DE19957559A1

DE19957559A1 - Wärmeenergiespeicher- und Übertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19957559A1
Application number: DE19957559A
Authority: DE
Inventors: Carey Shawn Rogers; Charles B Kendall; Douglas J Snyder; Brian Douglass Lounsberry
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-06-15
Also published as: US6215852B1; JP2000200695A; JP4663051B2; US6301332B1

Abstract

Es wird eine Speicher- und Übertragungsvorrichtung für Wärmeenergie zur Benutzung in Elektronenstrahlen erzeugenden Geräten beschrieben, die Restenergie erzeugen. Die Restenergie umfaßt Strahlungswärmeenergie sowie kinetische Energie von zurück gestreuten Elektronen. Die Wärmeenergiespeicher- und Übertragungsvorrichtung absorbiert und speichert einen Teil der Restenergie, um die Wärmebelastung für andere Komponenten in dem Elektronenstrahlbündel erzeugenden Gerät zu reduzieren. Die Wärmeenergiespeicher- und Übertragungsvorrichtung enthält einen Hauptkörper mit einer so ausreichenden Wärmekapazität, daß die Übertragungsrate für den Anteil der Restenergie, die in die Vorrichtung hinein absorbiert wird, die Übertragungsrate für den Betrag der aus der Vorrichtung heraus geleiteten Restenergie wesentlich übersteigen kann. Die Vorrichtung enthält weiter eine Wärmetauscherkammer, die mit einem zirkulierenden Fluid gefüllt ist, das die Wärmeenergie aus der Vorrichtung heraus leitet. Zusätzlich ist in einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung ein für Röntgenstrahlen durchlässiges und für die Absorption der Restenergie geeignetes Filter zwischen der Anode und einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster angeordnet. Das Filter verringert das Ausmaß, zu dem das Fenster der Restenergie ausgesetzt ist. Das Filter kann zusätzlich eine Überzugschicht aufweisen, welche die Beaufschlagung des Fensters mit der Restenergie weiter reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmemanagement system und insbesondere auf eine Wärmeenergiespeicher- und Übertragungsvorrichtung zum Aufnehmen von Wärmestrahlungs energie sowie von kinetischer Energie von Elektronen, zum Beispiel innerhalb einer Elektronenstrahlbündel erzeugenden Vorrichtung.

Vorrichtungen zur Erzeugung von Elektronenstrahlbündeln, zum Beispiel Röntgenröhren und Elektronenstrahlschweißgeräte, arbeiten in einer Hochtemperaturumgebung. In einer Röntgenröhre zum Beispiel beaufschlagt das von der Kathode erzeugte Primär elektronenbündel die Auffanganode dermaßen mit einer sehr hohen Wärmebelastung, daß die Auffanganode im Betrieb rotglühend wird. Typischerweise wird weniger als 1% der Primärelektronen strahlenergie in Röntgenstrahlen umgewandelt, wobei der Rest in Wärmeenergie umgesetzt wird. Diese Wärmeenergie von der heißen Auffanganode wird abgestrahlt auf andere Bauteile in dem Vaku umgefäß der Röntgenröhre und wird von dem Vakuumgefäß abgelei tet mittels eines über die Außenfläche des Vakuumgefäßes zirku lierenden Kühlfluids. Zusätzlich werden einige der Elektronen von der Auffanganode zurück gestreut und treffen auf andere Bauteile in dem Vakuumgefäß auf, womit sie eine zusätzliche Aufheizung der Röntgenröhre verursachen. Als Ergebnis der von dieser Wärmeenergie verursachten hohen Temperaturen sind die Bauteile der Röntgenröhre hohen Wärmebeanspruchungen ausge setzt, die für den Betrieb und die Zuverlässigkeit der Röntgen röhre problematisch sind.

Typischerweise enthält eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlbündeln, auf die als Röntgenröhre Bezug genommen wird, einander gegenüberliegende Elektroden, die in einem zylindrischen Vakuumgefäß eingeschlossen sind. Das Vakuumgefäß wird typischerweise aus Glas oder Metall, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, Kupfer oder aus einer Kupferlegierung herge stellt. Wie oben erwähnt, umfassen die Elektroden die Kathoden- Baugruppe, die in einiger Entfernung von der Targetspur der rotierenden, scheibenförmigen Anoden-Baugruppe angeordnet ist. Als Alternative dazu, zum Beispiel bei industriellen Anwendun gen, kann die Anode stationär sein. Die Targetspur oder Auf treffzone der Anode ist im allgemeinen hergestellt aus einem hochwarmfesten Metall mit einer hohen Atomzahl, zum Beispiel aus Wolfram oder einer Wolframlegierung. Weiterhin wird für die Beschleunigung der Elektronen eine typische Spannungsdifferenz von 60 kV bis 140 kV zwischen der Kathoden- und Anoden-Baugruppe aufrechterhalten. Der heiße Kathoden-Glühfaden emittiert ther mische Elektronen, die über die Potentialdifferenz beschleunigt werden und mit hoher Geschwindigkeit auf die Auftreffzone der Anode treffen. Ein kleiner Anteil der kinetischen Energie der Elektronen wird umgesetzt in hochenergetische elektromagneti sche Strahlung oder Röntgenstrahlen, während der Rest in den zurück gestreuten Elektronen enthalten ist oder in Wärme umge wandelt wird. Ausgehend von dem Brennfleck werden die Röntgen strahlen in alle Richtungen emittiert und können aus dem Vaku umgefäß herausgeleitet werden. In einer Röntgenröhre mit einem metallischen Vakuumgefäß ist zum Beispiel ein für Röntgenstrah len durchlässiges Fenster in das metallische Vakuumgefäß einge arbeitet, um dem Röntgenstrahl den Austritt an einer gewünsch ten Stelle zu erlauben. Nach dem Austritt aus dem Vakuumgefäß werden die Röntgenstrahlen so gerichtet, daß sie ein Objekt durchdringen, zum Beispiel menschliche Anantomiebereiche für medizinische Untersuchungs- und Untersuchungsverfahren. Die durch das Objekt hindurchgeschickten Röntgenstrahlen werden von einem Detektor aufgefangen, und es wird ein Bild von der inne ren Anatomie gebildet. Weiterhin können industrielle Röntgen röhren zum Beispiel benutzt werden, um metallische Teile auf Risse zu untersuchen oder um den Inhalt von Gepäckstücken auf Flughäfen zu inspizieren.

Wie oben erwähnt, werden viele von den auftreffenden Elektronen nicht in Röntgenstrahlen umgewandelt und von der Auffanganode weg in zufällige Richtungen abgelenkt. Es werden zum Beispiel bis zu etwa 50 Prozent der auftreffenden Primärelektronen von einer Wolfram-Auffanganode zurück gestreut bzw. reflektiert. Diese zurück gestreuten Elektronen laufen auf einer gekrümmten Bahn durch das elektrische Feld zwischen der Kathode und der Anode, bis sie auf einer anderen Struktur aufprallen. Bei diesen Elektronen kommt es zu einer Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld und der Raumladung, was eine Änderung ihrer anfänglichen Flugbahnen in einer komplizierten, jedoch vorher sagbaren Weise bewirkt. Die Elektronen reflektieren und prallen ab von den inneren Komponenten der Röntgenröhre, wobei sie kinetische Energie übertragen, bis alle ihre Energie erschöpft ist. Zusätzlich zur Beaufschlagung der Röhrenbauteile mit thermischer Energie erzeugt der Aufprall von zurück gestreuten Elektronen ferner zusätzliche außerhalb des Fokus liegende Röntgenstrahlen. Diese Erzeugung einer außerhalb des Fokus liegenden Röntgenstrahlung verschlechtert die Bildqualität, wenn man ihr erlaubt, aus dem für Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster des Vakuumgefäßes auszutreten.

Die Bahn der außerhalb des Fokus liegenden Strahlung sowie der zurück gestreuten Elektronen kann beeinflußt werden durch die Konfiguration des elektrischen Potentials der Röntgenröhre. In einer bipolaren Konfiguration wird die Kathode auf einem nega tiven Potential und die Anode auf einem positiven Potential relativ zum Erdpotential gehalten, wodurch man den gesamten Spannungsabfall über der Lücke zwischen der Kathode und der Anode hält. Bei dieser Konfiguration wird ein großer Teil der ursprünglich von der Anode reflektierten Elektronen durch das elektrostatische Potential auf die Anode hin zurückgezogen. Auf der anderen Seite werden in einer unipolaren Auslegung die Anode und das Vakuumgefäß geerdet, und die Kathode wird auf einem hohen negativen Potential gehalten. Bei der unipolaren Konfiguration werden die zurück gestreuten Elektronen nicht zurück zur Anode hingezogen oder zum Rahmen hin angezogen. Deshalb kann bei einer unipolaren Konfiguration ein größerer Anteil der reflektierten Elektronenengergie vorteilhaft gesam melt und daran gehindert werden, zur Anode zurückzukehren, wodurch man in großem Maße die thermische Leistungsfähigkeit der Anode verbessert und den Betrag der durch das durchlässige Fenster austretenden, außerhalb des Fokus liegenden Strahlung verringert.

Da die Erzeugung von Röntgenstrahlen in einer Röntgenröhre für medizinische Untersuchungen ihrer Natur nach ein sehr ineffizi enter Vorgang ist, arbeiten die Komponenten in einer Vorrich tung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen bei erhöhten Temperatu ren. Die Temperatur des anodenseitigen Brennflecks kann zum Beispiel bis zu etwa 2700°C ansteigen, während die Temperatur in den anderen Teilen der Anode im Bereich bis zu etwa 1800°C liegen kann. Zusätzlich müssen die Bauteile der Röntgenröhre in der Lage sein, dem unter hoher Temperatur vor sich gehenden Absaugvorgang der Röntgenröhre zu widerstehen, und zwar bei Temperaturen, die über eine relativ lange Dauer an etwa 450°C heranreichen können.

Um die Röntgenröhre zu kühlen, muß die während des Betriebs erzeugte Wärmeenergie von der Anode durch das Vakuumgefäß übertragen und über ein Kühlfluid abgeführt werden. Das Vakuum gefäß ist in üblichen Fällen eingeschlossen in ein Gehäuse, das mit einem zirkulierenden Kühlfluid gefüllt ist, zum Beispiel mit dielektrischem Öl. Das Gehäuse trägt und schützt die Rönt genröhre und sieht den Anschluß an ein Computertomographie (CT)-Systemgestell oder eine andere Struktur vor. Weiterhin ist das Gehäuse mit Blei ausgekleidet, um eine Abschirmung gegen über einer Streustrahlung vorzusehen. Das Kühlfluid führt oft zwei Aufgaben aus: das Kühlen des Vakuumgefäßes und das Vorse hen einer Hochspannungsisolation zwischen den Anoden- und Kathodenverbindungen bei der bipolaren Anordnung. Die Wirksam keit des Kühlfluids kann jedoch verschlechtert werden durch übermäßig hohe Temperaturen, die ein Sieden des Fluids an der Nahtstelle zwischen dem Fluid und dem Vakuumgefäß und/oder dem durchlässigen Fenster bewirken. Das siedende Fluid kann Blasen in dem Fluid bilden, die Hochspannungsüberschläge in dem Fluid zulassen, was die isolierende Eigenschaft des Fluids herab setzt. Weiterhin können die Bläschen zu Bildfehlerstellen bzw. -artefakten führen, was in Abbildungen mit geringer Qualität resultiert. Somit ist die derzeitige Methode, bei der man sich auf das Kühlfluid zum Ableiten der Wärme aus der Röntgenröhre verläßt, möglicherweise nicht ausreichend.

