DE19614222C1 - Röntgenröhre mit ringförmiger Anode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre aufweisend ein um eine Drehachse drehbares Vakuumgehäuse, eine mit dem Vakuum­ gehäuse verbundene Kathode und Anode, Mittel zur drehbaren Lagerung des Vakuumgehäuses und Mittel zur Fokussierung des von der Kathode zu der Anode verlaufenden Elektronenstrahls.

Gewöhnlich werden in Röntgenröhren zur Erhöhung der mittleren elektrischen Leistung Anoden als Drehanode ausgeführt, welche im Vakuumgehäuse der Röntgenröhre aufgenommen und im wesent­ lichen strahlungsgekühlt sind. Durch die Drehbewegung der Drehanode im Vakuumgehäuse der Röntgenröhre verteilt sich die von dem in einem ortsfesten Brennfleck auftreffenden, von der Kathode zur Drehanode verlaufenden Elektronenstrahl abgege­ bene Wärmemenge auf eine ringförmige Brennfleckbahn. Eine an sich erwünschte direkte Kühlung der Anode durch ein Kühlme­ dium, die eine deutliche Erhöhung der mittleren elektrischen Leistung zuläßt, ist bisher Festanoden vorbehalten und bei Drehanoden allenfalls unter großen Schwierigkeiten zu errei­ chen.

Eine derartige Festanoden-Röntgenröhre ist beispielsweise aus der US 2,791,708 bekannt, bei der eine auf einem mit Kühlka­ nälen versehenen Kühlkörper angeordnete, ringförmige Anode eine Elektronen radial auswärts emittierende Kathode umgibt. Im Betrieb der Röntgenröhre erzeugen die radial auswärts emittierten Elektronen einen ringförmigen Brennfleck auf der ringförmigen Anode, wodurch die Anode im Vergleich zu einem punktförmigen Brennfleck lokal geringer erhitzt wird. Ein Kühlmedium zirkuliert zusätzlich durch die Kühlkanäle des Kühlkörpers und kühlt die Anode.

Eine Kühlung durch Wärmeleitung muß im Falle von Drehanoden-Röntgenröhren über das zur drehbaren Lagerung der Drehanode vorgesehene Lagersystem erfolgen und führt auch bei Einsatz eines aufwendigen Flüssigmetall-Gleitlagers nur zu geringen transportierten Wärmemengen. Auch die im Vakuum laufenden Ku­ gellager heutiger Drehanoden-Röntgenröhren sind problema­ tisch, da einerseits im Vakuum nur Feststoffschmierung mög­ lich ist und andererseits die Lager wegen der im Betrieb der Röntgenröhre auftretenden Temperaturschwankungen mit großem Lagerspiel betrieben werden müssen. Sie neigen daher häufig zu Vibrationen, die sich in starken Laufgeräuschen äußern und begrenzen infolge relativ hohen Verschleißes die Lebensdauer heutiger Drehanoden-Röntgenröhren, was sich wirtschaftlich nachteilig auswirkt.

Bisherige Lösungen zur Erhöhung der mittleren elektrischen Leistung von Drehanoden-Röntgenröhren zielen meist darauf ab, Drehanoden durch eine Vergrößerung der Wärmekapazität und der Abstrahlleistung auch für höhere und mittlere Leistungen tauglich zu machen, wodurch jedoch zwischen aufeinanderfol­ genden Röntgenaufnahmen immer längere Pausen zum Abkühlen dieser Röntgenröhren notwendig werden. Die Grenze der hiermit erzielbaren mittleren elektrischen Leistung liegt etwa bei 10 kW. Da die Röntgenröhren mit zunehmender mittlerer elektri­ scher Leistung aber immer schwerer und voluminöser werden, sind sie nur noch schwer zu handhaben.

Lösungen zur Vermeidung der Lagerprobleme und zur Eliminie­ rung der Laufgeräusche sehen den Einsatz von Flüssigmetall-Gleitlagern und auf lange Sicht den Einsatz von Magnetlagern vor. Während Flüssigmetall-Gleitlager und Magnetlager eine Reduzierung der Laufgeräusche und des Lagerverschleißes ver­ sprechen, sind sie dennoch nicht in der Lage, größere Wärme­ mengen zu transportieren und damit die Kühlung der Drehanode der Röntgenröhre effektiver zu machen.

