DE1764610A1

DE1764610A1 - Roentgengeraet mit gittergesteuerter Roentgenroehre

Info

Publication number: DE1764610A1
Application number: DE19681764610
Authority: DE
Inventors: Splain Walter Edward
Original assignee: Picker Corp
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1967-07-07
Filing date: 1968-07-04
Publication date: 1971-09-09
Also published as: NL6806011A; US3502877A; FR1571598A; GB1228252A

Description

Zusammenfassung

Es wird eine Röntgenröhre mit einem Steuergitter verwendet und eine Schaltungsanordnung, die die Röntgenröhre ein- und ausschaltet. Die Schaltungsanordnung weist eine Vorrichtung zur Belichtungsmessung und eine von derselben gesteuerte Hochfrequenzstufe und eine nachfolgende Vorsteuerstufe auf, welche die Steuerstufe zur Steuerung des Röhrenstroms und der Gittervorspannung steuert, und bezweckt, schnell die Röntgenröhre ein- und ausschalten zu können.

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Beschreibung

- Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhrenschaltung, • bei der eine duroh ein Steuergitter steuerbare Röntgenröhre Anwendung findet und für die Zwecke der Steuerung die Spannung des Steuergitters einstellbar ist, um die Intensität der von der Röntgenröhre gelieferten Röntgenstrahlung zu steuern. Bei gittergesteuerten Röntgenröhren ist um die Glühkathode herum ein Pokussierzylinder angeordnet. Dieser Fokussierzylinder wird als Steuerelektrode verwendet. Geringe Änderungen der Vorspannung dieser Steuerelektrode, bewirken beträchtliche Unterschiede in dem Röntgenstrahlenbündel. Wenn die Vorspannung der Steuerelektrode der Röntgenröhre stärker negativ gemacht wird, so wird der Brennfleck verkleinert und schließlich vollständig abgedrosselt. Es ist wichtig, daß das Röntgengerät den Arbeitsbereich der Abdrosselung des Brennfleckes sehr schnell durchläuft, da sich während dieser Periode eine sehr starke Belastung der Röntgenröhre ergibt, während die Elektronen konzentriert werden. Aus dem gleichen Grund ist es auch wünschenswert, die Röntgenröhre sehr schnell einzuschalten, d. h. die Konzentration des Elektronenstrahls niedrig zu halten.

Abgesehen von der schnellen Einschaltung und schnellen Ab» schaltung ist es wünschenswert, daß die Röhre für jede beliebige Zeitdauer eingeschaltet sein kann, damit man Rönt-

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genaufnahmen "beliebiger Dauer durchführen kann. Dabei soll für photographische Aufnahmen beispielsweise die Belichtungszeit sehr kurz sein, z. B. 100 nsek. Bei Durchleuchtungen ist es wünschenswert, daß die Röhre wiederholt an- und abgeschaltet werden kann und für längere Zeitspannen eingeschaltet sein kann. Ferner ist von der Anordnung zu verlangen, daß sie gegen ein Versagen sicher ist und daß, % wenn die Energieversorgung zusammenbricht oder ein Schaltungselement versagt, der Betrieb der Röntgenröhre nicht außer Kontrolle gerät.

Bekannte, durch eine Steuerelektrode gesteuerte Röntgenröhren erlaubten zwar, daß ein schnelles Bin- und Abschalten stattfindet. Diese Röntgengeräte erlaubten jedoch nicht hinreichend lange Belichtungszeiten und insbesondere nicht beliebig wählbare Belichtungsperioden. Bei einer be- λ kannten Anordnung ist in Serie mit der Sekundärwicklung eines Hochspannungstransformators einer üblichen Röntgenröhre eine Schaltröhre vorgesehen. Die Schaltröhre muß für Spannungen von 125 KV bemessen sein. Die Steuerung der Schaltröhre erfolgt durch einen Impulsgenerator, der über einen Impulstransformator die Steuerelektrode der Röhre steuert. Bei Zuführung eines Hochleistungsimpulses bricht bei der bekannten Anordnung die Spannung an der Schaltröhre zusammen und erscheint dann an der Röntgenröhre.

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Wegen der Anwendung eines Impulstransformators sind derartige Geräte hinsichtlich der Betriebsdauer durch die zeitliche Belastbarkeit der Röntgenröhre begrenzt. Ein Impulstransformator für einige Millisekunden läßt sich gut bauen, ist jedoch bereits dann ziemlich groß. Ein Impulstransformator für eine Dauer von 100 ms indessen würde ^ wegen seiner Größe und Kosten praktisch nicht mehr möglich sein. Ein Impulstransformator für mehr als 100 ms würde so groß sein, daß er überhaupt nicht mehr in Erwägung gezogen werden kann. Es sind daher Anordnungen der vorgenannten Art für Betriebsdauern von 100 oder 200 mAs nicht geeignet, und derartige Belichtungsdosen sind bei Durchleuchtungen ganz üblich. Selbst bei Anordnungen, bei denen längere Belichtungszeiten durch kontinuierlichen Impulsbetrieb des Transformators erzielt werden, verhindern die erforderlichen kurzen Unterbrechungspausen, die für den kontinuierlichen Betrieb erforderlich sind, fast vollständig ein günstiges Tastverhältnis.