In gleicher Weise können übermäßige Temperaturen die Lebensdau er des durchlässigen Fensters wie auch anderer Komponenten der Röntgenröhre herabsetzen. Wegen seiner engen Nachbarschaft zum Brennfleck ist das für Röntgenstrahlen durchlässige Fenster sehr hohen Wärmebelastungen unterworfen, die von der Wärme strahlung und von den zurück gestreuten Elektronen herrühren. Diese hohen Wärmebelastungen auf dem durchlässigen Fenster machen eine sorgfältige Konstruktion erforderlich um sicherzu stellen, daß das Fenster über die Lebensdauer der Röntgenröhre unversehrt bleibt, insbesondere im Hinblick auf die Vakuum- Dichtigkeit. Das durchlässige Fenster stellt eine wichtige hermetische Dichtung für die Röntgenröhre dar. Die hohen Wärme belastungen verursachen sehr große und zyklische Spannungsbela stungen in dem durchlässigen Fenster und können zu einem vor zeitigen Ausfall des Fensters und seiner hermetischen Dichtun gen führen. Wie oben erwähnt, kann weiter der direkte Kontakt mit dem Kühlfluid ein Sieden des Fluids bewirken, wenn es über das Fenster fließt. Auch kann ein direkter Kontakt mit einem Fenster, das zu heiß ist, bewirken, daß degenerierte Kohlenwas serstoffe aus dem Fluid auf der Oberfläche des Fensters abgela gert werden und dadurch die Bildqualität herabsetzen. Somit ist diese Lösung zum Kühlen des durchlässigen Fensters eventuell nicht ausreichend.

Zusätzlich zu den Wärmeeffekten der zurück gestreuten Elektro nen können diese ebenfalls über die Erzeugung von außerhalb des Fokus liegender und nicht der Untersuchung dienender Strahlung die Bildqualität vermindern. Auch haben die von reflektierten Elektronen erzeugten Röntgenstrahlen einen viel niedrigeren spektralen Energiegehalt, der für die Untersuchung nicht von Vorteil ist und zu der Strahlungsdosis des Patienten hinzu kommt. Somit ist es wünschenswert, die unnötige Röntgendosis von außerhalb des Fokus liegenden Röntgenstrahlen daran zu hindern, den Patienten zu erreichen.

Nach dem Stand der Technik hat man sich in erster Linie darauf verlassen, die Wärmeenergie schnell abzuleiten unter Verwendung eines zirkulierenden Kühlfluids in innerhalb des Vakuumgefäßes enthaltenen Strukturen. Bei dem Kühlfluid handelt es sich oft um ein Spezialfluid zur Benutzung im Innern des Vakuumgefäßes im Gegensatz zu dem Kühlfluid, das über die äußere Oberfläche des Vakuumgefäßes zirkuliert. Es sind andere Verfahren vorge schlagen worden, um auf elektromagnetischem Wege die reflek tierten Elektronen abzulenken, so daß sie nicht auf das Rönt genfenster auftreffen. Diese Lösungsansätze schaffen jedoch keine signifikanten Werte für eine Engergiespeicherung und Ableitung.

Zusätzlich werden diese Lösungsansätze sogar noch problemati scher, wenn man sie kombiniert mit neuen Techniken bei der Röntgen-Computertomographie, zum Beispiel mit einer schnellen Schraubenlinienabtastung, die weit mehr Röntgenstrahlenfluß als frühere Techniken erfordert. Aufgrund der inhärent geringen Effizienz der Röntgenstrahlerzeugung wird der erhöhte Röntgen strahlenfluß erkauft auf Kosten einer stark erhöhten Wärmebela stung, die abgeleitet werden muß. In dem Maße, wie die Leistung von Röntgenröhren weiter zunimmt, kann die Wärmeübertragungs rate auf das Kühlmittel die den Wärmefluß absorbierenden Fähig keiten des Kühlmittels übersteigen.

Zusätzlich vermindern diese Methoden nicht in starkem Maße die außerhalb des Fokus liegende Strahlung oder die Aufheizung der Anode durch die reflektierten Elektronen. Eine frühere Vorrich tung verwendet eine Hauben-Anodenstruktur zur Kollimation der außerhalb des Fokus liegenden Strahlung. Diese Vorrichtung weist den schwerwiegenden Nachteil auf, daß sie auf einer Strahlungskühlung basiert und in typischen Fällen bei sehr hoher Temperatur arbeiten müßte, um die absorbierte Energie von zurück gestreuten Elektronen zu übertragen. Andere Verfahren verwenden Konvektionsvorrichtungen, die ein Kühlfluid durch eine Abschirmung innerhalb des Vakuumgefäßes zirkulieren las sen. Zusätzlich wurden fluid-gekühlte Ummantelungen, die rotie rende Anoden abdecken, zum Absorbieren der Wärme verwendet. Diese Lösungsansätze sind angewiesen auf dünnwandige Metall strukturen, um die Wärmeenergie zu absorbieren und um unmittel bar die Energie durch ein zirkulierendes Fluid aus dem System zu leiten. Diese Verfahren haben jedoch in nachteiliger Weise zur Folge, daß das Kühlmittel sehr hohen Wärmeflüssen und damit möglicherweise einem Siedevorgang ausgesetzt ist. Eine siedende Wärmeübertragung ist sehr kompliziert und kann in hohen Druck abfällen des Fluids resultieren. Typische Vorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen ebenfalls hohe Auftreffwärmeflüsse auf, die in extremen lokalen Temperaturen resultieren können, und die zum Schmelzen der dünnwandigen Struktur und zum Ausfall der Röntgenröhre führen können. Es ist deshalb wünschenswert, eine Anordnung zur thermischen Energieübertragung zu schaffen, welche die oben angeführten Probleme überwindet.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Wärmespeicheranordnung mit einem Hauptkörper von einer ausreichenden Wärmekapazität vor, um im wesentlichen alle in dem Vakuumgefäß einer Röntgenstrah len erzeugenden Vorrichtung erzeugte Restenergie zu absorbieren und zu speichern. Die Restenergie enthält Strahlungswärmeener gie von der heißen Anode der Röntgenstrahlen erzeugenden Vor richtung sowie kinetische Energie von zurück gestreuten Elek tronen, die von der Anode weg abgelenkt werden. Zusätzlich verringert die Wärmespeichervorrichtung die Menge an außerhalb des Fokus liegender Strahlung, die die Erzeugungsvorrichtung verläßt. Weiter verhindert die Wärmespeichervorrichtung einen großen Teil der zurück gestreuten Elektronen daran, zur Anode zurückzukehren, und erlaubt damit der Röntgenstrahlen erzeugen den Vorrichtung, zwischen obligatorischen Kühlungspausen wäh rend einer radiographischen Untersuchung über längere Perioden zu arbeiten. Die Wärmespeichervorrichtung enthält einen im wesentlichen massiven Hauptkörper, der als Wärmesenke wirkt; er enthält vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Weiter hin erlaubt die Wärmekapazität der Wärmespeichervorrichtung, daß die Wärmeübertragungsrate zu der Wärmespeichervorrichtung hin während der radiographischen Untersuchungen die Wärmeüber tragungsrate von der Wärmespeichervorrichtung weg und aus dem Vakuumgefäß heraus sehr stark übertrifft.

Im Betrieb wird die Wärmespeichervorrichtung über eine Zirkula tion eines Kühlfluids, zum Beispiel eines dielektrischen Öls, durch eine Wärmetauscherkammer in der Wärmespeichervorrichtung gekühlt. Das Kühlfluid in der Wärmetauscherkammer ist vorzugs weise ein Teil von einer Hauptmenge von Kühlfluid, die um das Vakuumgefäß herum zirkuliert, um die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung zu kühlen. Vorzugsweise ist die Wärmetauscherkammer an der Peripherie der Wärmespeichervorrichtung gebildet, und zwar abgesetzt von der inneren Oberfläche der Wärmespeichervor richtung, die die zurück gestreuten Elektronen sowie die Wär mestrahlungsenergie absorbiert. Diese Anordnung erlaubt es der absorbierten Wärmeenergie, durch die große Masse des Körpers zu diffundieren und dadurch den Wärmefluß und die Oberflächentem peratur an der kühlenden Nahtstelle abzusenken. Die Wärmeüber tragungsrate zu dem Kühlfluid in der Wärmetauscherkammer oder die Kühlungsrate ist viel kleiner als die Rate, mit der Wärme von der Wärmespeichervorrichtung absorbiert wird. Die absor bierte Überschußenergie wird sicher in dem Körper der Wärme speichervorrichtung gespeichert, bis die Untersuchung abge schlossen ist. Im Gegensatz zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die erfordern, daß die gesamte Wärmeenergie während der Röntgenbestrahlung in Echtzeit bzw. umgehend abgeführt wird, ist die vorliegende Vorrichtung thermisch "dick" und speichert die reflektierte sowie die Strahlungsenergie während der Röntgenbestrahlung. Dies eliminiert die Notwendigkeit und die inhärenten Gefahren einer mit einem Siedevorgang einherge henden Wärmeableitung. Die vorliegende Erfindung vermindert somit für einen gegebenen Wärmefluß im Vergleich zu dünnwandi gen Strukturen in großem Maße die thermische Spannung an der kühlenden Schnittstelle.

Zusätzlich enhält die vorliegende Erfindung ein für Röntgen strahlen durchlässiges Filter, das die von einem für Röntgen strahlen durchlässigen Fenster aufgenommene Wärmeenergie redu ziert. Das durchlässige Fenster ist in typischen Fällen entwe der in der thermischen Speichervorrichtung oder in dem Vakuum gefäß angeordnet und bildet eine hermetische Abdichtung. Das Filter ist zwischen der Anode und einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster angeordnet, um das Fenster gegen die von der Anode ausgehende restliche Energie abzuschirmen. Im Gegen satz zu dem Fenster braucht die Verbindungsstelle für das Filter keine hermetische Dichtung zu sein. Das Filter reduziert somit in vorteilhafter Weise die Belastung des durchlässigen Fensters infolge Aufheizung und Wärmespannungen und verbessert die Zuverlässigkeit der vakuumdichten Verbindungsstelle zwi schen dem durchlässigen Fenster mit entweder dem Hauptkörper der Wärmespeichervorrichtung oder dem Vakuumgefäß.

