein elektrischer Strom durch den Wolfram geleitet wird, oder durch ein indirektes Verfahren, so dass durch den glühelektrischen Effekt Elektronen emittiert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 6 ist der Emitter 24 als ein verallgemeinerter Block mit gekrümmten Seiten 27 und einer im Allgemeinen ebenen vorderen Oberfläche 28 gezeigt. Der Emitterblock ist in einen Hohlraum 26 gesetzt. Der Emitter ist einer Zieloberfläche zugewandt, welche in Bezug auf den Emitter auf irgendeinem positiven elektrischen Potential (V_Ziel) gehalten wird, das beispielsweise für medizinische Bildgebungsanwendungen typischerweise 20–200 kV beträgt. Von dem Emitter erzeugte Elektronen werden durch die Potentialdifferenz beschleunigt und treffen die Anode 18, wo sowohl charakteristische als auch bremsende Röntgenstrahlung erzeugt wird.
Bei vielen herkömmlichen medizinischen Röntgenröhren ist die Anode kein idealisierter Punkt oder eine Linie, oder sogar die perforierte Anode einer praktisch verwendeten Elektronenpistole; sie ist eher ähnlich einer Ebene. Für eine annähernd ebene Anode sind die elektrischen Feldlinien senkrecht zu der Anodenoberfläche, statt dass sie sich mehr oder weniger radial nach außen gerichtet von dem gewünschten Brennfleck erstrecken bzw. ausdehnen, und die Kathode muss die Elektronenflugbahnen stärker konvergieren, als es der Fall sein würde, wenn die Anode näher einem Punkt oder einer Linie angenähert wäre. Das Ausführungsbeispiel von 5 und 6 veranschaulicht eine Becherkonfiguration, die zur Verwendung bei einer linienfokussierenden, ebenen Anodenröntgenröhre optimiert ist. Sie umfasst das Folgende: einen Emitter 24, und eine von einem Kathodenvorderteil 32 definierte Öffnung 30. Die Öffnung 30 im Teil 32 befindet sich auf einem elektrischen Potential (V_Öffnung) zur Beendigung der Bildung eines von dem Emitter 24 gebildeten Elektronenstrahls 34. Der Emitter 24 erstreckt sich von einem dem Kathodenvorderteil 32 zugewandten Kathodenrückteil 36 in Richtung auf die andere Seite des Emitters 24. Der Emitter 24 erstreckt sich von dem Kathodenrückteil 36 über zwei Elektroden 38 des Emitters 24 mit einem Isolator 40 um jede Elektrode, um den Emitter 24 auf einem elektrischen Potential (V_Emitter) zu halten, der von dem Kathodenrückteil 36 mit einem elektrischen Potential von (V_Rückteil) isoliert ist. Das Kathodenrücktteil 36 ist funktionsfähig mit dem Kathodenvorderteil 32 verbunden, während über einen Rückteilisolator 42 die elektrische Isolation dazwischen aufrechterhalten wird. Auch wenn das Kathodenrückteil 36 mit einer ebenen Oberfläche dargestellt ist, werden Fachmänner der einschlägigen Technik verstehen, dass das Rückteil eine andere Geometrie aufweisen kann. Zusätzlich ist die Öffnung 30 nicht auf einen festen Schlitz beschränkt und kann (vorgespannte) Streifen umfassen, die eingestellt werden können, um das Längenprofil des Strahls 34 zu beschränken. Die Kathodenanordnung 22 ist differentiell vorgespannt, um eine enge Annäherung des wünschenswerten 1aminaren, homozentrischen, homogenen Elektronenstrahls zu erzeugen.
Eine differentielle Vorspannung bezieht sich auf ein unabhängiges Vorspannen des Kathodenvorderteils 36 bei Öffnung 30 (V_Öffnung) Rückteil 36 (V_Rückteil) und Emitter 24 (V_Emitter) mit einem Faden (V_Faden) der Kathode (5) bei einem als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu der passiven Formung des elektrischen Feldes bei herkömmlichen Kathoden, welches durch die geometrische Form des Bechers um den Faden (die Fäden) erzielt wird, ermöglicht das unabhängige Vorspannungsschema eine aktive Formung des elektrischen Feldes, das zum Herauslösen und Beschleunigen des Elektronenstrahls 34 erforderlich ist. Daher ermöglicht ein unabhängiges Vorspannen der Kathodenbecherkomponenten auch ein kontinuierliches Einstellen der Brennfleckgröße in einer Spanne von Brennfleckgrößen. Beispielsweise kann sich diese Spanne bei Gefäß-Röntgenstrahl-Bildgebungsröhren für Brennflecke auf eine Größe von 0,3 mm bis 1,0 mm erstrecken.