Weitere Lösungen zielen darauf ab, die Röntgenröhre als soge­ nannte Drehröhre auszubilden und in einem vorzugsweise elek­ trisch isolierenden Kühlmedium rotieren zu lassen. Eine der­ artige Röntgenröhre ist beispielsweise aus der DE 87 13 042 U1 bekannt. Diese Röntgenröhre, deren Kathode und Anode fest mit dem Vakuumgehäuse der Röntgenröhre verbunden sind, ist von einem mit Isolieröl gefüllten Schutzgehäuse umgeben und darin um ihre Mittelachse drehbar gelagert. Das Isolieröl, das zugleich als Kühlmedium dient, zirkuliert durch das Schutzgehäuse und sorgt damit für eine Abfuhr der im Betrieb des Röntgenstrahlers auftretenden Verlustwärme. Um sicherzu­ stellen, daß der von der auf der Mittelachse der Röntgenröhre angeordneten Kathode ausgehende Elektronenstrahl in einem ortsfesten Brennfleck auf der Drehanode auftrifft, ist außer­ halb des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre ein ortsfestes Ab­ lenksystem für den Elektronenstrahl angeordnet.

Eine derartige Drehröhre ist auch in der EP 0 473 852 A1 be­ schrieben, wobei die Drehröhre nicht in einem Kühlmedium ro­ tiert.

Des weiteren ist in der DE-PS 8 81 974 eine in einem Kühlöl rotierende Drehröhre mit magnetisch festgehaltenem Elektro­ nenstrahlenbündel beschrieben, wobei die Anode als eine die Kathode nicht umschließende, aus dem Glaskörper des Vakuumge­ häuses herausragende Hohlanode ausgebildet ist.

Als problematisch erweist sich bei derartigen Lösungen der voluminöse Aufbau der Röntgenröhren, der in Verbindung mit hohen Drehzahlen Lagerprobleme hervorruft, welche Stabili­ tätsprobleme des Brennflecks nach sich ziehen und sich insbe­ sondere in der Computertomographie als störendes Brennfleck­ wackeln äußern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine direkte Kühlung der Anode möglich ist und daß dennoch die Voraussetzungen für die Stabilität des Brennflecks auch bei hohen Drehzahlen gegeben sind.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genröhre aufweisend ein um eine Drehachse drehbares Vakuumge­ häuse, eine mit dem Vakuumgehäuse verbundene, ringförmige, vor­ zugsweise hohlzylindrische Anode, deren Mittelachse der Dreh­ achse entspricht, eine innerhalb des Vakuumgehäuses angeord­ nete, die Drehachse umgebende Kathode, welche im Betrieb der Röntgenröhre Elektronen radial auswärts emittiert, Mittel zur drehbaren Lagerung des Vakuumgehäuses, Antriebsmittel zum Drehen des Vakuumgehäuses und Mittel zur Fokussierung des von der Kathode zu der Anode verlaufenden Elektronenstrahls, wel­ che den Elektronenstrahl derart fokussieren, daß er in einem ortsfesten Brennfleck auf die Anode auftrifft. Infolge der ringförmigen Gestaltung der die Kathode umgebenden Anode ist eine kurze Bauweise des Vakuumgehäuses möglich. Die kurze Bauweise des Vakuumgehäuses läßt aber eine steife Lagerung des Vakuumgehäuses zu, wodurch im Betrieb der Röntgenröhre hohe Drehzahlen des Vakuumgehäuses unter Gewährleistung der Stabilität des Brennflecks möglich sind. Die Anode und die vorzugsweise rotationssymmetrische Kathode sind relativ zu­ einander in Ruhe. Die Mittel zur Fokussierung des Elektro­ nenstrahls können dabei gemäß einer Variante der Erfindung magnetische und elektrostatische Mittel umfassen.