Die vorliegende Erfindung enthält auch eine für Röntgenstrahlen durchlässige Überzugsschicht, die auf mindestens einer Oberflä che des Filters aufgebracht ist. Die Überzugsschicht enthält ein hochreflektierendes Material mit hoher Atomzahl, das die auftreffende Restenergie reflektiert. Die Überzugsschicht mit hoher Atomzahl verringert die von dem Fenster absorbierte Wärmeenergie und reduziert damit die thermischen Spannungen. Somit erhöht die Überzugsschicht weiter den Abschirmungseffekt des Filters, um den thermischen Schutz des Fensters zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung kann weiter eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung, zum Beispiel ein Röntgenröhre, enthal ten, welche die oben beschriebene Erfindung enthält. In glei cher Weise kann die vorliegende Erfindung ein Röntgenstrahlsy stem, zum Beispiel ein Computertomographiesystem, mit einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung enthalten, welche die oben beschriebene Erfindung beinhaltet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispie len unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die ein Computer tomographiesystem mit einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vor richtung zeigt, die eine Wärmespeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines typischen Ge häuses mit einer darin angeordneten Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung oder Röntgenröhre;

Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht mit einer Ex plosionsdarstellung des Stators, um einen Teil der Anoden- Baugruppe einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung freizu geben, welche die Wärmespeicheranordnung nach der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht einer Ausfüh rungsform einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung, die eine Wärmespeichervorrichtung enthält;

Fig. 5 eine perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung, die eine Wärmespeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfin dung mit einer Überzugsschicht auf ihrer inneren Oberfläche aufweist;

Fig. 6 eine perspektivische Schnittansicht einer wiederum anderen Ausführungsform einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung, welche eine Wärmespeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit einer Hülse auf ihrer inneren Ober fläche enthält;

Fig. 7 eine perspektivische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung mit einer Wärmespeichervorrichtung, die auf ihrer inneren Oberfläche Nutentausch mit einem hohen Seitenverhältnis auf weist; und

Fig. 8 eine Detailansicht eines Schlitzes mit hohem Sei tenverhältnis in einer Wärmespeichervorrichtung, die zurück gestreute Elektronen empfängt.

Die vorliegende Erfindung enthält ein Wärme-Managementsystem, das in Vorrichtungen zur Erzeugung von Elektronenstrahlen eingesetzt werden kann. Die Erfindung wird beschrieben mit Bezug auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, zum Beispiel eine Röntgenröhre in einem Computertomographie system. Vorrichtungen zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, die die vorliegende Erfindung verwenden, können ebenfalls einge setzt werden in anderen Röntgenstrahlanwendungen, zum Beispiel in der Radiographie, der Fluoroskopie bzw. der Durchleuchtung, der Gefäßabbildung, der Mammographie, bei mobilen Röntgengerä ten sowie bei zahntechnischen und industriellen Bildgebungs systemen. Weiterhin wird es für einen Fachmann auf dem Gebiet klar sein, daß die vorliegende Erfindung in anderen Vorrichtun gen zur Erzeugung von Elektronenstrahlen eingesetzt werden kann, zum Beispiel bei Elektronenstrahl-Schweißgeräten.

In Fig. 1 enthält ein typisches Computertomographie (CT)- Bildgebungssytem 10 ein Gestell 12, das repräsentativ für einen CT-Scanner der "dritten Generation" ist. Das Gestell 12 weist ein Gehäuse 14 auf, das eine Vorrichtung 16 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen enthält, die beispielsweise ein Bündel von Röntgenstrahlen 18 in Richtung auf ein Detektor-Array 20 auf der gegenüberliegenden Seite des Gestells 12 projiziert. Das der gegenüberliegenden Seite des Gestells 12 projiziert. Das Detektor-Array 20 ist aufgeteilt in Kanäle, die gebildet werden von Detektorelementen 22, die zusammen die projizierten Rönt genstrahlen abfühlen, die durch einen Patienten 24 oder ein anderes abzubildendes Objekt hindurchgehen. Jedes Detektorele ment 22 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahlbündels repräsentiert und damit die Abschwächung des Bündels bei seinem Durchgang durch den Patienten 24. Während einer Abtastung bzw. eines Scans zur Gewinnung von Röntgen-Projektionsdaten drehen sich das Gestell 12 und die drauf angebrachten Komponenten um eine Drehachse 26.

Die Drehung des Gestells 12 sowie der Betrieb der Vorrichtung 16 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen werden bestimmt durch einen Steuermechanismus 28 des CT-Systems 12. Der Steuermecha nismus 28 enthält eine Röntgensteuerung 30, welche die Span nungsversorgung und Zeitsteuersignale für die Vorrichtung 15 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen bereitstellt, sowie eine Gestellmotorsteuerung 32, welche die Drehgeschwindigkeit und Position des Gestells 12 steuert. Ein Datengewinnungssystem (DAS) 34 in dem Steuermechanismus 28 tastet die analogen Pro jektionsdaten von den Detektorelementen 22 ab und wandelt die Analogdaten in digitale Projektionsdaten um für die anschlie ßende Verarbeitung. Ein Bildrekonstruktor 36 empfängt in seinem Speicher 38 die digitalisierten Röntgen-Projektionsdaten vom DAS 34 und enthält einen Prozessor 40, der den unter hoher Geschwindigkeit ablaufenden Bildrekonstruktionsalgorithmus ausführt, wie er durch die in dem Speicher gespeicherten Pro grammsignale definiert ist. Das rekonstruierte Bild wird als ein Eingang an einen Rechner 42 angelegt, der das Bild in einer Massenspeichervorrichtung 44 abspeichert.

Der Rechner 42 empfängt Befehle und Abtastparameter über eine Bedienerkonsole 46, die eine Tastatur besitzt. Ein zugehöriges Kathodenstrahlröhrendisplay 48 erlaubt es dem Bediener, das rekonstruierte Bild sowie andere Daten von dem Rechner 42 zu beobachten. Die vom Bediener eingegebenen Befehle und Parameter werden von dem Rechner 42 dazu benutzt, Steuersignale und Information an das DAS 34, die Röntgensteuerung 30 sowie an die Gestellmotorsteuerung 32 zu geben. Zusätzlich betreibt der Rechner 42 eine Tischmotorsteuerung 50, welche einen motori sierten Tisch 52 steuert, um den Patienten 24 in dem Gestell 12 in seine jeweilige Position zu bringen. Für eine axiale Abta stung, auch bekannt als Stopp- und Schuß-Scan, stellt der Tisch 52 den Patienten 24 auf eine Position ein und erlaubt es dem Gestell 12, an dieser Position um den Patienten herum zu rotie ren. Im Gegensatz dazu bewegt der Tisch 52 für eine Schrauben linienabtastung (helical scan) den Patienten 24 mit einer Tischgeschwindigkeit s gleich einer Versetzung entlang der z Achse, und zwar pro eine Drehung der Vorrichtung 10 zur Erzeu gung von Röntgenstrahlen um das Gestell 12.

Gemäß Fig. 2 enthält ein typisches Gehäusebauteil 14 eine Ölpumpe 54, ein Anodenende 56, ein Kathodenende 58 sowie einen zwischen dem Anodenende und dem Kathodenende liegenden Mit telabschnitt 60, der die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung oder Röntgenröhre 16 enthält. Die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung 16 ist eingeschlossen in einer Fluidkammer 62 innerhalb des mit Blei ausgekleideten Gehäuses 64. Die Kammer 62 ist in typischen Fällen gefüllt mit einem Fluid 66, zum Beispiel mit dielektrischem Öl, es können aber auch andere Fluide unter Einschluß von Luft verwendet werden. Das Fluid 66 zirkuliert durch das Gehäuse 14, um die Röntgenstrahlen erzeu gende Vorrichtung 16 zu kühlen und um das Gehäuse 64 gegenüber den hohen elektrischen Ladungen innerhalb der die Röntgenstrah len erzeugenden Vorrichtung zu isolieren. Ein Kühler 68 zum Kühlen des Fluids 66 ist an einer Seite des Mittelabschnitts angeordnet und kann Gebläse 70 und 72 aufweisen, die betriebs mäßig mit dem Kühler verbunden sind, um eine Kühlluftströmung über dem Kühler vorzusehen, wenn das heiße Öl darin zirkuliert. Die Pumpe 54 ist vorgesehen, um das Fluid 66 durch das Gehäuse 64 und durch den Radiator 68 usw. zirkulieren zu lassen. Es sind elektrische Anschlüsse in Verbindung mit der Röntgenstrah len erzeugenden Vorrichtung 14 vorgesehen durch die Anoden- Anschlußöffnung 74 sowie durch die Kathoden-Anschlußöffnung 76. Ein Fenster 78 ist vorgesehen für die Emission von Röntgen strahlen aus dem Gehäuse 64.

In den Fig. 3 und 4 weist eine typische Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung 16 eine Drehanoden-Baugruppe 80 sowie eine Kathoden-Baugruppe 82 auf, die in einem Vakuum innerhalb des Gefäßes 84 angeordnet sind. Ein Stator 86 ist über dem Vakuumgefäß 84 neben der Drehanode 80 angeordnet. Eine Wärme speichervorrichtung 88 liegt zwischen der Auffanganode 80 und der Kathode 82. Wenn man den an die Kathoden-Baugruppe 82 sowie an die Anoden-Baugruppe 80 angeschlossenen elektrischen Schalt kreis mit Energie beaufschlagt, wird ein Elektronenstrom 90 durch den zentralen Hohlraum 92 gerichtet und zur Anoden- Baugruppe 80 hin beschleunigt. Der Elektronenstrom 90 trifft auf einen Brennfleck 94 auf der Anoden-Baugruppe 80 und erzeugt hochfrequente elektromagnetische Wellen 96 oder Röntgenstrahlen sowie Restenergie. Die Restenergie wird als Wärme von den Komponenten innerhalb der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrich tung 16 absorbiert. Die Röntgenstrahlen 96 werden durch das Vakuum zu einer Öffnung 100 in der Wärmespeichervorrichtung 88 gerichtet. Die Öffnung 100 kollimiert die Röntgenstrahlen 96 und verringert dadurch die von dem Patienten 24 (Fig. 1) emp fangene Strahlungsdosis.

In der Öffnung 100 ist ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster 102 angeordnet, das aus einem Material besteht, das wirksam den Durchgang von Röntgenstrahlen 96 zuläßt. Vorzugs weise erlaubt das durchlässige Fenster 102 lediglich den Durch gang von Röntgenstrahlen 96, die einen für die Untersuchung nützlichen Energieanteil aufweisen. In Anwendungen der Compu tertomographie reicht zum Beispiel der untersuchungsmäßig günstige Energiebereich für Röntgenstrahlen 96 von etwa 60 keV bis 140 keV. Wie einem Fachmann auf dem Gebiet klar sein wird, kann sich der untersuchungsmäßig günstige Bereich allerdings mit der jeweiligen Anwendung ändern. Das durchlässige Fenster 102 ist an der Verbindungsstelle 104 hermetisch gegenüber der Wärmespeichervorrichtung 88 abgedichtet, zum Beispiel mittels Hartlöten oder Schweißen. Die Dichtung 104 dient dazu, das Vakuum im Vakuumgefäß 84 aufrecht zu erhalten. Weiterhin ist ein Filter 106 zwischen der Anoden-Baugruppe 80 und dem in der Öffnung 100 angebrachten Fenster 102 angeordnet. Ähnlich zu dem durchlässigen Fenster 102 erlaubt das Filter 106 den Durchgang von Untersuchungs-Röntgenstrahlen 96. Eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung 16 erzeugt somit Restenergie sowie Röntgenstrahlen 96, die über das Filter 106 und Fenster 102 aus der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung herausgeleitet werden.