Ein als Beispiel dienendes Verfahren zum Erreichen von höheren Elektronenstrahl-Stromdichten in dem Brennfleck besteht darin, eine glühelektrische Elektronenemission von einem größeren glühelektrischen Emitterbereich kombiniert mit einem nachfolgend höherem Elektronenstrahl-Kompressionsverhältnis (definiert durch das Verhältnis des Brennfleckbereichs dividiert durch den emittierenden Bereich des Fadens) zu beginnen. Das Problem von begrenzter Emission bei herkömmlichen Kathoden wird optimiert, indem ein gerader Abschnitt in den gewundenen Faden aufgenommen wird.
Ein differentielles Vorspannen (V_Rückteil < V_Faden) bietet eine verbesserte Strahloptik, die ein größeres Strahlkompressionsverhältnis ermöglicht. Dies gründet sich teilweise auf die flache Geometrie des größten Teils des emittierenden Bereichs. Zweitens wird dies durch Reduktion der Elektronenemission von den gekrümmten Teilen des Fadens durch das Vorhandensein von differentiell negativen Potentialen in der Nähe der Fadenoberfläche (d.h. U_Rückteil) erzielt. Bei einem als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiel beträgt diese differentiell negative Spannung weniger als ungefähr 10 kV, während das Strahlpotential zwischen ungefähr 80 bis ungefähr 120 kV liegt.
Eine weitere Verbesserung der Strahloptik kann durch Optimieren der Fadengeometrie erzielt werden, beispielsweise indem der gerade Abschnitt mit einem konvexen Abschnitt ausgetauscht wird. Es wird auch überlegt, die differentiell vorgespannte Kathode durch den in Längsrichtung betrachteten geraden Faden mit einem in Längsrichtung konvex geformten Faden weiter zu verbessern. Dies würde ein noch höheres Kompressionsverhältnis ermöglichen. Verglichen mit einer herkömmlichen Kathode ist der Wendeldurchmesser bei einem als Beispiel dienenden Ausführungsbeispiel bei Verwendung einer variabel differentiell vorgespannten Kathode größer, indem die Elektronenstrahlformation bei Verwendung eines unabhängigen Vorspannens der Vorderseite (V_Öffnung) und der Rückseite (V_Rückteil) der Kathodenanordnung in der Nähe des Fadenemitters 24 aktiv geformt wird. Als Konsequenz davon kann der Drahtdurchmesser des Fadens erhöht werden. Ein Fachmann der einschlägigen Technik wird erkennen, dass ein größerer Drahtdurchmesser die Fadenlebensdauer erhöht, wenn der Faden bei derselben relativen Temperatur betrieben wird.
Mittels einer Darstellung und bezugnehmend auf 7 können die verschiedensten Abschnitte des Emitter-Bechers derart betrachtet werden, als wenn sie unabhängige Manipulationen der Elektronenflugbahnen durchführen. Die ebene Form der emittierenden Oberfläche 28 stellt sicher, dass die anfängliche Elektronenbewegung in Richtung auf den Brennfleck stattfindet, d.h. bis zu dem Ausmaß, das mit der anfänglichen thermischen Verteilung von Elektronengeschwindigkeiten erzielt werden kann. U_Rückteil bei dem Kathodenrückteil 36 formt das elektrische Potential entlang der Ecken des Elektronenstrahls. V_ö _ff _nung bei Öffnung 30 wird verwendet, um die letztendliche Strahlmanipulation des Elektronenstrahls mit mittlerer Energie durchzuführen. Nach der Öffnung ist die Bewegungsenergie bzw. der Impuls der Elektronen ausreichend hoch, dass eine weitere Lenkung weder notwendig noch besonders produktiv ist, und die Elektronen werden durch die verbleibende Kathoden-Anoden-Potentialdifferenz beschleunigt, bis sie den Brennfleck erreichen.