Aus der EP 0 187 020 A2 ist im übrigen eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art bekannt, wobei deren Kathode weder die Drehachse der Röntgenröhre umgibt noch im Betrieb der Rönt­ genröhre Elektronen allseits radial auswärts emittiert. Die Kathode wird vielmehr im Betrieb der Röntgenröhre mittels einem Lager und Magneten ortsfest gehalten.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung bestehen die magnetischen Mittel zur Fokussierung des von der Kathode zur Anode verlaufenden Elektronenstrahls aus mindestens zwei Elektro- oder Permanentmagneten, welche das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre abschnittsweise umgeben oder an diesem anliegen und in bezug auf das Vakuumgehäuse ruhen. Die elektrostatischen Mittel zur Fokussierung des Elektronen­ strahls enthalten eine innerhalb des Vakuumgehäuses angeord­ nete, vorzugsweise rotationssymmetrische Wehnelt-Elektrode, welche zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Kathode ange­ ordnete Elektrodenabschnitte aufweist und deren Mittelachse die Drehachse ist. Hierbei liegt innerhalb des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre eine elektrostatische Feldverteilung zwi­ schen der Kathode und der Anode vor, welche ohne weitere Maß­ nahmen die von der geheizten Kathode emittierten Elektronen sozusagen sternförmig radial nach außen in Richtung auf die Anode hin beschleunigen würde. Um dennoch zu erreichen, daß sich ein in einem ortsfesten Brennfleck auf der Anode auf­ treffender Elektronenstrahl ausbildet, sind die magnetischen Mittel zur Fokussierung vorgesehen. In dem von den magneti­ schen Mitteln zur Fokussierung erzeugten Magnetfeld wirkt auf die sich radial auf die Anode zu bewegenden Elektronen eine ablenkende Kraft, die die Elektronen, abgesehen von denjeni­ gen, die von dem dem Brennfleck radial gegenüberliegenden Be­ reich der Kathode ausgehen, derart aus ihren zunächst radial gerichteten Bahnen ablenkt, daß sich ein radial gerichteter Elektronenstrahl bildet. Dabei ist die Ablenkung der Elektro­ nen im Magnetfeld um so schwächer, je höher ihre kinetische Energie ist, d. h. die Elektronen werden nahe ihres Aus­ trittsortes an der Kathode am stärksten abgelenkt, da hier der Einfluß des sie radial beschleunigenden elektrostatischen Feldes zwischen Kathode und Anode noch gering ist. Das von den ortsfesten magnetischen Mitteln zur Fokussierung er­ zeugte, ebenfalls ortsfeste Magnetfeld hält dabei den von aus der Kathode emittierten und im Magnetfeld abgelenkten Elek­ tronen gebildeten Elektronenstrahl im Betrieb der Röntgen­ röhre, wenn diese rotiert, ortsfest, so daß der Brennfleck auf der Anode eine ringförmige Brennfleckbahn beschreibt. Die durch das Magnetfeld entstehende fokussierende Kraft auf die Elektronen in der Ebene senkrecht zur Drehachse bestimmt zu­ gleich die Breite des auf der Auftreff fläche der Anode abge­ bildeten Brennflecks.

Der in Richtung der Drehachse wirkenden defokussierenden Kraft auf den Elektronenstrahl wird durch die Wehnelt-Elek­ trode elektrostatisch entgegengewirkt. Dabei wirkt auf die den Elektronenstrahl bildenden Elektronen eine in Richtung der Drehachse fokussierende Kraft, welche die Länge des Brennflecks des Elektronenstrahls auf der Auftrefffläche auf der Anode beeinflußt.

Die Form des Brennflecks auf der Auftrefffläche auf der Anode wird also durch die Form und die Stärke des Magnetfeldes so­ wie durch die Stärke der elektrostatischen Fokussierung des Elektronenstrahls bestimmt. Ein variabler Brennfleck kann so­ mit durch geeignetes Zusammenwirken der Spulenströme der Elektromagneten und der an der Wehnelt-Elektrode anliegenden Spannung einfach realisiert werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht innerhalb des Vaku­ umgehäuses der Röntgenröhre eine in bezug auf das Vakuumge­ häuse ortsfeste, vorzugsweise rotationssymmetrische Steuere­ lektrode vor, deren Mittelachse die Drehachse ist. Die Steue­ relektrode ist in Form eines Gitters ausgeführt und ermög­ licht zusätzlich einen Pulsbetrieb der Röntgenröhre, wenn ein Steuersignal mit entsprechendem Signalverlauf an das Gitter angelegt wird.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre mit Wälzlagern, insbesondere Kugel lagern, dreh­ bar zu lagern. Da sich hierbei keine Lagerteile im Vakuumge­ häuse der Röntgenröhre befinden, können die Kugellager naßge­ schmiert werden, wodurch sich der Verschleiß und die Laufge­ räusche stark reduzieren lassen. Eine leichte Zugänglichkeit der Kugellager gestattet zudem ihr Auswechseln, was die Wirtschaftlichkeit einer solchen Röntgenröhre steigert. Dar­ über hinaus können die Kugellager spielfrei ausgeführt wer­ den, wodurch sich die Stabilität des Brennflecks verbessert.