In typischen Fällen wird weniger als 1% der gesamten Leistung der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 in Röntgenstrah len 96 umgewandelt. Die Restenergie enthält die übrigbleibende Energie, die schließlich in Wärme umgewandelt wird, die wieder um von den Komponenten in der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 absorbiert wird. Die Restenergie umfaßt Wärme strahlungsenergie von der Anoden-Baugruppe 80 sowie kinetische Energie von zurück gestreuten bzw. reflektierten Elektronen 98, die von der Anoden-Baugruppe weg abgelenkt werden. In typischen Fällen werden etwa 70% der gesamten Leistung der Röntgenstrah len erzeugenden Vorrichtung umgewandelt in Wärmestrahlungsener gie, die als Wärme von der Anoden-Baugruppe 80 absorbiert wird. Die übrigen etwa 30% der gesamten Energie stellen kinetische Energie von zurück gestreuten Elektronen 98 dar. Diese kineti sche Energie wird schließlich beim Aufprall auf Komponenten im Vakuumgefäß 84 in thermische Energie umgewandelt. Somit endet der größte Anteil der gesamten Leistung der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 als thermische Energie innerhalb der Vorrichtung.

Die Wärmespeichervorrichtung 88 weist einen Körper 108 mit einer solchen Wärmekapazität auf, daß er im wesentlichen die gesamte restliche oder thermische Energie, die aus den absor bierten zurück gestreuten Elektronen 98 resultiert, sowie die von der Anode 80 ausgehende Wärmestrahlungsenergie absorbiert und speichert. Die Menge der von der Wärmespeichervorrichtung 88 gespeicherten Restenergie kann vorzugsweise etwa 10%-40% der gesamten Energie der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 ausmachen. Die Wärmespeichervorrichtung 88 absorbiert und speichert im wesentlichen die gesamte kinetische Energie der zurück gestreuten Elektronen 98. Als solche speichert die Wärmespeichervorrichtung 88 bis zu etwa 95% der kinetischen Energie oder bis zu 28,5%-38% der Gesamtenergie der Röntgen strahlen erzeugenden Vorrichtung 16. Die 5% der nicht absor bierten kinetischen Energie werden abgestrahlt oder erneut auf die Anoden-Baugruppe 80 oder auf das Vakuumgefäß 84 zurück gestreut. In gleicher Weise absorbiert und speichert die Wärme speichervorrichtung 88 einiges von der Wärmestrahlungsenergie, die als Wärme von der Anoden-Baugruppe 80 absorbiert wurde. Als solche speichert die Wärmespeichervorrichtung 88 bis zu etwa 10% der Wärmestrahlungsenergie oder bis zu etwa 7% der gesamten Energie. Die verbleibenden 90% der Wärmestrahlungsenergie werden zum Vakuumgefäß 84 abgestrahlt oder abgeleitet. Somit weist die Wärmespeichervorrichtung eine ausreichende Wärmekapa zität auf, um bis zu 45% von der gesamten Energie der Röntgen strahlen erzeugenden Vorrichtung 16 zu absorbieren und zu speichern.

Die absorbierte und gespeicherte Wärmeenergie wird schließlich auf ein in einer Wärmetauscherkammer 112 zirkulierendes Kühl fluid 110 übertragen. Das Kühlfluid 110 überträgt letztlich die absorbierte und gespeicherte Wärmeenergie aus dem System her aus. Die Wärmekapazität des Körpers 108 erlaubt jedoch in vorteilhafter Weise, daß die Rate der Wärmeenergieübertragung an das zirkulierende Fluid 110 bedeutend geringer ist als die Rate der Wärmeenergieübertragung auf die Wärmeenergiespeicher vorrichtung 88. Diese Wärmekapazität ermöglicht es, daß die Wärmespeichervorrichtung 88 eine Übertragungsrate für die hereinkommende Wärme an der inneren Oberfläche aufweist, die in starkem Maß die Übertragungsrate der herausgehenden Wärme an der Kühlmittelnahtstelle 112a übersteigt. Dies ist nicht mög lich bei den typischen dünnwandigen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, wo die Übertragungsrate für die hereinköm mende Wärme begrenzt ist durch die Übertragungsrate für die hinausgehende Wärme. Somit absorbiert und speichert die Wärme speichervorrichtung 88 unmittelbar einen großen Anteil der restlichen Energie, um bei der Kühlung der Anoden-Baugruppe 80 zu helfen, und leitet in vorteilhafter Weise später die absor bierte Energie aus der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 heraus.

Die Wärmespeichervorrichtung 88 enthält vorzugsweise eine Struktur, die aus einem Material mit einem hohen thermischen Diffusionsvermögen und einer hohen Wärmespeicherkapazität hergestellt ist, vorzugsweise zum Beispiel aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung wie der GlidCop® Legierung. Das für den Körper der Wärmespeichervorrichtung benutzte Material muß in der Lage sein, hohen Wärmeflüssen in einem Vakuum zu widerste hen. Die letztliche Grenzbedingung für die Materialzusammen setzung der Wärmespeichervorrichtung 88 ist die, daß die den Wärmefluß aufnehmende innere Oberfläche nicht schmilzt. Um verschiedene Materialien zu vergleichen, kann eine Wärmeüber gangsgütezahl benutzt werden. Für ein Material mit einem Schmelzpunkt T_m und einer Oberflächentemperatur von T₀ vor dem Röntgenpuls ist der Grenzwärmefluß q" proportional zu:

wobei ρ die Materialdichte, C_p die spezifische Wärme, k die thermische Leitfähigkeit und t die Zeit bedeutet, während der das Teil dem Wärmefluß ausgesetzt ist. Die Materialien mit höchsten Gütezahlen für den Wärmeübergang sind die hochwarmfe sten Metalle, wie zum Beispiel Molybdän und Wolfram. Die Wider standsfähigkeit gegenüber einem Schmelzen der Oberfläche ist für Kupfer bei einem gegebenen Wärmefluß etwa 75% gegenüber der von Molybdän und dreimal besser als rostfreier Stahl, was ein typisches Material für das Vakuumgefäß 84 darstellt.

Eine andere bei der Materialauswahl wichtige Gütezahl hat mit der Verdampfung des Materials zu tun. Verdampfte neutrale Atome können einen elektrischen Durchschlag verursachen, wenn sie sich auf den Hochspannungsisolatoren absetzen. Ferner können verdampfte neutrale Atome eine unerwünschte Abschwächung der Röntgenstrahlen bewirken, wenn sie sich auf dem durchlässigen Fenster 102 niederschlagen. Im allgemeinen gilt, daß für eine Platte mit der Dicke d bei einem Wärmefluß q" auf einer Seite und einer Konvektionskühlung auf der anderen Seite die Tempera turdifferenz über der Platte durch die folgende Beziehung bestimmt wird:

Dabei ist h der Wärmeübertragungskoeffizient, k die thermische Leitfähigkeit und T_f die anfängliche Temperatur des Kühlungs fluids. Wenn T₀ die maximal zulässige Oberflächentemperatur ist, kann der Grenzwärmefluß errechnet werden als eine Funktion des Wärmeübertragungskoeffizienten. Für sehr große Wärmeüber tragungskoeffizienten ist Kupfer das in erster Linie in Frage kommende Material. Für Wärmeübertragungskoeffizienten, die typisch für einphasige Konvektion sind, findet man, daß hitze beständige Metalle für dünne Strukturen am besten sind und daß Kupfer bevorzugt ist für dicke (< 1 cm) Strukturen.

Hohen Wärmeflüssen unterworfene Strukturen müssen ferner in der Lage sein, den resultierenden großen Wärmespannungen zu wider stehen. Eine Wärmespannungs-Gütezahl für Übergangswärme, die einen maximalen Wärmefluß definiert, bevor die Elastizitäts grenze erreicht wird, ist gegeben durch:

Dabei ist ν der Poisson-Koeffizient, σ_y die Material-Streck grenze, ρ die Dichte, C_p die spezifische Wärme, k die thermi sche Leitfähigkeit, E der Elastizitätsmodul und α der thermi sche Ausdehnungskoeffizient. Für Übergangswärme bringen Graphit und eine Molybdän-Legierung wie TZM die beste Leistung, wobei Beryllium, Wolfram und Kupfer eine demgegenüber weit zurücklie gende zweite Gruppe bilden.

Für eine statische Aufheizung läßt sich eine Gütezahl für die thermische Spannung definieren als:

Wiederum sind Graphit und TZM die besten Materialien, wobei Kupfer, Aluminium und Beryllium in der Mitte liegen. Rostfreier Stahl ist ein sehr mangelhaftes Material sowohl für statische als auch für Übergangsaufheizung. Somit rangieren Kupfer und Kupferlegierungen relativ hoch bei allen oben erörterten Zah len, und sie sind ebenfalls sehr gute Materialien für einen Einsatz im Vakuum.

Der Körper 108 besitzt in vorteilhafter Weise eine Masse oder ein Volumen zur wirksamen Erzielung einer hohen thermischen Speicherkapazität, die in günstiger Weise erlaubt, daß die Wärmeerzeugungsrate an der inneren Oberfläche 88a die Wärme übertragungsrate auf das Kühlfluid 110 übersteigt. Der Körper 108 umfaßt in vorteilhafter Weise einen wesentlichen Teil des gesamten Volumens der Wärmespeichervorrichtung 88, um eine ausreichende Wärmespeicherkapazität zu schaffen. Im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die im wesentli chen hohl sind und unmittelbare Wärmeübertragungsfähigkeiten erfordern, ist die Wärmespeichervorrichtung 88 im wesentlichen massiv. Der Hauptkörper 108 umfaßt vorzugsweise mehr als 60%, noch besser mehr als 70% und in der am meisten bevorzugten Form mehr als 80% des Volumens der Wärmespeichervorrichtung 88. Im Ergebnis wirkt die Wärmespeichervorrichtung 88 in günstiger Weise als eine Wärmesenke für die in der Röntgenstrahlen erzeu genden Vorrichtung 16 durch rückgestreute Elektronen 98 sowie durch Wärmestrahlungsenergie von der Anoden-Baugruppe 80 er zeugte Wärmeenergie, während sie eine Wärmespeicherkapazität vorsieht, welche die Notwendigkeit einer unmittelbaren Übertra gung der Wärmeenergie auf das Kühlfluid 110 beseitigt. Somit schafft das große Volumen des Hauptkörpers 108 in günstiger Weise eine große Wärmekapazität, die es erlaubt, daß die Über tragungsrate der Wärmeenergie von dem Hauptkörper auf das Fluid 110 wesentlich kleiner ist als die Übertragungsrate der Wärme energie von den zurück gestreuten Elektronen 98 sowie der Wärmestrahlungsenergie der Anode 80 auf den Körper.