Vorteilhafterweise hat das Ausführungsbeispiel von 5 und 6 eine kleine Brennfleckausdehnung für einen Emitter mit einer gegebenen Ausdehnung, oder allgemeiner, einem gegebenen Oberflächenbereich zur Folge, was folglich in einem hohen Strahlkompressionsverhältnis resultiert, ohne zu Lasten des Emissionsstroms zu gehen. Bei dem Stand der Technik ist der Kathodenbecher relativ zu dem Faden negativ vorgespannt und reduziert daher die Raumladungskonstante. Eine hier offenbarte als Beispiel dienende differentiell vorgespannte Kathode ändert die Raumladungskonstante in erster Linie nicht, d.h. V_Öffnung und V_Rückteil bleiben ungefähr konstant, während das Fokussieren durch Ändern von V_Rückteil vorgenommen wird.
Bezugnehmend nun auf 7 ist dort ein alternatives als Beispiel dienendes Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das eine zwischen der Öffnung 32 und den Elektroden des Rückteils 36 eingefügte zweite Elektrode 52 aufweist. Es wird überlegt, dass mehrere Elektroden/Öffnungen zwischen die vordere Elektrode (d.h. Öffnung 32) und das Rückteil 36 eingefügt werden können, um die Flexibilität zur Formung des elektrischen Feldes zu erhöhen. Beispielsweise können zwei oder mehr Öffnungen zwischen der vorderen und hinteren Elektrode 32, 36 eingefügt werden. Zur Vereinfachung der Herstellung ist es jedoch wünschenswert, die Elektroden auf ein Minimum (d.h. zwei Elektroden, Öffnung 32 und Rückteil 36) zu begrenzen.
8 veranschaulicht die Formation eines Elektronenstrahls 34 und ein Elektronenstrahlprofil, die von einer Emitter-Becher-Kathode wie beispielsweise der von 5 und 6 erlangt wird. 8 ist eine Computersimulation für eine differentiell vorgespannte Kathode, die in einem Querschnitt bei dem Zentrum der Kathodenanordnung 22 angezeigt ist. Dargestellt ist die Fokussierung der Strahlausdehnung. Zum Zwecke der Simulation wird angenommen, dass die Längenrichtung des Fadens gerade ist. Der Elektronenstrahl wird in einem Brennfleck von 0,5 mm fokussiert. Die Simulation startet mit einer geometrischen Definition der Kathoden-Anoden-Geometrie, die als ein zweidimensionaler Querschnitt, wie der in 6 Gezeigte, angenähert werden kann, um aus den zuvor beschriebenen physikalischen Gründen einen Linienfokus zu simulieren. (Alternativ kann eine zylindrische Symmetrie angenommen werden, um einen Entwurf zu simulieren, der beabsichtigt einen Punktfokus zu erzeugen.) Es sei angenommen, dass die Kathoden- und Anodenoberflächen bei spezifischen elektrischen Potentialen perfekte Leiter sind. Genauer weist V_Rückteil den Wert -4,2 kV auf, V_Faden beträgt 0 V, V_Vorderteil (d. h. V_Öffnung) beträgt 0 V, und V_Ziel beträgt 80 kV. Der auftretende Raum wird diskretisiert und das elektrische Potential in diesem Gebiet wird durch ein finites Elementeverfahren zweiter Ordnung bestimmt. Von jedem elementaren Bereich der emittierenden Oberfläche werden Pseudoelektronen, die jeweils eine große Anzahl von realen Elektronen repräsentieren, mit einer Verteilung von Anfangsrichtung und Energie abgegeben, um die thermische Verteilung von emittierten Elektronen zu imitieren. Die Pseudoelektronen-Flugbahnen werden integriert, bis sie eine Metalloberfläche, normalerweise die Anode, kreuzen. Dann folgt eine iterative Prozedur, bei der die Elektroneneigenladung in jedem Element der diskretisierten Masche aus dem Wissen der Pseudoelektronen-Flugbahnen bestimmt wird; dann wird das elektrische Potential neu berechnet. Diese Iteration setzt sich fort, bis ein voreingestelltes Konvergenzkriterium erreicht ist. Sobald sie konvergiert ist, kann die räumliche Verteilung des Elektronenstroms bei dem Brennfleck bei den Pseudoelektronen-Flugbahnen rekonstruiert werden. Diese Simulationsprozedur weist die üblichen praktischen Vorteile über eine tatsächliche Herstellung von Entwurfstestvehikeln auf, und sie ist quantitativ genau, da sowohl alle wichtigen physikalischen Eigenschaften bekannt sind, als auch da die Lösung des elektrischen Potentials und der Pseudoelektronen-Flugbahnen durch gut bekannte Prozeduren beliebig genau gemacht werden kann.
