DE19820427A1 - Röntgenstrahlersystem - Google Patents

Abstract

Röntgenstrahlersystem, umfassend: DOLLAR A - wenigstens einen Basisröntgenstrahler (B¶1¶, B¶2¶) mit einer Drehkolbenröhre (1) mit einer einen Elektronenstrahl emittierenden Kathode, einer Anode, und Mitteln zum variablen Ablenken des Elektronenstrahls und zum Einstellen des Brennflecks des Elektronenstrahls auf der Anode, sowie DOLLAR A - mehrere wahlweise an den Basistrahler (B¶1¶, B¶2¶) anschließbare Antriebseinrichtungen (A¶1¶, A¶2¶, A¶3¶, A¶4¶) unterschiedlicher Leistung zum drehenden Antreiben der Drehkolbenröhre (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenstrahlersystem.

Röntgenstrahler kommen heutzutage für unterschiedlichste An­ wendungen zum Einsatz, vornehmlich den unterschiedlichen Untersuchungen in der Medizintechnik, im Rahmen der Röntgen­ analytik oder aber für Materialuntersuchungen. Für praktisch jede einzelne Anwendung wie beispielsweise im Rahmen der Me­ dizintechnik, gibt es jeweils eine eigene Röntgenröhre, die sich hinsichtlich der Anforderungen von den anderen Röhren für andere Anwendungen unterscheidet. Hieraus resultieren folglich eine Vielzahl unterschiedlicher Strahlertypen für unterschiedliche Leistungsklassen, mit denen unterschiedliche Brennflecke auf dem Anodenteller erzeugt werden, die an un­ terschiedliche Detektorformate angepaßt oder die unterschied­ liche Anodenmaterialien aufweisen. Aus der großen Typenviel­ falt resultieren zwangsläufig geringe Stückzahlen des jewei­ ligen Strahlertyps, was sich wiederum nachteilig auf die Material- und Herstellungskosten des jeweiligen Strahlers so­ wie den Automatisierungsgrad im Rahmen der Herstellung aus­ wirkt.

Der Erfindung liegt damit das Problem zu Grunde, die große Typenvielfalt ohne Einschränkung der Anwendungen zu reduzie­ ren, so daß eine Kostenreduktion möglich ist.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Röntgen­ strahlersystem vorgesehen, umfassend:

• - wenigstens einen Basisröntgenstrahler mit einer Drehkolben­ röhre mit einer einen Elektronenstrahl emittierenden Kathode, einer Anode und Mitteln zum variablen Ablenken des Elektronenstrahls und zum Einstellen des Brennflecks des Elektronenstrahls auf der Anode sowie
• - mehrere wahlweise an die Basisstrahler anschließbare An­ triebseinrichtungen unterschiedlicher Leistung zum drehen­ den Antreiben der Drehkolbenröhre.

Das erfindungsgemäße Röntgenstrahlersystem sieht zweckmäßi­ gerweise den Einsatz nur eines oder weniger Basisröntgen­ strahler vor, bei denen es sich um quasi standardisierte Strahler handelt, die im Gegensatz zu bisher bekannten Strah­ lern nicht auf eine spezifische Anwendung in ihrem Arbeits- und Leistungsspektrum ausgelegt sind. Vielmehr weisen diese Basisröntgenstrahler jeweils eine Drehkolbenröhre und ent­ sprechende Mittel zum variablen Ablenken des Elektronen­ strahls und zum Einstellen des Brennflecks desselben auf. Hiermit ist es möglich, den Brennfleck variabel einzustellen um anwendungsspezifischen Erfordernissen Rechnung zu tragen. Es ist also möglich, mit Einsatz eines solchen Basisröntgen­ strahlers ein relativ breites Spektrum verschiedener Brenn­ flecke, die für unterschiedliche Anwendungen verschieden ein­ zustellen sind, zu erzeugen. Ein Vorteil von Drehkolbenstrah­ lern liegt ferner darin, daß die abgeführte Wärme, die wäh­ rend des Betriebs entsteht und limitierend für das Leistungs- und Betriebsspektrum des Strahlers ist, im wesentlichen von der Geschwindigkeit des Kühlmediums, welches sich innerhalb des Strahlergehäuses befindet und zum Kühlen der Röhre dient, am Kühlboden festgelegt ist. Bei bekannten Drehkolbenröhren wird der Kühlboden von den Anodenteller selbst gebildet. Diese abzuführende Leistung in Form von Wärme wird im wesent­ lichen durch das Produkt von Brennfleckbahnradius × Winkelge­ schwindigkeit des Anodentellers festgelegt, wobei die Winkel­ geschwindigkeit wiederum durch die Antriebseinrichtung der Drehkolbenröhre bestimmt wird. Dies bedeutet, daß bei gerin­ ger abzuführender Wärmeleistung ein entsprechend klein ausge­ legter Antrieb ausreichend ist, während bei Einsatz des Basisstrahlers für Anwendungen, bei denen höhere Röhrenlei­ stungen gefordert sind, ein stärkerer Antrieb zur Erzielung einer höheren Winkelgeschwindigkeit eingesetzt werden kann. Je kleiner der Antrieb aber gewählt werden kann, desto gün­ stiger ist dieser, so daß durch geeignete Wahl der jeweils zur gewünschten Anwendung und damit zur geforderten Leistung der Röhre passenden Antriebseinrichtung in Verbindung mit dem standardisierten Basisstrahler eine beachtliche Typen- wie Kostenreduzierung erzielt werden kann. Es wird also ein modu­ lares Strahlersystem bzw. ein modular aufgebauter Strahler vorgeschlagen, wobei die Komponenten Basisstrahler-Antrieb anwendungs- und leistungsspezifisch gewählt werden können.