Wie oben erwähnt, umfaßt die Restenergie Wärmestrahlungsenergie von der aufgeheizten Anoden-Baugruppe 80 sowie kinetische Energie von zurück gestreuten Elektronen 98. Die zurück ge streuten Elektronen 98 stoßen dann zusammen mit den verschiede nen Komponenten innerhalb der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung, unter Einschluß eines erneuten Aufpralls auf die Anode 80 und der Erzeugung außerhalb des Fokus liegender Rönt genstrahlen, und übertragen dabei Wärmeenergie. Die Wärmeener gie von zurück gestreuten Elektronen 98 und von der Strahlungs energie der Anode 80 verursacht somit hohe Temperaturen und Wärmespannungen in den Komponenten der Röntgenstrahlen erzeu genden Vorrichtung.

Insbesondere das durchlässige Fenster 102 ist wegen seiner engen Nachbarschaft zum Brennfleck 94 empfindlich im Hinblick auf diese Wärme von der Restenergie. Das durchlässige Fenster 102 ist in typischen Fällen gebildet aus einer dünnen Platte aus einem Material mit relativ niedriger Atomzahl, zum Beispiel Beryllium, Aluminium, Glas oder Titan. Da das durchlässige Fenster 102 in typischen Fällen einen Teil der äußeren Oberflä che des Vakuumgefäßes 84 bildet, muß die Verbindungsstelle 104 über die gesamte Lebensdauer der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 vakuumdicht bleiben. Die hohen Wärmebelastungen, die von den zurück gestreuten Elektronen 98 und der Wärmestrah lung von der heißen Anode 80 herrühren, bewirken sehr große thermische Spannungen im durchlässigen Fenster 102, die zu einem vorzeitigen Fehler bzw. Ausfall führen können. Zusätzlich werden das Vakuumgefäß 84 sowie das durchlässige Fenster 102 typischerweise gekühlt über ein Fluid 66, zum Beispiel Trans formatoröl oder dielektrisches Öl. Hohe Temperaturen auf dem durchlässigen Fenster 102 können bewirken, daß das Fluid 66 an der Oberfläche des Fensters siedet, was zu Artefakten in der Abbildung und zu einer möglichen Zersetzung des Fluids führt.

Die Wärmespeichervorrichtung 88 reduziert diese thermischen Spannungen, indem sie die zurück gestreuten Elektronen 98 sowie die Strahlungswärmeenergie von der Anode 80 abfängt und diese absorbiert und speichert. Vorzugsweise ist die Wärmespeicher vorrichtung 88 in der Lage, eine Menge an Wärmeenergie zu speichern, die im wesentlichen der gesamten absorbierten Rest wärme während des Zeitintervalls der Röntgenbelichtung ent spricht. Das Verhältnis der von der Wärmespeichervorrichtung 88 absorbierten Energie kann wie folgt definiert werden. Die Gesamtmenge der von Vorrichtung 88 absorbierten Leistung der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung resultiert aus der absorbierten Restenergie und kann mit Q bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung sieht in vorteilhafter Weise eine Wärme ratenspeicherkapazität q_s vor, die wesentlich die Wärme ratenübertragungskapazität q_t aus der Wärmespeichervorrichtung 88 heraus übersteigt. Die Energieübertragungsgleichung für die vorliegende Erfindung bestimmt sich zu:

Q = q_s + q_t (5)

wobei gilt

q_s = mC_p dT/dt (6)

und

q_t = hA_sΔT (7)

Dabei ist m die Masse in Kilogramm (kg) des Körpers der Wärme speichervorrichtung 88, C_P ist die spezifische Wärme des Mate rials in J/kg/°C, dT/dt ist die zeitliche Änderunggeschwindig keit der Temperatur des Körpers, h ist der Wärmeübertragungs koeffizient in W/m²/°C der Wärmetauscherkammer 112 (der sich mit den Abmessungen der Kammer sowie mit dem Typ des benutzten Kühlfluids 110 ändert), A_s ist die Fläche in m² der kühlenden Schnittstelle 112a, und ΔT ist die Temperaturdifferenz in °C zwischen der Oberfläche der kühlenden Schnittstelle 112a und dem Fluid 110. Wenn man die Gleichungen oben auf die Betriebs situationen anwendet, werden zur Entwicklung einer Lösung in typischen Fällen die Variablen m, h und A_s verändert. Die massive Struktur der Wärmespeichervorrichtung 88 wirkt als eine Wärmesenke, die in günstiger Weise die Speicherung von Wärme energie während des bei hoher Leistung ablaufenden Übergangs betriebs der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 er laubt. Die gespeicherte Energie kann dann in günstiger Weise über das zirkulierende Kühlfluid 110 in den Zwischenzeiten zwischen radiographischen Untersuchungen von dem Hauptkörper 108 der Wärmespeichervorrichtung 88 abgeführt werden.

Im Idealfall weist die Wärmespeichervorrichtung 88 die Wärme ratenspeicherkapazität q_s auf, um im wesentlichen die gesamte Energie Q von der absorbierten Restenergie zu speichern, die während einer typischen Abtastsequenz auf die innere Oberfläche 88a auftrifft. Mit anderen Worten absorbiert die Wärmespeicher vorrichtung 88 einen Betrag der Energie von dem Elektronen strahlbündel 90, der nicht in Röntgenstrahlen 96 umgewandelt wurde und der auf die innere Oberfläche 88a hin abstrahlt oder zurück streut. Vorzugsweise liegt der von der Wärmespeichervor richtung 88 absorbierte Anteil der Energie oder Restenergie Q im Bereich von etwa 10%-40%, besser noch bei 15%-40% und in der am meisten bevorzugten Form bei 25%-40% der gesamten Energie der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16. Vorteilhafter weise führt dies zu einer erhöhten Arbeitsphase (duty factor) einer Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 von vergleich barer Größe.

Die erhöhte Arbeitsphase erlaubt es, die Röntgenstrahlen erzeu gende Vorrichtung über längere Zeiten in Betrieb zu halten, wodurch man den Patientendurchsatz und die Untersuchungseffizi enz vergrößert. Zum Beispiel kann es die vorliegende Erfindung ermöglichen, eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung 16 mit der folgenden Gesamtleistung bzw. Bestrahlungszeit zu betrei ben. Bei ungefähr 0-12kw für einen kontinuierlichen Betrieb; bei ungefähr 30 kW bis zu etwa 5 Minuten; bei ungefähr 65 kW bis zu etwa 30 Sekunden und bei etwa 78 kW bis zu etwa 10 Sekunden. Die vorliegende Erfindung erhöht somit in vorteilhafter Weise die Leistungsfähigkeit der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrich tung 16.

Die Gesamtleistung der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 in Watt (W) ist gleich dem Produkt des Beschleunigungspoten tials (kV) und des Primärelektronenstroms (mA) von der Katho den-Baugruppe 82. Typischerweise kann im Betrieb die Gesamtlei stung im Bereich von etwa 10 kW bis 78 kW liegen. Die gesamte Leistung basiert auf einem Beschleunigungspotential oder auf einer Spannungsdifferenz im Bereich von etwa 60 kV bis 140 kV und auf einem Strom im Bereich von etwa 100 mA bis 600 mA. Somit reicht der Betrag der absorbierten Leistung Q von der Wärme speichervorrichtung 88 auf der Basis der oben angegebenen Prozentbereiche von etwa 1 kW bis 31 kW, besser von 1,5 kW bis 3lkW und in der am meisten bevorzugten Form von 2,5 kW bis 31 kW.

Die Gleichung 6 mit q_s = mC_p dT/dt kann verwendet werden, um die Charakteristiken einer Wärmespeichervorrichtung zu bestim men, die mit einer vorgegebenen absorbierten Leistung Q fertig werden kann. Wie einem Fachmann auf dem Gebiet klar sein wird, gibt es zahlreiche Bereiche für die Variablen in Gleichung 6, so daß verschiedene Permutationen für jede Variable vorgesehen sind, für die eine Lösung gewünscht wird. Obwohl damit keine Einschränkung beabsichtigt ist, kann zum Beispiel in einem bevorzugten Betriebsszenario die Masse m von etwa 4 kg bis 7 kg variieren; C_p kann variieren von etwa 385 bis 450 J/kg/°C; dT kann variieren von etwa 0 bis 750°C und dt kann variieren von etwa 0 bis 600 Sekunden. Die Variable C_p, die sich mit der Temperatur ändert, wird bestimmt durch das Material der Wärme speichervorrichtung 88. In gleicher Weise wird die Variable dT bestimmt durch die Temperaturanstiegsgrenze des Materials. Die Variable dt wird bestimmt durch die Zeit der Röntgenbelichtung. Im allgemeinen kann die Masse m variiert werden, so daß das Verhältnis dT/dt nicht zu groß wird. Es ist somit für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, daß die Parameter der Gleichung 6 so variiert werden können, daß sie sich für die Betriebsbedingungen eignen.

In der Folge wird ein spezielles Beispiel angegeben, um eine mögliche Lösung unter Verwendung von Gleichung 6 zu zeigen. Dieses Beispiel ist nicht als einschränkend gedacht. Bei einer gegebenen Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung mit einer Gesamtleistung von 65.000 Watt und 30% Aufnahme durch die Wärmespeichervorrichtung muß die Wärmespeichervorrichtung 65.000 × (0,3) = 19.500 W bewältigen. Geht man davon aus, daß die Belichtung 30 Sekunden dauert und läßt man die Durch schnittstemperatur der Wärmespeichervorrichtung ansteigen um 300°C, so gilt: Q = 19.500 W, dT = 300°C und dt = 30 Sekunden, und für Kupfer C_p = 385 J/kg/°C. Daraus ergibt sich, daß in diesem speziellen Beispiel die erforderliche Masse m des Kör pers der Wärmespeichervorrichtung etwa 5 kg beträgt.

Tatsächlich kann aufgrund der Wärmeratenübertragungskapazität q_t der Wärmespeichervorrichtung 88 ein Wert etwas kleiner als Skg benutzt werden. Weil das Kühlfluid 110 einen Anteil der 19.500 W während der 30 Sekunden dauernden Belichtung abführt, braucht die Wärmespeichervorrichtung 88 nicht die ganze absor bierte Leistung Q zu speichern. Die vorliegende Erfindung nutzt jedoch die Wärmeratenspeicherkapazität q_s, um wesentliche Anteile der absorbierten Leistung Q zu speichern, und erlaubt somit, daß q_s signifikant größer als q_t ist. Obwohl nicht als einschränkend gedacht, kann zum Beispiel das Verhältnis von q_s zu q_t im Bereich von etwa 1 : 1 bis 5 : 1 oder mehr liegen, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und der Kon struktion der Vorrichtung. Dies vermeidet die Probleme, zum Beispiel siedendes Fluid oder mögliche Abschmelzungen von dünnwandigen Strukturen, die mit solchen Vorrichtungen einher gehen, welche die umgehend erfolgende Abführung der gesamten absorbierten Leistung erfordern. Somit sieht die vorliegende Erfindung zwei Zielrichtungen für die Übertragung der thermi schen Energie vor: eine temporäre Speicherung in der Masse der Wärmespeichervorrichtung sowie eine umgehende Konvektion zu dem Kühlfluid.