Ferner zeigt es sich, daß ein plötzlich auftretender Fehler in der Schaltung des Röntgengerätes dazu führt, daß die Steuerung des Betriebes der Röntgenröhre vollständig verlorenging. Häufig ergab es sich, daß ein Zusammenbrechen eines Schaltelements, beispielsweise das Durchbrennen eines Glühfadens, zu einem Zusammenbrechen der Steuerleistung führte und daß dann die Steuervorrichtung nicht imstande war, die Röntgenröhre abzuschalten. 109837/0461

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Bei einem erfindungsgemäßen Röntgengerät wird die Steuer-

mit
elektrode/einer Spannung betrieben, die beispielsweise 75 kV unterhalb des Erdpotenfcials liegt. Der Steuerkreis mitsamt der Belichtungsmeßvorrichtung wird bei Erdpotenfcial betrieben. Eine hochfrequente Trägerwelle wird verwendet, um diesen Potentialunterschied zu überbrücken und eine Steuerung der Einschaltung und Abschaltung der ^ Röntgenröhre zu ermöglichen. Die Trägerwelle wird entsprechend den gewünschten Belichtungszeiten der Röntgenröhre gesteuert und überbrückt dann den Potentialsprung von 75 kV unter Anwendung eines Luft-Hochfrequenztransformators. Die Trägerwelle ist eine radiofrer[uente Welle, beispielsweise von der Frequenz 10 MHz, Die getastete Trägerwelle wird gleichgerichtet und demoduliert, und das sich ergebende Steuersignal dient dem Zweck, Schaltmittel zu steuern, die in Serie mit der Röntgenröhre angeordnet { sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die Kopplung über den Spannungsspalt verhältnismäßig kapazität sfrei ist. Ferner ergibt sich kein Aufbau einer kV-opannung oder ein Zusammenbrechen einer aolchen Spannung, die unbeabsichtigterweise eine Erregung des Gittersteuerungsaytitems zur Folge haben könnten.

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Der getastete Hochfrequenz/träger von 1 MHz-Frequenz erlaubt sehr schnelles Einschalten und schnelles Abschalten, da die Schaltgeschwindigkeit allein begrenzt ist durch die Frequenz des Trägers. Es können alle beliebigen Belichtungszeiten zur Anwendung gelangen, da der Träger beliebig lang über den Potentialsprung hinweg übertragen werden kann, um eine unbegrenzt lange Erregung oder Abschaltung der Röntgenröhre zu bewirken. Ein Impulsbetrieb ist nicht erforderlich, kann jedoch jederzeit durch entsprechende Tastung der Trägerwelle erreicht werden.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung arbeitet die Anode der Röntgenröhre auf positiver Spannung und die Kathode auf negativer Spannung, die beispielsweise 75 kV betragen kann. Die Gitterelektrode der Röntgenröhre wird beispielsweise auf 4000 V negativ in bezug auf die Kathode vorgespannt, wenn die Röntgenröhre abgeschaltet werden soll, und wird auf Kathodenpotential gebracht, wenn die Röhre eingeschaltet werden soll. Wenn die Röntgenröhre eingeschaltet wird, wird das Steuergitter positiv duroh eine konstante Spannungsquelle im Gitterkreis gemacht. Eine in einer Richtung den Strom leitende Vorrichtung ist vorgesehen, um die Gitterelektrode auf Nullpotential zu halten, wenn die Gitterelektrode die Tendenz hat, positiv zu werden.

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Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Steuerelektrode stets die Vorspannung Null während des Impulses hat. Ferner wird dadurch der Einschaltvorgang und der AbsehaltVorgang gefördert, da das Steuersystem die Steuerelektrode auf eine Spannung bringen kann, die höher als die Klemmenspannung ist. Indem die Spannung der Steuerelektrode auf Null gehalten wird, werden geringe Schwankungen in der Gitter- g spannung verhindert,'die die Verhältnisse in der Röntgenröhre elektrisch verändern könnten und eine Änderung der Größe des Brennfleckes zur Folge haben könnten.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Röntgenröhre so vorgespannt wird, daß sie eingeschaltet wird, so verringert das Röntgenstrahlbündel nicht seine Intensität oder Ladungskonzentration. Der Brennfleck wird kleiner, wenn die Röntgenröhre durch Änderung der Vorspannung gesperrt wird, und schließlich wird das Strahlenbündel abgedrosselt.

Die Schaltmittel, die den Betrieb der Röntgenröhre steuern, sind zweckmäßigerweise an die Kathode der Röntgenröhre angeschaltet. Ein die Belichtung steuernder Stromkreis "ist mit den Schaltmitteln so verbunden, daß, wenn diese Schaltmittel eingeschaltet werden, die Röntgenröhre mit Spannung versorgt wird. Parallel zu diesen Steuermitteln ist ein

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einen Widerstand aufweisender Stromzweig vorgesehen, so daß beim Abschalten der Steuervorrichtung der Spannungsanstieg an der Steuervorrichtung auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Diese Spannung wird zwischen der Kathode und der Steuerelektrode der Röntgenröhre so zur Wirkung gebracht, daß die Steuerelektrode um den genannten Spannungswert negativ in bezug auf die Kathode der Röhre gesteuert wird.