Nach einer Variante der Erfindung sind als Antriebsmittel zum Drehen des Vakuumgehäuses ein Elektromotor oder ein pneumati­ scher Antrieb vorgesehen. Der Antrieb kann dabei direkt an der Anode oder an einer mit dem Vakuumgehäuses der Röntgen­ röhre fest verbundenen Welle angreifen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist die Anode direkt mit einem Kühlmedium, vorzugsweise einer Flüssigkeit wie Isolieröl beaufschlagt. Die aktive Küh­ lung der Anode ermöglicht hohe Dauerleistungen im Betrieb der Röntgenröhre und eine deutliche Reduzierung der Abkühlzeiten der Röntgenröhre bei aufeinanderfolgenden Röntgenaufnahmen.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß das Kühlmedium die Außenseite der Anode als gerichtete Strömung beaufschlagt. Die Außenseite der Anode ist hierbei mit einer Beschaufelung versehen, auf die die Strömung des Kühlmediums derart ein­ wirkt, daß ein das Vakuumgehäuse um die Drehachse drehendes Drehmoment auftritt. Besondere Antriebsmittel zum Drehen des Vakuumgehäuses können dann entfallen, da diese durch die Be­ schaufelung und die auf diese treffende Strömung gebildet sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefüg­ ten Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Dreh­ röntgenröhre mit strichpunktiert angedeuteter Kathode und strichpunktiert angedeutetem Bahnverlauf der Elektronen,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 mit strichpunktiert angedeutetem Bahnverlauf der Elektronen,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1 mit strichpunktiert angedeutetem Bahnverlauf der Magnetfeldlinien,

Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren erfin­ dungsgemäßen Drehröntgenröhre, und

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 4.

Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Drehröntgenröhre weist ein flaches, zylinderförmiges Vakuumgehäuse 26 auf, welches über eine fest mit dem Vakuumgehäuse 26 verbundene und sich durch das Vakuumgehäuse 26 erstreckende Welle 33, deren Mittelachse einer Drehachse 1, welche die Mittelachse des Vakuumgehäuses 26 ist, entspricht, drehbar gelagert ist. Das Vakuumgehäuse 26 der Röntgenröhre setzt sich aus einer ringförmigen Anode 5, deren zylindrische Außenfläche die Man­ telfläche des zylinderförmigen Vakuumgehäuses 26 bildet, ei­ nem kreisförmigen Deckel 7 und einem kreisförmigen Boden 8 zusammen. Der Deckel 7 und der Boden 8 des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre bestehen aus einem isolierendem Material, z. B. Keramik oder Glas, welches vorzugsweise mit einer hochohmigen Leitschicht versehen ist. Im Gegensatz zu der zy­ lindrischen Außenfläche der Anode 5, setzt sich die im Vakuum der Röntgenröhre liegende Innenfläche der Anode 5 aus zwei zylindrischen Flächenabschnitten verschiedenen Durchmessers 27, 28 und einem diese verbindenden konischen Flächenab­ schnitt 6 zusammen. Der konische Flächenabschnitt 6 bildet die Auftrefffläche für einen von einer Kathode 2 zu der ring­ förmigen Anode 5 verlaufenden Elektronenstrahl 19.

Die rohrartig ausgebildete rotationssymmetrische Kathode 2 umgibt elektrisch isoliert innerhalb des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre die Welle 33 und liegt an dem Deckel 7 und dem Boden 8 des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre direkt an. Auf die Kathode 2 ist als elektrostatisches Fokussierungsmit­ tel eine rotationssymmetrisch ausgebildete Wehnelt-Elektrode 3 aufgesetzt, welche zwei einander gegenüberliegende, an den Enden der Kathode 2 im Bereich des Deckels 7 und des Bodens 8 des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre angeordnete Elektro­ denabschnitte 3a und 3b aufweist, zwischen welchen sich der mittlere Bereich der Kathode 2 befindet. Die Kathode 2 und die Wehnelt-Elektrode 3 sind ebenfalls voneinander elektrisch isoliert. Eine mit dem Vakuumgehäuse 26 der Röntgenröhre fest verbundene Steuerelektrode 4 ist ebenfalls rotationssymme­ trisch ausgebildet und so angeordnet, daß ihre Mittelachse der der Drehachse 1 entspricht. Die rohrartige Steuerelek­ trode 4 ist in Form eines Gitters aufgebaut und in nicht nä­ her dargestellter Weise am Boden 8 und/oder am Deckel 7 befe­ stigt.