Die vorliegende Erfindung erlaubt in günstiger Weise, daß die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung 16 über eine längere Zeit betrieben werden kann, während die normalen Pausen zwi schen der Erzeugung von Röntgenstrahlenbündeln in vorteilhafter Weise benutzt werden, um die Überschußwärmeenergie abzuleiten. Die Wärmespeichervorrichtung 88 speichert somit in vorteilhaf ter Weise Wärmeenergie über die Wärmeübertragungsrate auf das Kühlfluid 110 hinaus.

Ein Teil der Außenfläche 88b der Wärmespeichervorrichtung 88 kann einen Teil der Außenfläche des Vakuumgefäßes 84 bilden. Alternativ wird es für einen Fachmann denkbar sein, daß die Wärmespeichervorrichtung 88 vollständig in einem Vakuumgefäß 84 eingeschlossen ist. Die Wärmespeichervorrichtung 88 ist vor zugsweise an der Verbindungsstelle 114 mit dem Vakuumgefäß 84 passend verbunden, um eine luftdichte Vakuumabdichtung zu schaffen. Die Verbindung 114 kann hergestellt werden durch Hartlöten, Schweißen oder durch andere ähnliche gut bekannte Verfahren zum hermetischen Verbinden eines Vakuumgefäßmateri als, zum Beispiel von rostfreiem Stahl, mit einem für eine Wärmespeichervorrichtung geeignetem Material, zum Beispiel mit Kupfer oder einer Kupferlegierung. Daß man die Wärmespeicher vorrichtung 88 einen Teil der äußeren Oberfläche des Vakuumge fäßes 84 sein läßt, kann in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft sein. Zum Beispiel ist bei dieser Ausführung ein Teil der Wärmespeichervorrichtung 88 in direktem Kontakt mit dem Fluid 66 und vergrößert somit den Oberflächenbereich der mit dem Fluid in Kontakt stehenden Wärmespeichervorrichtung. Dies führt zu erhöhten Wärmeübertragungsfähigkeiten der Wärmespeichervor richtung 88.

Zusätzlich erlaubt diese Ausführungsform der Wärmespeichervor richtung 88 in günstiger Weise, daß das durchlässige Fenster 102 direkt an der Wärmespeichervorrichtung befestigt werden kann, zum Beispiel durch Hartlöten, Schweißen oder andere konventionelle Verfahren. Die Befestigung des durchlässigen Fensters 102 an der Wärmespeichervorrichtung 88 kann von Vor teil sein, indem man damit eine bessere Nahtstelle zur Bildung einer Vakuumverbindung vorsieht, weil eine typische Wärmespei chervorrichtung aus Kupfer eine zuverlässige hartgelötete Vakuumverbindung mit einem typischen durchlässigen Fenster aus Beryllium schafft. Auf der anderen Seite kann das Zusammenfügen eines transparenten Fensters aus Beryllium mit einem Vakuumge fäß aus rostfreiem Stahl aufgrund der unangepaßten thermischen Eigenschaften von Beryllium und rostfreiem Stahl problematisch sein und daher aufgrund von thermischer Spannung zu einem Fehler bei der Verbindung führen. Indem man somit eine Wärme speichervorrichtung 88 vorsieht, die einen Teil der äußeren Oberfläche des Vakuumgefäßes 84 bildet, erhöht man die Wärme übertragungsrate sowie die Zuverlässigkeit bei der vorliegenden Erfindung.

Zusätzlich ist die Wärmespeichervorrichtung 88 zweckmäßig so ausgebildet, daß sie für die Absorption von Wärmeenergie über eine große Fläche sorgt. Dies läßt einen kleineren durch schnittlichen Wärmefluß über die Fläche der inneren Oberfläche 88a zu. In dieser Hinsicht sorgt der zentrale Hohlraum 92 dafür, daß ein großer Oberflächenbereich der inneren Oberfläche 88a direkt dem Brennfleck 94 und damit den zurück gestreuten Elektronen 98 sowie der Strahlungswärmeenergie von der Anode 80 ausgesetzt ist. In zusätzlicher Hinsicht erlaubt der im Ver gleich zum Stand der Technik relativ große Abstand zwischen der inneren Oberfläche 88a der Wärmespeichervorrichtung 88 und dem Brennfleck 94 eine größere Diffusion von zurück gestreuten Elektronen 98, bevor sie abgefangen werden, was in starkem Maße die Größe des lokalen Wärmeflusses auf der inneren Oberfläche 88a vermindert. Der berechnete Wärmefluß auf der inneren Ober fläche 88a beträgt bei der vorliegenden Erfindung etwa 0,7 W/mm² pro 100 mA Strom in der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16. Zum Beispiel beträgt für eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung mit einem Strom von 570 mA der Wärmefluß auf die innere Oberfläche 88a der Wärmespeichervorrichtung 88 etwa 4 W/mm². In gleicher Weise beträgt bei Strömen von 100 mA und 300 mA der Wärmefluß auf die innere Oberfläche 88a der Wärme speichervorrichtung 88 etwa 0,7 W/mm² bzw. 2,1 W/mm². Dies ist bei weitem geringer als bei typischen Konstruktionen nach dem Stand der Technik. Im Vergleich zum Stand der Technik nimmt dabei die vorliegende Erfindung immer noch praktisch die gesam te Menge an Wärmeenergie auf, reduziert jedoch in starkem Maße die Komplexität der Konstruktion durch den Einfallsreichtum in Bezug darauf, wie und wo die Energie gesammelt bzw. aufgenommen wird. Somit verringert der große Oberflächenbereich der inneren Oberfläche 88a ganz wesentlich den durchschnittlichen Wärmefluß an der inneren Oberfläche 88a, und zwar im Vergleich zu Vor richtungen nach dem Stand der Technik, die eine umgehende Wärmeübertragung bzw. -abfuhr erfordern.

Auch liegt die Wärmespeichervorrichtung 88 vorzugsweise auf demselben elektrischen Potential wie die Anoden-Baugruppe 80, so daß die zurück gestreuten Elektronen 98 nicht von der Wärme speichervorrichtung abgestoßen werden, was somit die Menge der von der Wärmespeichervorrichtung aufgenommenen zurück gestreu ten Elektronen maximiert. Es kommt hinzu, daß aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Wärmespeichervorrichtung 88 die Ladung schnell nach Masse hin abgeleitet wird, was einen etwaigen Ladungsaufbau in der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 mindert.

Die innere Oberfläche 88a der Wärmespeichervorrichtung 88 ist vorzugsweise zylindrisch und glatt, was eine exzellente Hoch spannungsstabilität schafft. Die Glattheit der Oberfläche 88a vermeidet kleine Defekte oder Rauhheiten, die eine unerwünschte elektrische Entladung von der Kathoden-Baugruppe 82 zum Haupt körper 108 verursachen könnte. Weiterhin soll der Abstand zwischen der inneren Oberfläche 88a und der an Hochspannung liegenden Kathoden-Baugruppe 82 ausreichend sein, um einen Hochspannungsdurchbruch auf die Wärmespeichervorrichtung 88 hin zu verhindern.

Weiterhin wirkt die Wärmespeichervorrichtung 88 im Sinne einer Kollimation der Röntgenstrahlen 96, die aus dem transparenten Fenster 100 übertragen werden, indem man für die Wärmespeicher vorrichtung 88 ein im wesentlichen für Röntgenstrahlen nicht durchlässiges Material nimmt und indem man eine Öffnung 100 vorsieht. In typischen Fällen ist es lediglich für am Brenn fleck 94 erzeugte Röntgenstrahlen 96 gewünscht, daß sie die Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung 16 verlassen. Es können außerhalb des Fokus liegende Röntgenstrahlen erzeugt werden durch den Zusammenprall von zurück gestreuten Elektronen 98 mit Komponenten in der Vorrichtung 16 unter Einschluß von Bereichen der Anoden-Baugruppe 80 außerhalb des Brennflecks 94. Diese außerhalb des Fokus liegenden Röntgenstrahlen können zum durch lässigen Fenster 102 hin gerichtet sein. Diese gestreuten, außerhalb des Fokus liegenden Röntgenstrahlen verschlechtern ebenfalls die Bildqualität und erlegen der Anode 80 und dem durchlässigen Fenster 102 eine unerwünschte Wärmebelastung auf. Die Wärmespeichervorrichtung 88 hält diese außerhalb des Fokus liegenden Röntgenstrahlen ganz wesentlich davon ab, aus der Vorrichtung 16 auszutreten, indem sie eine Öffnung 100 vor sieht, die zur Kollimation der Röntgenstrahlen wirkt. Die Öffnung 100 kann von irgendeiner Form oder Abmessung sein, die geeignet ist zur Begrenzung und Kollimation von Strahlung, um ein Bündel von Röntgenstrahlen 96 bereitzustellen, das im wesentlichen am Brennfleck 94 seinen Ausgang nimmt. Zusätzlich schirmt die Öffnung 100 thermisch das transparente Fenster 102 ab, indem es einen schmalen in dem Hauptkörper 108 angeordneten Pfad längs der Bahn der Röntgenstrahlen 96 von der Anode 80 zu dem transparentem Fenster hin vorsieht. Somit begrenzt die Öffnung 100 ganz beachtlich die Beaufschlagung des durchlässi gen Fensters 102 sowie der sich daran anschließenden Teile des Vakuumgefäßes 84 mit den schädigenden zurück gestreuten Elek tronen 98 sowie der Strahlungswärmeenergie von der Anode 80.