Wenn die Schaltvorrichtung versagen sollte, so wird sie dies im Sinne einer Stromunterbrechung tun,und die Röntgenröhre wird nicht erregt. Sollte aus irgendeinem Grund trotzdem Strom in der Röntgenröhre fließen, so wird die Schaltvorrichtung abgeschaltet, und das mit der Kathode der Röntgenröhre verbundene Schaltelement der Schaltvorrichtung hat dann das Bestreben, positiv zu werden. Die Spannung kann jedoch nicht über den vorbestimmten Spannungswert ansteigen, da der Stromkreis eine Begrenzung der Spannung bewirkt. Diese vorbestimmte Spannung ist eine Sperrspannung für das Steuergitter der Röntgenröhre und hält die Röntgenröhre abgeschaltet, wenn ein Versagen der Schaltung auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur erörtert. Von den Figuren zeigen:

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Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Röntgengerätes;

Figur 2 ein Prinzipschaltbild der hochfrequenten Steueranordnung gemäß der Erfindung;

Figur 3 ein Detailschaltbild der Gitter-Vorsteuerstufe und der Steuerstufe zur Steuerung des Röhrenstroms und der Gitterspannung der Röntgenröhre.

In Fig. 1 ist eine durch eine Gitterelektrode 14 steuerbare Röntgenröhre 11 dargestellt, deren Anode und deren Kathode mit 12 bzw. 13 bezeichnet sind. Eine derartige Röntgenröhre wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "DYNAMAX 50" von der Firma Machlett Laboratories, Inc., auf den Markt gebracht. Die Anode 12 und die Kathode 13 sind an die Spannungsquelle B über die Leitungen 15 und 16 angeschlossen.

In der Kathodenzuleitung 16 ist eine Steuerstufe 21 zur Steuerung des Röhrenstroms und der Gitterspannung vorgesehen. Die den Zwecken der Steuerung des Röhrenstroms und der Gittervorspannung dienende Steuerstufe 21 ist mit dem Steuergitter 14 Über die Leitung 23 verbunden und steuert sowohl den Röhrenstrom als auch die Gittervorspannung in Abhängigkeit eines Steuersignale, das von der Steuervorstufe 25 über die Leitung 24 zugeführt wird. Die Vorsteuerstufe 25 liefert ein Steuersignal an die den Röhrenstrom

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und die Gittervorspannung steuernde Steuerstufe 21, und zwar auf ein Hochfrequenzsignal hin, das der Hochfrequenz-Belichtungssteuerkreis 26 über eine Leitung 27 bei Schließen des Schalters 28 in dem Belichtungsmesser 29 liefert J Die in Pig. 2 dargestellte hochfrequente Belichtungssteuerstufe 26 besteht aus einem Schwingungserzeuger 30 zur Erzeugung einer 10 MHz-Schwingung; der Oszillator 30 liefert eine Sinuswelle über einen Verstärker 31 an die Primärwicklung 32 eines luft-Hochfrequenztransformators 33. An den Ausgangskreis des Oszillators 30 ist eine Transistorschaltstufe bzw. Klammerstufe 34 angeschaltet, damit die 10 MHz-

dem
Sinuswelle *» Verstärker 31 nach Maßgabe eines positiven Belichtungssteuerimpulssignals, welches von dem Belichtungsschalter 28 der Leitung 35 zugeführt wird, geliefert wird.

Der Oszillator 30 besteht aus einem 10 MHz-Kristall 36 und einem Transistor 37, der in üblicher Weise als Oszillator gestaltet ist und über die Leitung 38 und eine Kapazität 39 ein 10 MHz-Signal an die Basiselektrode eines üblichen Transistors liefert. Der Widerstand 41 und die Kapazität 42 sind parallel zwischen dem Emitter des Transistors 37 und dem Emitter des Transistors 40 angeordnet. Die Kollektorelektrode des Transistors 37 ist mit der einen Klemme des Kristalls 36 verbunden und ferner über einen Widerstand 3OA und einen Strombegrenzerwiderstand 3OB mit einer nicht

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dargestellten Gleichspannungsquelle von 24 V. Me andere Klemme des Kristalls ist über eine Kapazität 3OC mit der Basiselektrode des Transistors 37 verbunden, die ebenfalls

der
mit/24 V-Spannungsquelle, und zwar über den Widerstand und mit der Basiselektrode des Transistors 40 über den Widerstand 3OE verbunden ist. Bin Widerstand 30F ist parallel zu den Widerständen 30D, 30E angeordnet. Die Basiselektrode des Transistors 40 ist mit der Basiselektrode eines Transistors 43 über den Widerstand 34A verbunden. Eine Zenerdiode 34B und eine Kapazität 34C sind parallel zwischen der Basiselektrode des Transistors 40 und dem Erdungspunkt angeordnet. Eine Kapazität 30G ist zwischen der +24 V-Leitung und dem Erdungspunkt vorgesehen und glättet Spannungsschwankungen, die an der Gleichspannungsquelle vorhanden sein können. Eine Kapazität 3OH ist zwischen dem Erdungspunkt und dem der 24 V-Spannungsquelle abgewendeten Ende des Widerstandes 30B angeordnet. Das 10 MHz-Signal wird an dem Kollektor des Transistors 40 zur Wirkung gebracht.