Erfindungsgemäß kann das System mehrere, vorzugsweise zwei Basisstrahler unterschiedlicher Leistung umfassen, denen je­ weils mehrere Antriebseinrichtungen zugeordnet sind, um das gesamte Anforderungsspektrum von low-end-Geräten bis hin zu high-end-Geräten abzudecken. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn zumindest ein Teil der Antriebseinrichtungen an unterschiedliche Basisstrahler anschließbar ist, d. h., eine Antriebseinrichtung, die bei einem Basisstrahler gerin­ ger Leistung große Winkelgeschwindigkeiten zuläßt, kann glei­ chermaßen an einen Basisstrahler großer Leistung angekoppelt werden, um bei diesem den Bereich kleiner Winkelgeschwindig­ keiten abzudecken.

Um die Variationsmöglichkeiten innerhalb des Systems noch weiter zu erhöhen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß an den oder die Basisstrahler wahlweise eine Kühleinrichtung anschließbar ist, wobei einerseits die Verwendung der Kühl­ einrichtung, andererseits deren Ausgestaltung bzw. Kühllei­ stung wiederum abhängig von der geforderten Anwendung und der geforderten Strahlerleistung ist. Diese Kühleinrichtung, z. B. ein Wärmetauscher, kann alternativ zur Verwendung einer stärker ausgelegten Antriebseinrichtung zum Einsatz kommen, d. h., es ist möglich, mit einem klein dimensionierten Antrieb in Verbindung mit einer Kühleinrichtung gleichermaßen hohe Strahlerleistungen zuzulassen. Ferner kann vorgesehen sein, daß bei mehreren unterschiedlichen Basisstrahlern bei wenig­ stens einem Basisstrahler geringer oder mittlerer Leistung ein gasförmiges Kühlmedium vorgesehen ist. Bei solchen lei­ stungsärmeren Basisstrahlern ist der Einsatz eines Kühlgases ausreichend, die erzeugte Wärme abzuführen. Dies hat den Vor­ teil, daß der Drehkolbenstrahler wesentlich reibungsärmer ge­ dreht werden kann, d. h., es kann eine schwächere Antriebsein­ richtung verwendet werden, was sich wiederum vorteilhaft auf die Kosten auswirkt. Ansonsten kommt ein flüssiges Kühlmedium zum Einsatz.

Die Mittel zum Einstellen des Brennflecks können erfindungs­ gemäß einen Fokuskopf umfassen, mittels dem ohne Probleme die anwendungsspezifischen Brennflecke eingestellt werden können. Die Drehkolbenröhre selbst kann verkippbar im Strahlergehäuse gelagert werden, so daß eine Verkippung des Strahlers in be­ zug auf den Detektor möglich ist. Dies ermöglicht es, den Anodentellerwinkel stufenlos zu verändern, durch die Elektro­ nenoptik in Form beispielsweise des Fokuskopfes in Verbindung mit einem Quadrupol-Magnetsystem, welches erfindungsgemäß zum Ablenken des Elektronenstrahls verwendet werden kann, kann der elektronische Brennfleck entsprechend nachjustiert werden kann. Durch die Verkippungsmöglichkeit in Verbindung mit der Elektronenoptik und dem Quadrupol-Magnetsystem ist somit vor­ teilhaft die umfängliche Variation des Brennflecks möglich, so daß für die gewünschte Anwendung der jeweils erforderliche Brennfleck problemlos eingestellt werden kann. Schließlich kann die Anode wenigstens zwei radial aufgebrachte, unter­ schiedliche Targetmaterialien aufweisen, auf welche der Elek­ tronenstrahl wahlweise lenkbar ist, so daß noch mehr Variati­ onsmöglichkeiten nämlich auf die unterschiedlichen Anwendun­ gen gegeben sind.