Wie oben erwähnt, überträgt der Körper 108 die Wärmeenergie auf ein Kühlfluid 110, das durch die Wärmetauscherkammer 112 zirku liert. Vorzugsweise ist die Wärmetauscherkammer 112 an dem Umfang der Wärmespeichervorrichtung 88 gebildet, und zwar abgewandt von der inneren Oberfläche 88a der Wärmespeichervor richtung, welche die zurück gestreuten Elektronen 98 sowie die Strahlungswärmeenergie von der Anoden-Baugruppe 80 absorbiert. Die Wärmetauscherkammer 112 weist vorzugsweise weniger als etwa 40%, besser noch weniger als 30% und in der am meisten bevor zugten Form weniger als etwa 20% des Volumens der Wärmespei chervorrichtung 88 auf. Diese Anordnung erlaubt es der absor bierten Wärmeenergie, über die große Masse des Körpers 108 zu verteilen und dabei den Wärmefluß sowie die Oberflächentempera tur an der Nahstelle 112a zwischen dem Kühlfluid 110 und dem Körper 108 an der Oberfläche der Wärmetauscherkammer 112 abzu senken. Zum Beispiel beträgt bei Verwendung des früher vorgege benen Wertes von 4 W/mm² für den Wärmefluß an der inneren Ober fläche 88a der entsprechende Wärmefluß an der Kühlmittelnaht stelle 112a etwa 1,2 W/mm². Mit anderen Worten, der Wärmefluß an der Kühlmittelnahtstelle 112a ist lediglich etwa 30% des Wärme flusses an der inneren Oberfläche 88a bei einem Beispiel wie diesem, welches die Wärmekapazität der Wärmespeichervorrichtung 88 benutzt. Daher gestattet es die vorliegende Erfindung, daß der Wärmefluß an der inneren Oberfläche 88a in großem Maße den Wärmefluß an der Kühlmittelnahtstelle 112a übersteigt. Zum Beispiel kann der hereinkommende Wärmefluß etwa 100% bis 333% des ausgehenden Wärmeflusses betragen. Im Gegensatz dazu bieten typische Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ein Maximum von weniger als etwa 100% im Verhältnis zwischen hereinkommen dem und ausgehendem Wärmefluß. Dies ist deshalb der Fall, weil typische Vorrichtungen nach dem Stand der Technik sehr gering fügige Wärmespeicherfähigkeiten besitzen. Die Wärmespeicherfä higkeit der Wärmespeichervorrichtung 88 erlaubt in vorteilhaf ter Weise einen solch niedrigen Wärmefluß an der Kühlmittel nahtstelle 112a. Der geringere Wärmefluß an der Kühlmittelnaht stelle 112a stellt in vorteilhafter Weise sicher, daß das Kühlfluid 110 nicht siedet. Ein siedendes Fluid 110 kann nega tive Auswirkungen mit sich bringen, zum Beispiel unerwünscht große Druckabfälle, einen möglichen Kühlmittelabbau sowie einen katastrophalen Ausfall der Wärmespeichervorrichtung 88 aufgrund von Schmelzen. Indem man zuläßt, daß ein größerer Anteil der Wärmeenergie an der inneren Oberfläche 88a absorbiert wird, vermeidet die vorliegende Erfindung zusätzlich, daß die Wärme übertragungskapazität des Fluids 110 den Anteil der von der Wärmeübertragungsvorrichtung 88 absorbierten Restenergie be grenzt. Verglichen mit dünnwandigen Strukturen vermindert somit die vorliegende Erfindung in großem Maße die thermische Bela stung an der Kühlmittelnahtstelle 112a für einen gegebenen Wärmefluß an der inneren Oberfläche 88a.

Bei der vorliegenden Erfindung kann das Kühlfluid 110 in der Wärmetauscherkammer 112 ein Teil der Kühlfluidmenge 66 sein, zum Beispiel des dielektrischen Öls, das die Pumpe 54 (Fig. 2) um den Vakuumrahmen 84 zirkuliert. Indem man dasselbe Fluid für die Fluide 112 und 66 verwendet, eliminiert man die Notwendig keit für separate Kühlsysteme sowie spezielle Kühlfluids, wie das in nachteiliger Weise im Stand der Technik erforderlich sein kann. Verläßt das zirkulierende Fluid 66 den Kühler 68 (Fig. 2), kann es in zwei zirkulierende Fluidsysteme aufgeteilt werden. Das erste System zirkuliert Fluid 66 zwischen dem Vakuumgefäß 84 und dem Gehäuse 64 (Fig. 2), während das zweite System Fluid 110 durch die Wärmetauscherkammer 112 in der Wärmespeichervorrichtung 88 zirkuliert. In einer bevorzugten Ausführung bildet ein Teil der Fluidmenge 66 das Fluid 110, das durch die Einlaßröhre 116 zu der Wärmetauscherkammer 112 in der Wärmespeichervorrichtung 88 geleitet wird. Nach seiner Zirkula tion durch die Wärmetauscherkammer 112 verläßt das Fluid 110 die Wärmespeichervorrichtung 88 am Fluidauslaß 118 und ver mischt sich mit dem Fluid 66 zur erneuten Zirkulation. Vorzugs weise verläuft die Eingangsröhre 116 vom Kühler 68 auf die Wärmespeichervorrichtung 88, um eine zuverlässige Strömung von gekühltem Fluid 110 sicherzustellen, obwohl sich andere Verbin dungen für einen Fachmann auf dem Gebiet leicht ergeben werden. Die vorliegende Erfindung sorgt somit in günstiger Weise für zwei separate zirkulierende Kühlsysteme, die in vorteilhafter Weise dasselbe Fluid verwenden.

Zusätzlich schützt das Filter 106 das in thermischer Hinsicht empfindliche durchlässige Fenster 102, indem es die zurück gestreuten Elektronen 98 absorbiert und absorbierte Wärmeener gie von der heißen Anode auf die Wärmespeichervorrichtung 88 überträgt, während es den für die Untersuchung nützlichen Röntgenstrahlen 96 den Durchgang erlaubt. Das Filter 106 umfaßt eine dünne Platte aus thermisch leitfähigem Material, das die Mehrzahl der auf seine Oberfläche auftreffenden zurück gestreu ten Elektronen 98 einfängt, wobei es die zurück gestreuten Elektronen daran hindert, entweder zur Anode 80 zurückzukehren oder auf das transparente Fenster 102 zu treffen. Das Material des Filters 106 ist ferner elektrisch leitend, so daß sich kein Ladungsunterschied im Filter aufbauen kann. Auch weist das Filter 106 ein Material auf, das physikalisch und chemisch in dem Hochtemperaturumfeld des Vakuumgefäßes 84 stabil ist. Deshalb weist das Filter 106 vorzugsweise ein Material mit niedriger Atomzahl auf, zum Beispiel ein Material mit einer Atomzahl von etwa 22 oder geringer, das die Übertragung von für die Untersuchung nützlichen Röntgenstrahlen zuläßt. Das Filter 106 kann zum Beispiel Beryllium, übliches Graphit, pyrolyti sches Graphit, Titan, Kohlenstoff und Aluminium enthalten. Übliches Graphit ist von Vorteil wegen seiner relativ hohen Temperaturfestigkeit. In gleicher Weise ist pyrolytisches Graphit vorteilhaft wegen seiner relativ hohen thermischen Leitfähigkeit. Das Filter 106 vermindert somit in vorteilhafter Weise die Beaufschlagung des durchlässigen Fensters 102 mit der Restenergie, wobei es die thermischen Spannungen in dem Fenster reduziert.

Das Verfahren zum Anbringen des Filters 106 sollte so gewählt werden, daß es eine Wärmeübertragung aus dem Filterkörper heraus mit niedrigem (Wärme-)Widerstand zuläßt. Da das Filter 106 jedoch keinen strukturelles Teil des Vakuumgefäßes 84 darstellt, kann das Filter an dem Vakuumgefäß befestigt werden und zwar in einer Weise, die für die effiziente Übertragung der Wärmeenergie aus dem Filter heraus geeignet ist. Das Filter 106 kann zum Beispiel fest an nur einer Seite angebracht werden, oder das Filter kann mittels einer Lose- bzw. Grobpassungsbefe stigung befestigt werden. Das Filter 106 wird vorzugsweise in der Öffnung 100 der Wärmespeichervorrichtung 88 montiert, es kann jedoch, wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, unabhängig davon mittels zahlreicher bekannter Verfahren in dem Vakuumgefäß 84 montiert werden. Vorzugsweise zählt zu den Verfahren für die Befestigung das im Vakuum erfolgende Hartlö ten des Filters 106 an die Wärmespeichervorrichtung 88, obwohl andere ähnliche Verfahren benutzt werden können, zum Beispiel Schweißen. Das übliches Graphit oder pyrolytisches Graphit enthaltende Filter 106 kann auch in einen Träger aus Beryllium eingekapselt werden, um das Hartlöten zu erleichtern. Es kann beispielsweise eine Berylliumplatte ausgefräst werden, die Graphitplatte eingelegt und eine weitere Berylliumplatte über das Graphit gelötet werden, um sie einzukapseln. Schließlich braucht im Gegensatz zu dem durchlässigen Fenster 102 das Filter 106 zur Wärmespeichervorrichtung 88 hin nicht hermetisch abgedichtet zu werden, sondern es braucht lediglich in Kontakt mit dem Hauptkörper 108 montiert zu werden, um eine leitfähige Bahn für die Übertragung der von dem Filter abgefangenen Wärme energie vorzusehen. Das Filter 106 hilft somit dabei, die thermischen Spannungen in dem durchlässigen Fenster 102 und in der Verbindungsstelle 104 zu reduzieren.

Um das durchlässige Fenster 102 noch weiter gegenüber thermi schen Spannungen zu schützen, kann die zur Anode gerichtete Oberfläche des Filters 106 eine Überzugsschicht 119 besitzen, die eine dünne Schicht aus einem stark reflektierenden Material mit hoher Atomzahl darstellt. Geeignete Materialien für die Überzugsschicht 119 sind Materialien mit einer Atomzahl größer 70, zum Beispiel Gold, Platin und Tantal. Die Eigenschaft der hohen Atomzahl des Materials der Überzugsschicht 119 dient zum Rückstreuen eines großen Teils der zurück gestreuten Elektronen 98, die von der Anoden-Baugruppe 80 ausgehen und die auf seinen Oberfläche auftreffen. Der Anteil von auftreffenden Elektronen die von einer Oberfläche zurück gestreut werden, nimmt mit der Atomzahl des Materials zu und erreicht etwa 50 Prozent für eine Atomzahl größer als 70. Wenn beispielsweise das Filter 106 bloßes Beryllium oder Kohlenstoff ist, dann würde das Filter mehr als 90 Prozent der auftreffenden Elektronenenergie oder Leistung absorbieren. Im Gegensatz dazu absorbiert ein Filter 106 mit einer anodenseitigen Überzugsschicht 119 aus Gold (Atomzahl = 79) lediglich etwa 50 Prozent der einfallenden Leistung, wobei der Rest zurück gestreut wird. Gleiche Ergeb nisse werden erhalten mit Platin und Tantal. Die bevorzugte Dicke der Überzugsschicht 119 ist ausreichend, um die auf das Filter 106 einfallenden zurück gestreuten Elektronen 98 erneut zurückzustreuen, aber dünn genug, um die für die Untersuchung nützlichen Röntgenstrahlen 96 ohne signifikante Schwächung durchzulassen. Die Dicke der Überzugsschicht 119 mit hoher Atomzahl kann zum Beispiel lediglich einige wenige Mikrometer und höchstwahrscheinlich weniger als etwa 6 Mikrometer betra gen. Ein zusätzlicher Vorteil des Überzugs mit einer hohen Atomzahl liegt darin, daß er niederenergetische (eine Dosisbe lastung bewirkende) Röntgenstrahlen dämpft. Niederenergetische Röntgenstrahlen sind Röntgenstrahlen mit einem nicht brauchba ren und nicht zur Untersuchung beitragenden Energiebetrag. Wie oben erwähnt, liegt der Wert der für diagnostische Zwecke brauchbaren Röntgenstrahlen für eine typische Computertomogra phieanwendung im Bereich von etwa 60 keV bis 140 keV. Somit senkt die Überzugsschicht 119 in vorteilhafter Weise die das Vakuum gefäß 84 und die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung 16 verlassende Röntgendosis ab, wie sie auch die Belastung des durchlässigen Fensters 102 mit der an der Anoden-Baugruppe 80 erzeugten Restenergie reduziert.