In der Transistorschaltstufe 34 ist der Transistor 43 normalerweise bis zu seiner Sättigung vorgespannt, und dadurch wird die Kollektorelektrode des Transistors 40 und das * 10 JMHz-Sighal an den Erdungspunkt über die leitung 45 und die leitung 46 angeklammert. Ein positiver Belichtungssteuerimpuls wird auf der Leitung 35 erzeugt und über den Widerstand 47 an die Basiselektrode des Transistors 48 ge-

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führt, der den Transistor 43 steuert. Die Kollektorelektrode des Transistors 48 ist über den Widerstand 48A mit dem Erdungspunkt verbunden, während die Emitterelektrode des Transistors 48 unmittelbar an den Erdüngspunkt angeschlossen ist. Das positive Spannungssignal, das der Basiselektrode des Transistors 48 zugeführt wird, schaltet den Transistor

P 48 ein, und dadurch wird die Spannung zwischen Basis und

Emitter des Transistors 43 auf Null gebracht und der Transistor 43 abgeschaltet. In seiner Abschaltstellung verliert der Transistor 43 seine auf die Kollektorelektrode des Transistors 40 ausgeübte Klammerwirkung. Das 10 MHz-Signal erscheint dann an dem Widerstand 49 in dem Kollektorkreis des Transistors 40 und wird über die Leitung 45 der Basiselektrode des Transistors 50 der Verstärkerstufe 31 zugeführt. Eine Kapazität 52 und ein Widerstand 53 sind parallel zwischen

^ dem Emitter «m4 des Transistors 50 und dem Erdungsleiter 46 angeordnet. Der Kollektor des Transietors 50 ist über den Widerstand 5OA mit dem der Spannungsquelle abgewendeten Ende des Widerstandes 3OB verbunden. Eine Kapazität 54 ist zwischen dem Kollektor des'Transistors 50 und der Basiselektrode eines Transistors 55 vorgesehen. Ein Widerstand 56 ist zwischen der Basiselektrode des Transistors 55 und dem Leiter 46 angeordnet. Der Transistor 50 und der Tran-Bistor 55 bilden zusammen einen Hochfrequenzverstärker,

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durch den die 10 MHz-Wechselspannung von einem niedrigen Signalwert auf eine beträchtliche Amplitude gebracht wird. Der Kollektor des Transistors 55 ist über einen abgestimmten Kreis, bestehend aus dem einstellbaren Kondensator 62 und der Primärwicklung 32 des Transformators 33, an die 24 V-Klemme angeschlossen. Der Schwingungskreis wird auf die 10 MHz-Frequenz abgestimmt, so daß ein 10 MHz-Signal ™ an der Primärwicklung 32 des Transformators 33 auftritt.

In Fig. 3 bildet eine Sekundärwicklung 63 des Hochfrequenztransformators 33 zusammen mit einer Kapazität 64, die parallel zu der Sekundärwicklung an den Leitungen 27, 27' angeordnet ist, einen abgestimmten Kreis für das Hochfrequenzsteuersignal, das durch die Hochfrequenzsteuerstufe 26 geliefert wird. Abschirmungen 65» 65' sind an der Sekundärseite des Transformators 33 vorgesehen, zu dem Zweck, | die 10 MHz-Strahlung an dieser Stelle zu beschränken und Kapazitätseffekte zwischen der Primärwicklung 32 und der Sekundärwicklung 63 zu verhindern. Das hochfrequente Steuersignal wird durch die Dioden 67, 67' gleichgerichtet und erscheint darauf als ein Gleichepannungs-Belichtungssteuersignal auf den Leitungen 68, 68'. Das Auftreten eines Gleichspannungs-Steuersignale an den Leitungen 68, 68' charakterisiert die gewünschte Einleitung der Erregung der Röntgenröhre 11.

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Ein leiter 70 verbindet die Gittersteuerstufe 25 mit der Kathodenzuleitung 16 der Röntgenröhre, die normalerweise etwa bei 75 kV unterhalb des Erdpotentials liegt. Durch diese Verbindung wird die Gitterpotentialsteuerstufe 25 ungefähr auf 75 kV unterhalb Erdpotential gelegt. Die Hochfrequenzbelichtungssteuerstufe 26, die mit der Gitterspannungssteuerstufe 25 über den Hochfrequenztransformator 33 verbunden ist, überbrückt den Hochspannungssprung zwischen der Gitterspannungssteuerstufe 25 und dem Eingangssignal-Belichtungssteuerungsimpuls, der durch den Schalter 28 geliefert wird, welcher maximal eine Spannung von wenigen Volt hat. Das Belichtungssteuersignal wird daher über den Hochspannungssprung in der Weise geleitet, daß das Signal dazu ausgenutzt wird, die Hochfrequenzträgerwelle, welche der Oszillator 30 liefert, zu tasten bzw. zu modulieren, indem das Trägerwellensignal der Gitterspannungssteueretufe 25 über den Lufttransformator 33 zugeführt wird und das Signal dann demoduliert wird, um ein Belichtungssteuersignal an die Steuervorstufe zu liefern, die bei einer Spannung von -75 kV betrieben wird.