Je nachdem aus welchem Material der Boden 8 des Vakuumgehäu­ ses 26 gefertigt ist, kann dieser wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt über ein ringförmiges Strahlenaustrittsfenster 9 verfügen, um den ungehinderten Austritt des Nutzröntgenstrah­ lenbündels 20 aus dem Vakuumgehäuse 26 zu ermöglichen.

Während die Kathode 2, welche einen rohrförmigen Körper aus einem geeigneten Material, beispielsweise Lanthanhexaborid (LaB₆), aufweist, welches durch direkten Stromdurchgang zur Erzeugung der für die Elektronenemission erforderlichen Tem­ peratur geheizt wird, auf negativer Hochspannung liegt, liegt die Anode 5 auf Massepotential. Es besteht im übrigen auch die Möglichkeit, die Kathode 2 indirekt zu heizen, beispiels­ weise durch eine innerhalb der Kathode 2 angeordnete ringför­ mige Heizwendel. Die negative Hochspannung und die Heizspan­ nung für die Kathode 2, sowie die Spannungen für die Wehnelt-Elektrode 3 und die Steuerelektrode 4, sind jeweils an Schleifringe 34 bis 39 angelegt, welche an den Hochspan­ nungsisolatoren 12, 13 angebracht sind und diese umgeben. Die rohrartigen Hochspannungsisolatoren 12, 13 umschließen die Welle 33 und liegen von außen an dem Deckel 7 und dem Boden 8 des Vakuumgehäuses 26 an. Die Kathode 2, die Wehnelt-Elek­ trode 3 wie auch die Steuerelektrode 4 sind jeweils mit den entsprechende Schleifringen über voneinander isolierte Zulei­ tungen verbunden. Die Verbindung der ringförmigen Anode 5 mit Massepotential erfolgt ebenfalls über einen in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Schleifring. Im übrigen sind die Gene­ ratoren, welche die Spannungen für die Kathode 2, die Weh­ nelt-Elektrode 3 und die Steuerelektrode 4 erzeugen, wie auch die auf den Schleifringen 34 bis 39 gleitenden Schleifkon­ takte in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt.

Außerdem sind bezüglich des Vakuumgehäuses 26 der Röntgen­ röhre ruhende Mittel zur magnetischen Fokussierung des von der Kathode 2 zur Anode 5 verlaufenden Elektronenstrahls 19 vorgesehen, die durch zwei Elektromagneten 29, 30 mit U-för­ migen Magnetkernen gebildet sind, welche mit rechteckigen Er­ regerspulen 22, 23 und mit halbkreisförmigen Polschuhen 15, 25 und 14, 24, welche halbkreisförmige Ausschnitte aufweisen, versehen sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich umgeben die Elek­ tromagneten 29, 30 das zylinderförmige Vakuumgehäuse 26 der Röntgenröhre derart, daß ihre Polschuhe in y-Richtung (siehe das in Fig. 1 eingetragene Koordinatensystem) zueinander aus­ gerichtet sind, so daß sich, wie den Fig. 1 und 3 entnommen werden kann, die Polschuhe 14 und 15 und die Polschuhe 24 und 25 mit ihren halbkreisförmigen Ausschnitten, welche die in z-Richtung verlaufende Welle 33 und die Hochspannungsisolatoren 12, 13 berührungslos abschnittsweise umschließen, gegenüber­ liegen.

In Fig. 3 ist der Verlauf der Magnetfeldlinien 21 zwischen den Polen der Elektromagneten 29 und 30 strichpunktiert ein­ getragen. Im Ausführungsbeispiel sind die Erregerspulen 22, 23 der Elektromagneten 29, 30 jeweils so mit einem Erreger­ strom beaufschlagt, daß der Polschuh 15 den Südpol und der Polschuh 25 den Nordpol des Elektromagneten 29 darstellt und daß der Polschuh 14 den Nordpol und der Polschuh 24 den Süd­ pol des Elektromagneten 30 darstellt.