Eine Kathode gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise weiter verbessert werden, um die Anforderungen von Bildprotokollen zu erfüllen, die mehr als einen Nettostrom und eine Brennfleckgröße erfordern. Noch weiter kann eine derartige Kathode gestaltet werden, um eine relativ kleine Brennfleckausdehnung für niedrige Strahlströme zu erzeugen, und um einen größeren Brennfleck für höhere Röhrenströme zu erzeugen, wodurch der thermische Spitzeneinfluss auf das Ziel verwaltet wird.
Es wurden einige zusätzlichen Vorteile der differentiell vorgespannten Emitter-Becher-Kathodenkonfiguration der Erfindung identifiziert, wie nachfolgend beschrieben. Die Anode selbst muss nicht massiv sein, sondern kann perforiert sein, um zu ermöglichen, dass der Elektronenstrahl noch weiter manipuliert und verwendet wird. Es ist ein höherer Nettostrom möglich, da der emittierende Bereich, der Sättigungsstrom und die Raumladungskonstante dieser neuen Emitter-Becher-Kathodenkonfiguration alle signifikant höher sind, als was mit herkömmlichen Gestaltungen erzielt werden kann. Von demselben großen Emitter wird eine Betriebsart mit kleinem Fleck möglich, da, verglichen mit herkömmlichen Gestaltungen, diese Erfindung signifikant höhere Strahlkompressionsverhältnisse erzielen kann. Ein signifikanter Vorteil der Verwendung von nur einem Emitter anstelle von zwei Emittern, besteht über der Reduktion der mechanischen Komplexität hinaus darin, dass die bei den beiden Betriebs- bzw. Arbeitsbetriebsarten erzeugten Brennflecke bei demselben physikalischen Ort an der Anode zentriert sind; d.h. die Brennflecke sind koinzident. Für bestimmte medizinische Bildgebungsprotokolle ist eine gute Koinzidenz erforderlich, und eine Gestaltung mit einem einzigen Emitter vermeidet die Möglichkeit der Fehlausrichtung bei einer Gestaltung mit einer Zwei-Faden-Kathode. Durch diese Gestaltung kann ein weiterer Betriebsvorteil erzielt werden, da die Brennfleckgröße bei der hohen Helligkeitsbetriebsart in der Praxis üblicherweise länger ist als die Brennfleckgröße bei der niedrigen Helligkeitsbetriebsart, um die thermischen Beschränkungen der Anodenoberfläche zu berücksichtigen. Diese variable Brennfleckgröße kann bei der Erfindung direkt erzielt werden, indem ermöglicht wird, dass eine Brennfleckaufweitung in einer steuerbaren Weise auftritt, indem die unabhängigen Vorspannungen in der Kathodenanordnung verändert werden. Bei einer differentiell vorgespannten Kathodenanordnung ist die Emission von gewundenen Fadenkathoden des Standes der Technik mehr als zwei- bis dreimal möglich. Zudem ist eine Bildqualitäts-Kompromissoptimierung durch eine unendlich einstellbare Brennfleckgröße möglich. Zusätzlich sind für das Zünden keine zusätzlichen Kathodenmerkmale erforderlich. Das Zünden kommt mit V_Faden > V_Öffnung zustande, d.h. wenn die Vorspannung umgekehrt ist. Die Erfindung ermöglicht außerdem robustere Fäden (größerer Drahtdurchmesser), und folglich eine verlängerte Fadenlebensdauer. Alle gut bekannte Technologie wird mit weniger elektrischen Verbindungen, die für eine differentiell vorgespannte Kathode benötigt werden, als mit einer herkömmlichen Kathodenröhre verwendet. Die Erfindung bietet eine einfache mechanische Gestaltung, die weniger Präzision als Kathoden des Standes der Technik für das Zentrieren und Einstellen der Höhe des Fadens erfordert, und stellt verglichen mit bei Gefäß-, Angio- und Computertomographieanwendungen verwendeten Kathoden des Standes der Technik eine Kathode mit niedrigeren Kosten zur Verfügung.