Das auf dem Leiter 68 auftretende Gleichspannungs-Belichtungssteuersignal wird der Basiselektrode eines Transistors

72 zugeführt, der als Treiber für einen Schalttransistor

73 dient. Das Signal wird an einem Widerstand 74- zwischen

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den Leitungen 68, 68' erzeugt. Wenn ein positives Belichtungssteuersignal auf der Leitung 68 nicht vorhanden ist, ist der Kollektor des Transistors 72 stärker positiv als die Basiselektrode in Anbetracht einer Vorspannung durch die Zenerdioden 75» 76, die in Serie mit einem Widersteh" 75A an den Ausgangsklemmen eines Vollweggleichrichters ^r, angeordnet sind. Eine Kapazität 75B ist parallel zu der J

Diode 75 vorgesehen.' Die Eingangsklemmen der Gleichrichterbrücke 77 erhalten Spannung von der Sekundärwicklung 78 des Transformators 79, dessen Primärwicklung 80 über den isolierenden Transformator 81 an eine 120 V-Weehselspannungsquelle angeschlossen ist. Ein Beruhigungskondensator 77A ist an die Ausgangsklemmen des Gleichrichters angeschlossen. Der isolierende Transformator 81 hat ein Windungsverhältnis lsi und 1st so isoliert, daß er 75 kV isoliert, d. h. gegenüber der Spannung, bei der die Gitterspannungssteuervorstufe 25 arbeitet.

Der Kollektor des Transistors 73 ist an eine negative Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke 85 angeschlossen, die ebenfalls mit dem Leiter 70 verbunden ist. Die Eingangeklemmen der Gleichrichterbrücke 85 sind an die Klemmen des Transformators 86 angeschlossen. Bin Widerstand 77A verbindet die positive Auegangeklemme der Gleichrichterbrücke 77 mit der negativen Ausgangaklemme der Gleichrichterbrücke 85.

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Die positive Signalspannung an dem Kollektor des Transistors 72 hält normalerweise den Transistor 72 in seinem Sperrzustand. Ein positives Belichtungssteuersignal, das auf den Leitungen 68, 63' auftritt, steuert den Transistor 72 in seinen stromleitenden Zustand. Die Emitterelektrode des Transistors 72 ist unmittelbar mit der Basiselektrode des Transistors 73 verbunden und über einen Widerstand 74A mit dem Leiter 68'. Auf diese Weise arbeitet der Transistor in einer Emitterfolgeschaltung in bezug auf den Transistor 73, und die Basis-Emitter-Sperrschicht des Transistors 73 wird stromleitend gemacht, wenn der Transistor 72 stromführend ist. Dadurch wird der Transistor 73 eingeschaltet, so daß er die Leitung 70 mit der Leitung 68' verbindet. Die Widerstände 74, 74A, die mit den Basiselektroden der Transistoren 72, 73 verbunden sind, beseitigen gespeicherte Ladungen, wenn die Transistoren 72, 73 abgeschaltet werden.

Die Leitung 70 ist mit den Kathoden von zwei einen hohen Strom führenden Vakuumröhren 91, 92 verbunden, die parallelgeschaltet sind und als Schaltröhren zu bezeichnen sind. Die Leitung 68' ist über die Leitungen 95, 95^! und die Widerstände 103, 104 mit den Steuergittern der Schaltröhren 91, 92 verbunden. Die Widerstände 103, 104 verhindern das Auftreten von Störschwingungen in den Gitterkreieen der Sohaltröhren 91, 92.

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Die parallelgeachalteten Schaltröhren 91, 92 sind in der Hochspannungaleitung 16 über die leitung 70 in Serie geschaltet. Die Schaltröhren 91, 92 sind Penthoden, damit im Sättigungszustand das Spannungagefälle an den Röhren niedrig ist. Hierfür geeignete Penthoden sind Röhren der Type 6DQ5 in Anbetracht der hohen Spannungsfestigkeit solcher Röhren und ihrer hohen Stromkapazität. Der Anoden-Kathodenkreis der Schaltröhren 91, 92 kann einen Spannungsunterschied von 8000 - 10 000 V aufnehmen, und jede Röhre hat einen Spitzenstrom von ungefähr 1 A. Zusammen ergeben die Schaltröhren 91, 92 einen Parallelstrom, der beträchtlich mehr als 2 A beträgt. Die Anoden-Kathoden-Kreise der Schaltröhren 91, 92 sind in Serie mit der Röntgenröhre 11 geschaltet, so daß die Röhren als Schaltröhren arbeiten und den der Röntgenröhre zugeführten Strom steuern.

Die Anoden der Schaltröhren 91, 92 sind mit der positiven Klemme der Grleichricht erbrücke 121 über den Begrenz erwiderstand 123 und eine Diode 124 verbunden. Die negative Ausgangsklemme des Gleichrichters 121 ist mit der Leitung 70 verbunden. Die Eingangsklemmen des Gleichrichters 121 sind an die Sekundärwicklung 120 des Transformators 79 angeschlossen, und es wird eine Spannung von ungefähr 3500 V an den Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke 121 geliefert.