Im übrigen müssen die Magnetkerne der Elektromagneten 29,30 nicht unbedingt eine U-förmige und die Erregerspulen nicht unbedingt eine rechteckförmige Gestalt haben, sondern können beispielsweise auch halbkreisförmig bzw. rund ausgebildet sein.

Im Betrieb der Röntgenröhre rotiert das Vakuumgehäuse 26 der Röntgenröhre um die Drehachse 1. Hierbei werden von der ge­ heizten Kathode 2 Elektronen emittiert, welche aufgrund der elektrostatischen Feldverteilung zwischen der Kathode 2 und der Anode 5 zunächst radial von der Kathode 2 zur Anode 5 hin beschleunigt werden. Zur Bildung eines ortsfesten Brennflecks 18 auf der Auftrefffläche 6 der Anode 5, welcher von dem auf der Auftrefffläche 6 auftreffenden Elektronenstrahl 19 gebil­ det wird, verfügt die Röntgenröhre u. a. über die feststehen­ den Elektromagneten 29, 30, die dafür sorgen, daß sich ein in dem Brennfleck 18 auftreffender Elektronenstrahl 19 ausbil­ det. In dem von den Elektromagneten 29, 30 erzeugten Magnet­ feld, dessen Magnetfeldlinien 21 in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet sind, werden die von der Kathode 2 emittierten Elektronen zum Brennfleck 18 hin abgelenkt. Wie in Fig. 1 an­ hand mehrerer strichpunktierter Linien, die den Bahnverlauf emittierter Elektronen kennzeichnen, beispielhaft in der x/y-Ebene dargestellt ist, erfahren die sich mit der Geschwin­ digkeit v radial auf die Anode 5 zu bewegenden Elektronen im resultierenden Magnetfeld der Elektromagneten 29, 30 eine sie in ϕ-Richtung auf den Brennfleck 18 ablenkende Kraft F. Dabei wird die Ablenkung um so schwächer, je höher die kinetische Energie der emittierten Elektronen wird. Da die Austrittsge­ schwindigkeit der Elektronen aus der Kathode 2 sehr gering ist und die elektrostatische zwischen Kathode 2 und Anode 5 wirkende Kraft sie erst nach und nach beschleunigt, werden die Elektronen am Anfang ihrer Bahnbewegung in der Nähe der Kathode 2 am stärksten abgelenkt. Die die Elektronen zu einem Elektronenstrahl 19 fokussierende Kraft in der x/y-Ebene wirkt senkrecht zu der in z-Richtung verlaufenden Drehachse 1 und bestimmt die Breite des Brennflecks 18 auf der Auftreff­ fläche 6 der Anode 5.

Die hierbei auf die Elektronen in z-Richtung wirkende defo­ kussierende Kraft wird durch die elektrostatische Fokussie­ rung der rotationssymmetrischen Wehnelt-Elektrode 3 kompen­ siert, welche die Länge des Brennflecks 18 auf der Auftreff­ fläche 6 der Anode 5 bestimmt. Die fokussierende Wirkung der Wehnelt-Elektrode 3 auf die sich von der Kathode 2 zu der Anode 5 bewegenden und den Elektronenstrahl 19 bildenden Elektronen ist strichpunktiert in Fig. 2 angedeutet.

Die Form des Brennflecks 18 wird also durch die Form und Stärke des Magnetfeldes der Elektromagneten 29, 30 sowie die Stärke der elektrostatischen Fokussierung durch die Wehnelt-Elektrode 3 bestimmt. Ein variabler Brennfleck 18 kann durch geeignete Kombination der Wehnelt-Spannung und der Spulen­ ströme der Elektromagneten 29, 30 einfach realisiert werden.

Die Lagerung des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre erfolgt über die Welle 33 gegenüber einem in Fig. 2 und 3 gestrichelt angedeuteten Schutzgehäuse 31 mit Kugellagern 10, 11. Ein be­ sonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich keine Lagerteile im Vakuum befinden. Dies ermöglicht eine Naß­ schmierung der Kugellager im Betrieb, wodurch sich der La­ gerverschleiß und die Laufgeräusche drastisch reduzieren las­ sen. Werden darüber hinaus die Lager spielfrei ausgeführt, so führt dies zu einer verbesserten Stabilität des Brennflecks mit der Möglichkeit deutlich höherer Drehzahlen der Röntgen­ röhre im Vergleich zu Röntgenröhren herkömmlicher Bauart. Sind die Kugellager zudem auswechselbar, führt dies zu einer nochmaligen Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Röntgenröhre.