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Röntgenröhre 10 mit einem Emitter 14 und einer differentiell vorgespannten Emitter-Becher-Kathode 22 offenbart, die konfiguriert ist, um einen Elektronenstrahl 34 mit im Wesentlichen größerer Raumladungskonstante und Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung zu stellen, als es sonst mit. Gestaltungen einer herkömmlichen Kathode 12 erlangt werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung umfassen eine Kathodenanordnung 22, die einer Anode 18 gegenüberliegt, und von ihr entfernt angeordnet ist. Die Kathode 12 wird während des Betriebs der Röntgenröhre 10 in Bezug auf die Anode 18 auf einem negativen Potential gehalten. Die Kathodenanordnung 22 umfasst einen Emitter 14 zum Emittieren eines Elektronenstrahls 34 auf einen Brennfleck der Anode 18 während des Betriebs der Röntgenröhre 10 und ein Kathodenvorderteil 32 mit einer von dem Kathodenvorderteil 32 definierten Öffnung 30 an einer ersten Seite des Emitters 14. An einer zweiten Seite des Emitters 14 ist ein Rückteil 36 angeordnet, und es ist über einen Rückteilisolator 42 mit dem Kathodenvorderteil 32 funktionsfähig verbunden. Die Kathode 12 umfasst ferner eine Einrichtung zum Anlegen einer differentiellen Vorspannung in der Kathodenanordnung 22, um die Brennfleckgröße variabel zu ändern.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Röntgenstrahlquelle, mit Emittieren eines Elektronenstrahls (34) entlang einem Strahlpfad von einer Kathode (12), Erzeugen eines Dipolfeldes mit einer differentiell vorgespannten Kathode (12) und Interagieren des Elektronenstrahls (34) mit dem Dipolfeld und der differentiellen Vorspannung, so dass der Elektronenstrahl (34) auf einen Brennfleck an einer Anode (18) fokussiert und abgelenkt wird, um zu veranlassen, dass von der Anode (18) Röntgenstrahlen emittiert werden, und Modifizieren des Dipolfeldes mit einer Einrichtung zur Änderung der differentiellen Vorspannung, um den Elektronenstrahl (34) an der Anode (18) zu formen, um zu bewirken, dass die Brennfleckgröße ein vorbestimmtes Kompressionsverhältnis des Elektronenstrahls (34) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, mit Auswählen des vorbestimmten Kompressionsverhältnisses des Elektronenstrahls (34) aus einer Vielzahl von einstellbaren Verhältnissen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modifizieren des Dipolfeldes mit einer Einrichtung zur Änderung der differentiellen Vorspannung ein Modifizieren des Dipolfeldes mit einer unabhängigen Vorspannung umfasst, die an die Komponenten der Kathode (12) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Komponenten der Kathode (12) ein Rückteil (36) mit einer Vorspannung V_Rückteil, einen Emitter (14) mit einer Vorspannung V_Emitter, und eine von einem Kathodenvorderteil (32) definierte Öffnung (30) mit einer Vorspannung V_Öffnung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei V_Rückteil < V_Emitter ein größeres Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung stellt, als wenn V_Rückteil ≥ V_Emitter ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Zünden zustande kommt, wenn V_Emitter > V_Öffnung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine differentielle Spannung zwischen V_Rückteil und V_Öffnung niedriger als ungefähr 10 kV ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Dipolfeld zwischen der Kathode (12) und der Anode (18) ein Strahlpotential von ungefähr 30 kV bis ungefähr 120 kV aufweist, wobei 30 kV Mammographieanwendungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem mit einem größeren emittierenden Bereich, um die Elektronenemission zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das zur Verfügung Stellen eines größeren emittierenden Bereichs zumindest eines des Folgenden umfasst, einen geraden Abschnitt in einem gewundenen Faden, Erhöhen der Länge des gewundenen Fadens, und Erhöhen des Durchmessers des gewundenen Fadens.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brennfleckbereich einen Durchmesser in der Spanne von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm umfasst, wobei 0,1 mm für Mammographieanwendungen und bis zu 2 mm für Computertomographieanwendungen steht.