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Ein Widerstand 121A und ein Beruhigungskondensator 121B sind parallel an die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 121 angeschlossen. Die Anoden der Schaltröhren 91, 92 sind über die Leitung 16 mit der Kathode 13 der Röntgenröhre verbunden. Auf diese Weise erhält die Gitterelektrode 14 der Röntgenröhre 11 eine Spannung von ungefähr 3500 V negativ in bezug auf die Kathode 13, wenn die Schaltröhren 91, 92 gesperrt sind. Diese Potentialdifferenz ist hinreichend, die Röntgenröhre gesperrt zu halten.

Die Schirmgitter der Schaltröhren 91, 92 sind über die Widerstände 99, 100 von je 100 0hm mit der Kathode einer Zenerdiode 82 und mit der positiven Ausgangsklemme einer Gleichrichterbrücke 85 über die Leitung 84 und den Begrenzerwiderstand 102 verbunden. Die Gleichrichterbrücke 85 erhält ihre Spannung von der Sekundärwicklung 86 des Transformators 79. Die Zenerdiode 82 hat eine Durchschlagspannung von 100 V. Die Anode der Zenerdiode 82 ist mit der negativen Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke 85 über die Leitung 70 verbunden, so daß die der Gleichrichterbrücke zugeführte Wechselspannung von ungefähr 400 V eine konstante Gleichspannung von etwa 100 V an der Kathode der Zenerdiode 82 liefert zu dem Zweck, eine Vorspannung der Schirmgitter zu bewirken. Eine Kapazität 105 zwischen den Leitungen 70, wirkt als Filterkapazität für den Gleichrichter 85. Die

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Bremsgitter der Röhren 91.» 92 sind mit den Kathoden der Röhren verbunden.

Die Steuergitter der Schaltröhren 91, 92 sind über die Widerstände 103, 104 mit der Anode einer Zenerdiode 93 verbunden. Wenn kein Belichtungssteuersignal der Gitterspannungsvorsteuerstufe 25 über den Transformator 33 zugeführt wird und die Transistoren 72, 73 gesperrt sind, so haben die Steuergitter durch die Gleichrichterbrücke 77 eine negative Spannung von 130 V und werden auf dieser Spannung durch die Klammerwirkung der Zenerdiode gehalten. Diese negative Vorspannung hält die Eöhren 91» 92 gesperrt, bis der Transistor 83 stromführend wird und die Leitungen 68', 70 durchverbunden werden, so daß die negative Spannung an den Steuergittern der Schaltröhren 91, 92 beseitigt wird. Wenn der Transistor 73 auf ein Belichtungssteuersignal eingeschaltet wird, werden

der Schaltröhren
die Steuergitter/91, 92 praktisch direkt mit den Kathoden ( der Schaltröhren 91, 92 verbunden, die negative Vorspannung der Gitter wird beseitigt, und die Schaltröhren werden eingeschaltet.

Eine Sichemngsfunkenetrecke 96 ist über die Leitungen* 16 und 70 parallel zu den Schaltröhren 91, 92 angeordnet. Die Funkenstrecke 96 schlägt Über, wenn die Spannung an den Schaltröhren 91, 92 mehr als 4000 V beträgt. Eine Funken-

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strecke 97 ist zwischen den Leitungen 70 und 23 vorgesehen und schlägt über, wenn die Spannung zwischen den Leitungen mehr als 500 V beträgt. Die Leitung 23 verbindet das Gitter 14 der Röntgenröhre 11 mit der Funkenstrecke 97 über einen 1000 Ohm-Begrenzerwiderstand 106. Eine Diode 107 ist mit ihrer Anode mit dem Gitter 14 und an ihrer Kathode mit der Kathode 13 der Röntgenröhre 11 verbunden. Tatsächlich liegen der Widerstand 106 und die Diode 107 in der Röntgenröhre 11 selbst. Die Diode 107 verhindert, daß das Gitter 14 eine positive Spannung in bezug auf die Kathode 13 annimmt, wenn die Röhren 91, 92 stromführend sind.

Falls ein Fehler in der Schaltungsanordnung auftritt, der an sich einen Überschlag in der Röntgenröhre 11 und damit eine Zerstörung derselben zur Folge haben könnte, treten die Funkenstrecken 96, 97 in Tätigkeit und halten den Strom von der Röntgenröhre fern. Dies erfolgt, wenn die Gitter-Kathoden-Spannung höher als 4500 V wird. Wenn die Funkenstrecken nicht vorhanden sind, so könnte die gesamte Schaltvorrichtung zerstört werden.

Das Steuergitter 14 der Röntgenröhre 11 ist über die Leitung 23, die Widerstände 106 und 108 und die Leitung 84 mit der positiven Ausgangsklemme der Gleichrichterbrücke 85 verbunden. Wenn die Schaltröhren 91, 92 stromführend werden, eo

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hat das Steuergitter 14 die Neigung, durch die positive Ausgangsspannung in der Grleichrichterbrücke 85 positiv zu werden, und die .Röntgenröhre wird eingeschaltet. Mit anderen Worten gesagt: Wenn die Schaltröhren 91, 92 eingeschaltet werden zum Einschalten der Röntgenröhre 11, so verschwindet der größte Teil der negativen Spannung des Steuergitters 14, so daß das Gitter im wesentlichen eine Vorspannung Null annimmt. Es besteht noch ein gewisses Spannungsgefälle an den Schaltröhren 91, 92, so daß die Gittervorspannung der Röntgenröhre nicht vollständig beseitigt wird. Dies wird jedoch vermieden durch das positive Potential der Brücke 85, welches das Steuergitter 14 positiv vorzuspannen trachtet und durch die Diode 107 jedoch an das Potential der Kathode 13 anknüpft. Das Steuergitter 14 wird daran gehindert, über die Vorspannung NuIl hinaus positiv zu werden, und zwar durch die Wirkungsweise der Diode 107.