An dem freien Ende der Welle 33 der Drehröntgenröhre ist wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, ein Elektromotor vorhanden, der einen drehfest mit der Welle 33 verbundenen Rotor 17 und ei­ nen Stator 16 aufweist. Mittels des Elektromotors wird die Welle 33 und somit das mit ihr fest verbundene Vakuumgehäuse 26 der Röntgenröhre um die Drehachse 1 in Drehung versetzt. Der Antrieb für das Vakuumgehäuse 26 der Röntgenröhre muß hierbei nicht unbedingt auf die Welle 33 wirken. Es ist auch vorstellbar, daß das Drehmoment des Elektromotors direkt an der Anode angreift. Der Antrieb kann im übrigen auch durch einen pneumatischen Antrieb erfolgen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehröntgenröhre ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Die Drehröntgenröhre entspricht dabei in Aufbau und Funktion im wesentlichen der Drehröntgenröhre gemäß dem zuvor beschriebe­ nen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der vorstehend be­ schriebenen Ausführungsform der Erfindung sind jedoch als ru­ hende Mittel zur magnetischen Fokussierung des von der Ka­ thode 2 zur Anode 5 verlaufenden Elektronenstrahls zwei Elek­ tromagneten 40, 41 vorgesehen, welche jeweils einen U-förmig, an den Enden flanschartig ausgebildeten Magnetkern mit Spalt und rechteckige Erregerspulen 42, 43, welche den dem Spalt gegenüberliegenden Teil des Magnetkerns umschließen, aufwei­ sen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich sind der Elektromagnet 40 in der Nähe des Deckels 7 und des Hochspannungsisolators 12 und der Elektromagnet 41 in der Nähe des Bodens 8 und des Hoch­ spannungsisolators 13 jeweils mit den flanschartigen Enden und dem Spalt flächenparallel zum Deckel 7 bzw. Boden 8 des Vakuumgehäuses 26 angebracht, wobei die Elektromagneten 40, 41 in y-Richtung des in Fig. 4 und 5 eingetragenen Koordina­ tensystems derart zueinander ausgerichtet sind, daß sich ihre Spalte gegenüberliegen. Die Halterungen der Elektromagneten 40, 41 sind in den Fig. 4 und 5 im übrigen nicht dargestellt. Die zum Vakuumgehäuse 26 relativ in Ruhe befindlichen Elek­ tromagneten 40, 41 erzeugen dabei ein ebenfalls ruhendes Ma­ gnetfeld, das für die Fokussierung des von der Kathode 2 zur Anode 5 verlaufenden Elektronenstrahls sorgt. Die physikali­ sche Fokussierung der aus der Kathode 2 emittierten Elektro­ nen zu einem Elektronenstrahl, welcher auf einen ortsfesten Brennfleck auf der Auftrefffläche 6 der Anode 5 auftrifft, entspricht dabei im wesentlichen derjenigen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Drehröntgenröh­ ren besteht darin, daß die Anode 5 aktiv gekühlt werden kann. Ein Kühlmedium 32, im vorliegenden Fall ein Isolieröl, wel­ ches gemäß Ausführungsbeispiel eins in dem in Fig. 2 und 3 gestrichelt angedeuteten Schutzgehäuse 31 in nicht darge­ stellter Weise aufgenommen ist und gegebenenfalls in einem Kreislauf durch ein Kühlaggregat zirkuliert, beaufschlagt di­ rekt die Außenwand des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre und sorgt für eine gute Wärmeabfuhr und somit für eine gute Küh­ lung des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhre insbesondere der ringförmigen Anode 5. Verbunden mit einer deutlichen Reduk­ tion der Abkühlzeiten der Anode 5 sind demzufolge hohe Dauer­ leistungen der Drehröntgenröhren möglich. Liegen die Kugella­ ger 10, 11 zudem innerhalb des Schutzgehäuses 32, kann das Isolieröl 32 als Schmiermittel für die Naßschmierung der Ku­ gellager 10, 11 fungieren.

Des weiteren können die Drehröntgenröhren durch den Gebrauch der Steuerelektrode 4 im Pulsbetrieb eingesetzt werden.