Verfahren zum Fokussieren von großen Strahlströmen von Elektronenemission in einer Kathodenanordnung (22), die einer Anode (18) gegenüberliegt, und die entfernt davon in verschieden großen Brennflecken in einer Röntgenröhre (10) angeordnet sind, mit unabhängig Vorspannen der Komponenten der Kathodenanordnung (22), wobei die Komponenten umfassen einen darin angeordneten Emitter (14) zum Emittieren eines Elektronenstrahls (34) zu einem Brennfleck an der Anode (18) während des Betriebs der Röntgenröhre (10), ein Kathodenvorderteil (32) mit einer von dem Kathodenvorderteil definierten Öffnung (30) an einer ersten Seite des Emitters (14), und ein Rückteil (36), das an einer zweiten Seite des Emitters (14) angeordnet ist, und über einen Rückteilisolator (42) mit dem Kathodenvorderteil (32) verbunden ist, wobei das Kathodenvorderteil (32) und das Rückteil (36) unabhängig vorgespannt sind, um den Elektronenstrahl (34) zu formen und zu beschleunigen und den Elektronenstrahl (34) zu dem Brennfleck an der Anode (18) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kathodenrückteil (36) eine Vorspannung V_Rückteil aufweist, die Öffnung (30) des Kathodenvorderteils (32) mit V_Öffnung vorgespannt wird, und der Emitter (14) mlt V_Emitter vorgespannt wird, und U_Rückteil < V_Emitter ein größeres Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung stellt, als wenn V_Rückteil ≥ V_Emitter ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Zünden zustande kommt, wenn V_Emitter > V_Öffnung für umgekehrte Vorspannung gilt.
Röntgenröhrenkathode (12), mit einer Kathodenanordnung (22), die einer Anode (18) gegenüberliegt, und die entfernt davon angeordnet ist, wobei die Kathode während des Betriebs der Röntgenröhre (10) in Bezug auf die Anode (18) auf einem negativen Potential gehalten wird, wobei die Kathodenanordnung (22) umfasst, einen darin angeordneten Emitter (14) zum Emittieren eines Elektronenstrahls (34) zu einem Brennfleck an der Anode (18) während des Betriebs der Röntgenröhre (10), ein Kathodenvorderteil (32) mit einer von dem Kathodenvorderteil (32) definierten Öffnung (30) an einer ersten Seite des Emitters (14), und einem Rückteil (36), das an einer zweiten Seite des Emitters (14) angeordnet ist, und über einen Rückteilisolator (42) funktionsfähig von dem Kathodenvorderteil (32) abhängig ist, wobei die Öffnung des Kathodenvorderteils (32) und das Rückteil (36) unabhängig vorgespannt sind, um den Elektronenstrahl (34) zu formen und zu beschleunigen und den Elektronenstrahl (34) zu dem Brennfleck an der Anode (18) zu leiten.
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 15, wobei der Emitter (14) eine annähernd ebene Emissionsoberfäche aufweist.
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 16, wobei der Emitter (14) ein gewundener Faden ist.
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 16, wobei der Emitter (14) eine der folgenden Arten aufweist: einen Bandemitter (14), eine Spenderkathode (12), einen e-Strahl-geheizten Emitter (14) und einen Feldemitter (14).
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 17, wobei der gewundene Faden zumindest einen des Folgenden umfasst, einen geraden Abschnitt in dem gewundenen Faden, Erhöhen der Länge des gewundenen Fadens, und Erhöhen des Durchmessers des gewundenen Fadens, um einen größeren emittierenden Bereich zur Verfügung zu stellen, um die Elektronenemission zu erhöhen.