Zusammenfassend wird also ein modulares Röntgenstrahlersystem angegeben, das ausgehend von einem oder wenigen standardi­ sierten Basisstrahlern durch modular anschließbare externe Komponenten eine optimierte anwendungsspezifische Anpassung zuläßt, wobei lediglich wenige Strahlertypen erforderlich sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in schematischer Gegenüberstellung den bisherigen Zustand sowie die sich aus dem erfindungsgemäßen System ergebenden Variationsmöglichkeiten. In der Figur sind in Form einer schematischen Gegenüberstellung der bisherige Ist- Zustand und das erfindungsgemäße modulare Strahlersystem ein­ ander gegenübergestellt. Wie anschaulich gezeigt, gibt es zu jeder Anwendung 1, 2, 3 . . . N beispielsweise in der Medizin­ technik jeweils einen spezifisch ausgelegten Röntgenstrahler S₁, S₂, S₃ . . . S_N. Die Strahler S₁ . . . S_N unterscheiden sich je­ weils in ihrem spezifischen Leistungsspektrum, hinsichtlich der erzeugbaren Brennflecke, der gegebenen Tellerwinkel, der Winkelgeschwindigkeiten der Anodenteller und ggf. der Target­ materialen etc., d. h. jeder Strahler ist spezifisch für die jeweilige Anwendung gebaut und ausgelegt, eine Kompatibilität untereinander ist in soweit nicht oder allenfalls in höchst geringem Maß gegeben. Die Typenvielfalt ist infolgedessen sehr groß.

Demgegenüber steht das erfindungsgemäße modulare Strahler­ system. Dieses umfaßt im gezeigten Beispiel lediglich zwei Basisstrahler B₁, B₂, von denen jeder in soweit standardi­ siert aufgebaut ist und nicht auf eine spezifische Anwendung ausgelegt ist. Jeder der Strahler B₁, B₂ umfaßt eine Drehkol­ benröhre 1 mit einer Anode und einer Kathode, sowie eine Elektronenoptik zum variablen Einstellen des Brennflecks des elektronischen Strahls auf der Anode, die nicht im Detail ge­ zeigt ist. Ferner ist ein magnetisches Ablenksystem 2 in Form ein Quadrupolmagneten gezeigt, welches zum Ablenken des Elek­ tronenstrahls auf den Anodenteller sowie in gewissem Maß zur Formung des Brennflecks dient. Das Strahlergehäuse 3, in dem die Drehkolbenröhre 1 drehbar gelagert und das Ablenksystem 2 fest angeordnet ist, ist mit einem Kühlmedium gefüllt. Hier­ bei kann es sich beispielsweise im Falle des Strahlers B₁, der für geringere oder mittlere Leistungen ausgelegt ist, um ein Kühlgas handeln, der Strahler B₂ kann mit einem Kühlöl gefüllt sein.

An jeden der Strahler B₁, B₂ können wahlweise verschiedene Antriebseinrichtung A₁, A₂, A₃, A₄ angekoppelt werden. Die An­ triebseinrichtungen dienen zum Drehen der Drehkolbenröhre im Kühlmedium. Die hierdurch erreichbare Geschwindigkeit des Kühlmediums am Kühlboden der Drehkolbenröhre, welcher den Boden des Anodentellers entspricht, ist begrenzender Faktor für die abführbare Wärme und damit limitierend für die Lei­ stung des Strahlers. Die Antriebseinrichtung wird dabei ent­ sprechend der gewünschten Anwendung gewählt. Im Falle der An­ wendung 1 wird an den Basisstrahler B₁ der Antrieb A₁ ange­ schlossen, welcher nur relativ geringe Winkelgeschwindigkei­ ten des Anodentellers zuläßt, jedoch für die gewünschte An­ wendung ausreichend ist. Auch für die Anwendungen 2 und 3 wird dieser Antrieb angeschlossen, wobei sich diese Anwendun­ gen beispielsweise durch die Form und Größe des Brennflecks oder aber beispielsweise die Leistung des Basisstrahlers B₁ unterscheiden können, gleichermaßen kann auch der Tellerwin­ kel des Anodentellers anders sein als bei der Anwendung 1 etc. Auf jeden Fall läßt es die Kombination Basisstrahler B₁- Antriebseinrichtung A₁ bedingt durch die seitens des Strah­ lers B₁ gegebenen Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Brennfleckeinstellung und -justierung zu, die drei Anwendun­ gen abzudecken. Erforderlich ist lediglich ein Basisstrahler sowie ein Antrieb im Vergleich zum bisherigen Stand der Tech­ nik, wonach hierfür drei unterschiedliche Strahler S₁, S₂ und S₃ erforderlich waren.