Bei dem beschriebenen Röntgengerät hat man mit einer hohen verteilten Kapazität durch das Kabel zu rechnen, die sich dann auswirkt, wenn die Röntgenröhre plötzlich abgeschaltet wird. Die Kabelkapazität erscheint als eine Kapazität zwischen dem Gitter und der Kathode der Röntgenröhre 11. Die Kabelkapazität hat die Neigung zu verhindern, daß die Gitterspannung plötzlich eine negative Spannung annimmt, die erforderlich iet, um die Röntgenröhre außer Betrieb zu

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halten. Die Kabelkapazität gestattet nur einen exponentiellen Aufbau der Gitterspannung und äußert sich in einem verhältnismäßig langsamen Abschaltvorgang der Röntgenröhre.

Es wird zusätzlich Energie der Schaltung zugeführt, um die Kabelkapazität aufzuladen. Diese zusätzliche Energie wird durch die Vollwellengleichrichterbrücke 121 geliefert. Der Widerstand 123 und die Diode 124 koppeln Leistung an die Kathode, so daß die 3500 V-Spannungsquelle Energie, wenn es erforderlich ist, liefert und nicht die Hauptenergiequelle E belastet. Diese zusätzliche, von dem Gleichrichter 121 gelieferte Energie lädt die Kabelkapazität auf und fördert den Übergang in den Ruhezustand und bewirkt eine schnelle Abschaltung der Röntgenröhre.

Ein hoher Widerstand 130 ist zwischen der Kathode der Röntgenröhre 11 und dem Erdungspunkt vorgesehen und wirkt als Nebenschlußkreia. Ein hoher Widerstand 131 und eine Zenerdiode 132 sind in Serie miteinander im Anodenkreis der Röntgenröhre 11 vorgesehen und liegen somit zwischen der positiven Klemme der Hochepannungsquelle und dem Erdungspunkt. Der Widerstand 131 und die Zenerdiode 132 wirken als NebenschlußkreiB für den Anodenkreis der Röntgenröhre.

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In einem praktischen Beispiel nahen die Widerstände 130, einen Widerstandswert von etwa 60 Megohm. Diese Nebenschlußkreise, die durch die Widerstände 130, 131 gebildet sind, entladen größere Kapazitäten der Anordnung, die für die Zwecke der Energiespeicherung vorgesehen sind. Die Verbindung des Widerstandes 131 und der Zenerdiode 132 bildet einen zweckmäßigen Meßpunkt 134 für die an der Anode sich ^

ausbildende Hochspannung. Die Zenerdiode 132 verhindert das Ansteigen der Spannung an der Leitung 133, wenn der Meßpunkt 134 nicht ausgenützt wird. Kapazitäten 140 und 141 sind an den Leitungen 133 und 94 vorgesehen, um induktive Widerstände in dem Hochspannungaaystem zu kompensieren und einen Strom an die Röntgenröhre 11 bei sehr kurzen Belichtungszeiten zu liefern.

Der Nebenschlußwiderstand 130 an der Kathode 13 erleichtert das Zustandekommen der Vorspannung der Röntgenröhre und fördert dadurch die Arbeitsweise der Anordnung bei Auftreten von Fehlern. Wenn die Schaltung eingeschaltet wird, so bilden die Schaltröhren 91» 92 in ihrem gesperrten Zustand einen unterbrochenen Stromkreis für die Spannung auf der Leitung 16. Die Röntgenröhre selbst ist abgeschaltet und verhindert ebenfalls einen Stromfluß zu der Leitung 15. Ba kann sich dann nur ein Strom durch die Widerstände 135, 136, 137 und die Zenerdiode 138 ergeben. Der Widerstand 130 schließt

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einen Stromkreis für die Leitungen 70 und 16. Die Diode 124 wirkt dabei als eine schaltende Diode, die verhindert, daß ein Strom durch den Widerstand IJO zurück in den Gleichrichter 121 fließt. Der Strom in dem Widerstand 130 entwickelt eine Vorspannung für die Röntgenröhre 11, durch die dieselbe abgeschaltet wird. Der Strom von dem Gleichrichter 121, der die Widerstände 135, 136, 137 und die Diode 138 durchfließt, unterstützt die Ausbildung einer Vorspannung, obwohl die beiden Vorspannungsquellen für sich genommen bereits ausreichen, die Röntgenröhre ausgeschaltet zu halten. Der Strom durch die Widerstände 135» 136, 137 und die Diode 138 wird abgelenkt und fließt, wenn die Schaltröhren 91, 92 eingeschaltet werden, durch diese Röhren.