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 15, wobei eine Potentialdifferenz zwischen dem Rückteil (36) und der Öffnung (30) ein größeres Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung stellt, wenn V_Rückteil < V_Öffnung ist, als wenn V_Rückteil ≥ V_Öffnung ist .
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 15, wobei ein Zünden zustande kommt, indem die unabhängige Vorspannung mit V_Emitter > V_Öffnung angelegt wird.
Röntgenröhre (10) nach Anspruch 15, zudem mit zumindest einem dazwischenliegenden Elektrodenteil (32), mit einer Öffnung (30), die von dem zumindest einen dazwischenliegenden Elektrodenteil (32) definiert ist, wobei das zumindest eine Elektrodenteil (32) zwischen dem Kathodenvorderteil (32) und dem Rückteil (36) angeordnet ist, und das zumindest eine Elektrodenteil konfiguriert ist, um den von dem Emitter (14) emittierte Elektronenstrahl (34) flexibel zu formen.
Kathode (12) für eine Röntgenröhre (10), mit einer Kathodenanordnung (22), die einer Anode (18) gegenüberliegt, und die entfernt davon angeordnet ist, wobei die Kathode (12) während des Betriebs der Röntgenröhre (10) in Bezug auf die Anode (18) auf einem negativen Potential gehalten wird, wobei die Kathodenanordnung (22) umfasst, einen darin angeordneten Emitter (14) zum Emittieren eines Elektronenstrahls (34) zu einem Brennfleck an der Anode (18) während des Betriebs der Röntgenröhre (10), ein Kathodenvorderteil (32) mit einer von dem Kathodenvorderteil (32) definierten Öffnung (30) an einer ersten Seite des Emitters (14), und ein Rückteil (36), das an einer zweiten Seite des Emitters (14) angeordnet ist, und über einen Rückteilisolator (42) funktionsfähig mit dem Kathodenvorderteil (32) verbunden ist, und einer Einrichtung zum Anlegen einer differentiellen Vorspannung in der Kathode (12), um die Brennfleckgröße variabel zu ändern.
Kathode (12) nach Anspruch 23, wobei die Einrichtung umfasst, dass das Kathodenvorderteil (32) und das Rückteil (36) unabhängig vorgespannt sind, um den Elektronenstrahl (34) zu formen und zu beschleunigen und den Elektronenstrahl (34) zu dem Brennfleck an der Anode (18) zu leiten.
Kathode (12) nach Anspruch 24, wobei das Kathodenrückteil (36) mit V_Rückteil die Öffnung (30) des Kathodenvorderteils (32) mit V_Öffnung und der Emitter (14) mit V_Emitter vorgespannt ist, und V_Rückteil < V_Öffnung ein größeres Strahlkompressionsverhältnis zur Verfügung stellt, als wenn V_Rückteil ≥ V_Öffnung ist.
Kathode (12) nach Anspruch 25, wobei die Einrichtung ermöglicht, dass ein Zünden durch umgekehrte Vorspannung zustande kommt, wenn V_Emitter > V_Öffnung beträgt.
Kathode (12) nach Anspruch 23, wobei der Emitter (14) konfiguriert ist, um einen größeren emittierenden Bereich zur Verfügung zu stellen, um die Elektronenemission von dem Emitter (14) zu erhöhen.
Kathode (12) nach Anspruch 27, wobei das zur Verfügung Stellen eines größeren emittierenden Bereichs zumindest eines des Folgenden umfasst, einen geraden Abschnitt in einem gewundenen Faden, Erhöhen der Länge des gewundenen Fadens, und Erhöhen des Durchmessers des gewundenen Fadens.
Kathode (12) nach Anspruch 23, zudem mit zumindest einem dazwischenliegenden Elektrodenteil (32) mit einer Öffnung (30), die von dem zumindest einen dazwischenliegenden Elektrodenteil (32) definiert ist, wobei das zumindest eine Elektrodenteil (32) zwischen dem Kathodenvorderteil (32) und dem Rückteil (36) angeordnet ist, und das zumindest eine Elektrodenteil konfiguriert ist, um den von dem Emitter (14) emittierten Elektronenstrahl (34) flexibel zu formen.