Alternativ kann die Außenwand des Vakuumgehäuses 26, z. B. im Bereich der Anode 5, mit einer in den Fig. 1 bis 5 nicht dar­ gestellten Beschaufelung versehen sein, so daß, wie aus der DE 87 13 042 U1 bekannt, das aus in den Fig. 1 bis 5 nicht dar­ gestellten Düsen aus tretende Isolieröl 32 auf die Beschaufe­ lung als gerichtete Strömung derart einwirkt, daß ein das Va­ kuumgehäuse 26 der Röntgenröhre um die Drehachse 1 drehendes Drehmoment auftritt. In diesem Fall können besondere An­ triebsmittel für die Drehröntgenröhren entfallen.

Insgesamt lassen sich die erfindungsgemäßen Drehröntgenröhren kurz aufbauen, wodurch der Aufbau kleiner Röntgenstrahler mit hoher Kühlkapazität möglich ist. Zusammen mit der spielfreien Lagerung des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhren sind hohe Drehzahlen erreichbar, wodurch beispielsweise das störende Wackeln des Brennflecks in einem Computertomographen deutlich reduziert wird.

Im übrigen muß die Kathode 2 nicht notwendigerweise rohrartig und rotationssymmetrisch ausgebildet sein und die Welle 33 innerhalb des Vakuumgehäuses 26 der Röntgenröhren vollständig in z-Richtung umgeben, sondern kann beispielsweise ringför­ mige Gestalt haben und auf den mittleren Bereich der Welle 33 begrenzt sein.

Claims (10)

1. Röntgenröhre aufweisend ein um eine Drehachse (1) drehba­ res Vakuumgehäuse (26), eine mit dem Vakuumgehäuse (26) ver­ bundene, ringförmige Anode (5), deren Mittelachse der Drehachse (1) entspricht, eine innerhalb des Vakuumgehäuses (26) angeordnete, die Drehachse (1) umgebende Kathode (2), welche im Betrieb der Röntgenröhre Elektronen radial auswärts emittiert, Mittel (10, 11) zur drehbaren Lagerung des Vakuum­ gehäuses (26), Antriebsmittel (16, 17) zum Drehen des Vakuum­ gehäuses (26) und Mittel zur Fokussierung des von der Kathode (2) zu der Anode (5) verlaufenden Elektronenstrahls (19), welche den Elektronenstrahl (19) derart fokussieren, daß er in einem ortsfesten Brennfleck (18) auf die Anode (5) auf­ trifft.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, bei der die Mittel zur Fo­ kussierung des Elektronenstrahls (19) magnetische (29, 30, 40, 41) und elektrostatische (3) Mittel umfassen.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, bei der die magnetischen Mittel durch mindestens zwei in bezug auf das Vakuumgehäuse (26) ruhende Elektro- oder Permanentmagneten (29, 30, 40, 41) gebildet sind.

4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die elektrostatischen Mittel durch eine Wehnelt-Elektrode (3) gebildet sind, welche zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Kathode (2) angeordneten Elektrodenabschnitte aufweist.

5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der in­ nerhalb des Vakuumgehäuses (26) der Röntgenröhre eine in be­ zug auf das Vakuumgehäuse (26) ortsfeste Steuerelektrode (4) vorgesehen ist, deren Mittelachse der Drehachse (1) ent­ spricht, um die das Vakuumgehäuse (26) drehbar ist.

6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Vakuumgehäuse (26) mit Wälzlagern (10, 11) gelagert ist.

7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Antriebsmittel zum Drehen des Vakuumgehäuses einen Elektromo­ tor (16, 17) oder einen pneumatischen Antrieb enthalten.

8. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die ringförmige Anode (5) direkt mit einem Kühlmedium (32) beaufschlagt ist.

9. Röntgenröhre nach Anspruch 8, bei der als Kühlmedium (32) eine Flüssigkeit, z. B. Isolieröl, vorgesehen ist.

10. Röntgenröhre nach Anspruch 8 oder 9, bei der das Kühlme­ dium (32) die Außenseite der Anode (5) als gerichtete Strö­ mung beaufschlagt und bei der die Außenseite der Anode (5) mit einer Beschaufelung versehen ist, auf die die Strömung des Kühlmediums (32) derart einwirkt, daß ein das Vakuumge­ häuse (26) um die Drehachse (1) drehendes Drehmoment auf­ tritt.