Für die Anwendungen 4 und 5 wird der Antrieb A₂ an den Basisstrahler B₁ angeschlossen, so daß dieses Anwendungsspek­ trum problemlos abgedeckt werden kann. Auch diese Anwendungen können sich beispielsweise durch unterschiedliche Tellerwin­ kel oder dergleichen unterscheiden, welche bedingt durch die verkippbare Lagerung der Drehkolbenröhre 1 innerhalb des Strahlergehäuses 3 in Verbindung mit der Brennfleckjustier­ barkeit durch die Elektronenoptik und das Ablenksystem 2 problemlos eingestellt werden können.

Für Anwendungen, die höhere Strahlerleistungen erfordern, folglich auch höhere Winkelgeschwindigkeiten am Anodenteller benötigt werden, wird - sofern die mögliche Strahlerleistung des Basisstrahlers B₁ noch ausreichend ist - der Antrieb A₃ angeschlossen. Für den Fall, daß ein stärkerer Strahler be­ nötigt wird, kommt der Basisstrahler B₂, welcher in soweit im standardisierten Aufbau dem des Basisstrahlers B₁ entsprechen kann, zum Einsatz. Auch an diesen sind unterschiedliche An­ triebseinrichtungen anschließbar, wobei die gewählte Anzahl von vier verschiedenen Antrieben natürlich nicht begrenzend ist, es können selbstverständlich noch weitere Antriebe zur Verfügung stehen. Auch hier wird für die entsprechend ge­ wünschte Anwendung der ausreichende Antrieb angebracht. Er­ sichtlich kommt das erfindungsgemäße modulare Strahlersystem mit lediglich zwei im wesentlichen standardisierten Basis­ strahlern aus, die eine Variation des Brennflecks zulassen, und an die wahlweise unterschiedlichen Antriebseinrichtungen anbringbar sind, so daß das gesamte Anwendungsspektrum abge­ deckt werden kann.

Wie die Figur ferner zeigt, kann an die Basisstrahler B₁, B₂ wahlweise eine Kühleinrichtung K₁, K₂ angeschlossen werden, sofern die gewünschte Anwendung dies erfordert. Auch diese Kühleinrichtung K₁, K₂, bei denen es sich z. B. um Wärmetau­ scher handeln kann, sind modular anbringbar, wozu am standar­ disierten Strahlergehäuse entsprechende Anschlußeinrichtungen vorgesehen sind. Hierdurch kann die Variationsmöglichkeit des Systems noch weiter erhöht werden.

Claims (9)

1. Röntgenstrahlersystem, umfassend:

• - wenigstens einen Basisröntgenstrahler (B₁, B₂) mit einer Drehkolbenröhre (1) mit einer einen Elektronenstrahl emittie­ renden Kathode, einer Anode, und Mitteln zum variablen Ablen­ ken des Elektronenstrahls und zum Einstellen des Brennflecks des Elektronenstrahls auf der Anode, sowie
• - mehrere wahlweise an den Basisstrahler (B₁, B₂) anschließ­ bare Antriebseinrichtungen (A₁, A₂, A₃, A₄) unterschiedlicher Leistung zum drehenden Antreiben der Drehkolbenröhre (1).

2. Röntgenstrahlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere, vorzugsweise zwei Basisstrahler (B₁, B₂) unterschiedlicher Leistung um­ faßt, denen jeweils mehrere Antriebseinrichtungen (A₁, A₂, A₃, A₄) zugeordnet sind.

3. Röntgenstrahlersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Antriebseinrichtungen (A₁, A₂, A₃, A₄) an unterschiedliche Ba­ sisstrahler (B₁, B₂) anschließbar ist.

4. Röntgenstrahlersystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an den oder die Basisstrahler (B₁, B₂) wahlweise eine Kühleinrichtung (K₁, K₂), insbesondere ein Wärmetauscher, an­ schließbar ist.

5. Röntgenstrahlersystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren unterschiedlichen Basisstrahlern (B₁, B₂) bei wenigstens einem Basisstrahler (B₁) geringer oder mittle­ rer Leistung ein gasförmiges Kühlmedium vorgesehen ist.

6. Röntgenstrahlersystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen des Brennflecks einen Fokuskopf umfassen.

7. Röntgenstrahlersystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ablenken des Elektronenstrahls ein Quadru­ pol-Magnetsystem (2) umfassen.

8. Röntgenstrahlersystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenröhre (1) verkippbar im Strahlergehäuse (3) gelagert ist.

9. Röntgenstrahlersystem nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode wenigstens zwei radial aufgebrachte, unter­ schiedliche Targetmaterialien aufweist, auf welche der Elek­ tronenstrahl wahlweise lenkbar ist.