Die Anordnung mit der gittergesteuerten Röntgenröhre kann daher auch dann arbeiten, wenn entweder die eine oder die andere der beiden Gleichrichteranordnungen 85, 121 ausfällt und die Hauptspannungsquelle weiter in Betrieb ist. Die erfindungsgemäße Schaltung kann eine Abschaltung oder selbst eine Einschaltung auch dann bewirken, wenn die zusätzlichen Gleichrichteranordnungen 85, 121 nicht da sind. Die Funktion dieser zusätzlichen Energiequellen liegt darin, die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Sohaltung derart zu unterstützen, daß sich minimale Einschalt- und Abechaltzeiten ergeben·

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Die Grleichrichteranordnung 85 fördert die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung in dem Sinne, daß sich schnelle Abschaltzeiten und Einschaltzeiten ergeben. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem 10 MHz-Träger in der Steuerstufe 26 läßt sich leicht eine Schaltzeit von 0,1 msek erzielen,und es ist möglich, die Schaltung in einer Zeit von 0,02 msek durchzuführen, so daß außeror- % dentlich kurze Belichtungszeiten ermöglicht sind.

Wenn die Grleichrichter__anordnung 121 versagt, so wird eine hinreichende Anoden-Kathoden-Spannung durch das Spannungsgefälle an den Widerständen 135, 136, 137 und der Diode 138 geliefert, so daß die Schaltröhren 91, 92 eingeschaltet werden bei Anwesenheit eines Steuersignals von der Gittersteuerstufe 25, obwohl die Einschalt- und die Abschaltzeiten dann etwas größer werden. Dasselbe gilt, Λ falls die Gleichrichteranordnung 85 versagt, die das positive Potential der Gitterelektrode 14 der Röntgenröhre zuführt. Wenn die Gleichrichteranordnung 77 versagt, so kann kein Signal den Steuergittern der Schaltröhren 91, zugeführt werden, welches dieselben einschalten könnte, und die Röntgenröhre 11 bleibt daher abgeschaltet. Daher ist die erfindungsgemäße Schaltung sicher gegen ein Versagen von Schaltelementen.

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Das erfindungsgemäfle Gerät gestattet ferner die Durchführung langer Expositionen beliebiger Dauer ohne besondere Abänderung. Die Anwendung einer hochfrequenten Trägerwelle zur Überbrückung des Gleichspannungssprunges macht es möglich, die Röntgenröhre für jede beliebige Zeitspanne einzuschalten. So kann man praktisch jede beliebige Röntgenbelichtungszeit erzielen zwischen einer so geringen Zeit wie 0,5 msek bis zur kontinuierlichen Arbeitsweise, wie sie bei kinematographischen Aufnahmen vorliegt.

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Claims

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Patentansprüche

Iy Röntgengerät mit einer ein Steuergitter aufweisenden Röntgenröhre und mit einer Schaltvorrichtung in der Kathodenzuleitung der Röntgenröhre, die in einem ersten Zustand den RentgenrÖhrenstrom freigibt und in einem zweiten Zustand den, Röntgenröhrenstrom sperrt, und mit einer Belichtungssteuerstufe zur Steuerung der Schaltvorrichtung von dem einen Zustand in den anderen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gitterspannungsateuerstufe (21) mit dem Steuergitter (14) der Röntgenröhre (ll) und der Schaltvorrichtung (91» 92) verbunden ist und dem Steuergitter (14) der Röntgenröhre eine gegenüber der Kathode (13) derselben stark negative Spannung abgibt, wenn die Schaltvorrichtung (91, 92) ihren den Röntgenröhrenstrom sperrenden Zustand hat, und f dem Steuergitter (14) der Röntgenröhre eine der Kathode (13) derselben naheliegende Spannung gibt, wenn die Schaltvorrichtung (91_f 92) ihren den Röntgenröhrenstrom freigebenden Zustand hat.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gitterkreis der Röntgenröhre eine Vorrichtung (107) vorgesehen ist, die,

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wenn die Schaltvorrichtung (91, 92) ihren den Röntgenröhrenstrom freigebenden Zustand hat, das Steuergitter (14) der Röntgenröhre auf einem bestimmten Potential in bezug auf die Kathode (13) derselben hält.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gefc kennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Diode (107) ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gitterspannungssteuerstufe (21) eine das Steuergitter (14) der Röntgenröhre in bezug auf die Kathode (13) positiv vorspannende Spannungsquelle (85) vorgesehen ist.
^ 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (91, 92) aus Mehrgitterelektronenröhren besteht, deren Steuergitter von dem in der Belichtungssteuerstufe (26) erzeugten Steuersignal gesteuert wird.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gitterspannungssteuerstufe (21) eine Gleichspannungsquelle (121) vorgesehen ist, die über eine Diode (124) den Anoden der die

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Schaltvorrichtung (91, 92) bildenden Elektronenröhren eine positive Spannung zuführt, und daß parallel zu den Elektronenröhren eine Widerstandsanordnung (1351 136, 137, 138) vorgesehen ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Be- { lichtungssteuerstufe ein moduliertes Hochfrequenzsignal erzeugt, das über einen Lufttransformator (33) einer Vorsteuerstufe (25) dei&itterspannungasteuerstufe (21) übertragen und dort gleichgerichtet wird.

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