Zusätzlich wirkt die Überzugsschicht 119 zur Reflexion nahezu der gesamten einfallenden Wärmestrahlung, die von der heißen Anoden-Baugruppe 80 emittiert wird. Zum Beispiel reflektiert das Filter 106 mit einer Gold enthaltenden Überzugsschicht 119 mehr als 99 Prozent der auftreffenden Wärmestrahlung. Im Ergeb nis verbessert somit die zur Anode gewandte Überzugsschicht 119 mit hoher Atomzahl in günstiger Weise die von dem Filter 106 vorgesehene Abschirmung für das durchlässige Fenster 102 gegen über zurück gestreuten Elektronen 98 sowie gegenüber der Wärme energie von der heißen Anoden-Baugruppe 80.

Nachfolgend werden eine Reihe von Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung erörtert. Man beachte, daß in allen Figuren gleiche Elemente dieselbe Bezugszahl aufweisen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 enthält eine Wärmespeichervorrich tung 120 einen Körper 122 mit einer auf der inneren Oberfläche 122a angeordneten Überzugsschicht 124, um ein gewünschtes Emissionsvermögen zu schaffen. Die Überzugsschicht 124 kann ein Material mit einer niedrigeren Atomzahl als das Material des Körpers 122 aufweisen sowie eine hohe Temperatureigenschaften und geringe Rückstreu-Charakteristiken für Elektronen. Für diesen Typ der Überzugsschicht 124 geeignete Materialien können Beryllium oder ein Kohlenstoff enthaltendes Material sein. Die niedrigere Atomzahl der Überzugsschicht 124 ermöglicht es, daß die Überzugsschicht einen größeren Anteil der einfallenden Energie von den zurück gestreuten Elektronen absorbiert als die bloße innere Oberfläche 120a des Körpers 122. Alternativ kann die Überzugsschicht 124 ein Material mit einer höheren Atomzahl als das Material des Körpers 122 aufweisen. Vorzugsweise ist die Überzugsschicht 124 ein Material mit einer Atomzahl größer als etwa 70, zum Beispiel Gold oder Wolfram. Die höhere Atom zahl der Überzugsschicht 124 bewirkt eine größere sekundäre Rückstreuung, was zu einem geringeren absorbierten Wärmefluß im Körper 122 führt. In gleicher Weise kann die innere Überzugs schicht 124 ebenfalls günstig sein, wenn sie ein höheres Emis sionsvermögen als das Material des Körpers 122 besitzt. Eine Überzugsschicht 124 mit höherem Emissionsvermögen läßt eine größere Absorption von Strahlungswärmeenergie zu, zum Beispiel einer solchen von der heißen Anoden-Baugruppe 80. Beispiele 07532 00070 552 001000280000000200012000285910742100040 0002019957559 00004 07413 von geeigneten Materialien für eine Überzugsschicht mit hohem Emissionsvermögen enthalten Kohlenstoff, Eisenoxid, Rene 80 sowie zahlreiche andere Beispielsmaterialien, wie sie sich für einen Fachmann auf dem Gebiet ergeben. Die Überzugsschicht 124 kann auf die innere Oberfläche 122a aufgebracht werden unter Einsatz von bekannten Verfahren, zum Beispiel Thermosprühen, chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase (CVD) und Zerstäu ben bzw. Sputtern. Somit erlaubt die Verwendung einer Überzugs schicht 124 ein Ausklügeln der Größe des Wärmeflusses, der von der inneren Oberfläche aufgenommenen wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 kann entsprechend einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Wärmespeichervor richtung 130 weiterhin ein Buchsen- bzw. Hülsenteil 132 zur Schaffung einer zusätzlichen Röntgenstrahlabschwächung enthal ten. Die Hülse 132 kann auf die Innenfläche 134a des Körpers 134 montiert werden, zum Beispiel durch Hartlöten im Vakuum oder durch eine Schrumpfpassung. Die Hülse 132 ist vorzugsweise aus einem Material mit einer Atomzahl größer 70 konstruiert, vorzugsweise aus Wolfram, um einen hohen Grad an Röntgenstrahl dämpfung zu schaffen. Die Hülse 132 bildet in vorteilhafter Weise eine lokale Röntgenabschirmung, die nahe bei der Quelle der Röntgenstrahlen 96 angeordnet ist. Die Anordnung der Wärme speichervorrichtung 130, einschließlich des Hülsenteils 132, fängt zweckmäßig einen signifikanten Anteil der Röntgenstrahlen 96 sowie der zurück gestreuten Elektronen 98 ab, die von der Anode 80 in alle Richtungen ausgehen. Dies reduziert die Streu strahlung in dem (nicht gezeigten) Vakuumgefäß 84. Im Ergebnis kann der dicke Bleiüberzug, der in typischen Fällen auf die innere Oberfläche des Gehäuses 64 (Fig. 1) aufgebracht ist, reduziert oder weggelassen werden. Die Reduzierung oder Elimi nierung des Bleiüberzugs führt zu einer gewaltigen Gewichtsein sparung. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, kann die Hülse bzw. Buchse 132 angrenzend an die innere Oberfläche 134a oder an die äußere Oberfläche 134b des Körpers 134 ange ordnet werden. Ein Vorteil der Anbringung der Hülse 132 angren zend an die innere Oberfläche 134a jedoch liegt darin, daß diese Anordnung es zuläßt, daß die innere Hülse 132 direkt die einfallende Elektronenenergie von zurück gestreuten Elektronen 98 und von Strahlungswärmeenergie von der heißen Anode 80 absorbiert, diese Energie auf den Körper 134 überleitet und von dort über das (nicht gezeigte) Kühlfluid 110 aus dem System hinaus leitet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 kann entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Wärmespeicher vorrichtung 140 mehrere auf der inneren Oberfläche 144a des Körpers 144 gebildete Nuten 142 mit einem hohen Seitenverhält nis aufweisen. Die Nuten 142 mit hohem Seitenverhältnis können unter einem Winkel verlaufen, liegen jedoch vorzugsweise paral lel (nicht gezeigt) oder senkrecht zu dem Bahnverlauf des Elektronenstroms 90, der in den zentralen Hohlraum 92 von der Kathoden-Baugruppe 82 zur Anoden-Baugruppe 80 eintritt. Die Nuten 142 mit einem hohem Seitenverhältnis können durch maschi nelle Bearbeitung, durch Gießen oder in anderer Weise durch bekannte Herstellungsverfahren gebildet werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird deutlich, daß eine Nut 142 mit einem hohen Seitenverhältnis die Oberfläche der Innenfläche 144a vergrößert, was entsprechend die Absorption von zurück gestreuten Elektronen 98 sowie von Strahlungswärmeenergie von der Anode 80 erhöht, während es den durchschnittlichen Wärme fluß über der gesamten Innenfläche herabsetzt. In Fig. 8 nähert sich ein zurück gestreutes Elektron 98 der Nut 142 und schlägt auf die Oberfläche 142a auf, wo es absorbiert und in Wärme umgewandelt oder zurück gestreut werden kann. Wenn es zurück gestreut wird, kann es auf die Oberfläche 142b auftref fen, wo es erneut absorbiert oder zurück gestreut werden kann. Wiederum gilt, wenn es rückgestreut wird, kann es auf die Oberfläche 142c treffen. In dem Maße, wie das Elektron 98 zurückgestreut wird, verliert es einen Teil seiner Energie als Hitze an die zurück streuende Oberfläche. Das Vorhandensein der Nut 142 erhöht die Anzahl von möglichen Rückstreuvorgängen gegenüber einer glatten Oberfläche, was somit die Wärmeeinbrin gung in die Oberfläche erhöht. Weiterhin wird die gesamte Zahl von möglichen Rückstreuvorgängen erhöht, indem man das Verhält nis der Nutlänge L1 zur Nutbreite L2 erhöht und dadurch das Elektron 98 wirksam in der Nut 142 einfängt. Diese Nuten 142 mit einem hohen Seitenverhältnis erhöhen das wirksame thermi sche Emissionsvermögen, indem sie auftreffende Elektronenener gie einfangen und, verglichen mit einer flachen Oberfläche, eine größere Oberfläche für die Wärmeenergieübertragung vorse hen. Alternativ besteht eine weniger aufwendige Methode zur Erhöhung des thermischen Emissionsvermögens der inneren Ober fläche 144a darin, die Oberfläche zur Erzeugung einer narbigen Oberfläche sandzustrahlen. Obwohl diese Beschreibung ein Elek tron darstellt, wird es einem Fachmann auf dem Gebiet klar sein, daß ein analoger Vorgang abläuft für Strahlungswärmeener gie (Photonen), die an die Nut 142 gelangt.

Zusammengefaßt besteht ein Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, eine Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung mit verbes serter thermischer Leistungsfähigkeit und verbesserter Arbeits phase anzugeben, indem man vorzugsweise zurück gestreute Elek tronen und Strahlungswärmeenergie absorbiert und speichert. Ein weiteres Merkmal reduziert in großen Maße die außerhalb des Fokus liegende Strahlung sowie die nicht der Untersuchung dienende Strahlungsdosis für die Patienten, indem man die außerhalb des Fokus liegende Strahlung vermindert und kolli miert. Ein weiterer Aspekt der Erfindung vermindert den Wärme fluß von zurück gestreuten Elektronen sowie von Strahlungsener gie, um jegliche schädliche Aufheizung des für Röntgenstrahlen durchlässigen Fensters zu reduzieren. Schließlich sieht ein weiterer Aspekt der Erfindung eine im großen Maße vor sich gehende Wärmespeicherungs- und Wärmeableitfähigkeit vor, um die Notwendigkeit von Kühlungspausen während der radiographischen Untersuchung auszuschalten.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, können andere Ausführungen dieselben Ergebnisse erreichen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet werden sich Veränderungen und Modifikationen der vorlie genden Erfindung ergeben, und die folgenden Ansprüche sollen alle derartigen Modifikationen und Äquivalente abdecken.

Claims

1. Röntgensystem mit einem Gehäuse (14) und einer in dem Gehäuse angeordneten, Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrich tung (15), wobei die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung enthält:
eine Kathode (82) zur Erzeugung eines Elektronenstromes;
eine Anode (80)zur Aufnahme der Elektronen und zur Erzeu gung von Röntgenstrahlen sowie von Restenergie, die Strahlungs wärmeenergie sowie kinetische Energie von den Elektronen ent hält, die von der Anode zurück streuen; und
eine Wärmespeichervorrichtung (88), die zwischen der Anode (80) und der Kathode (82) angeordnet ist und einen Teil der Restenergie absorbiert, wobei die Wärmespeichervorrichtung einen Körper (108) mit einer ausreichenden Wärmekapazität enthält, die es erlaubt, daß die Übertragungsrate für den Teil der in die Wärmespeichervorrichtung (88) hinein absorbierten Restenergie die Rate für die aus der Wärmespeichervorrichtung (88) heraus übertragene Restenergie wesentlich übersteigt.

2. Röntgensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Wärmespeichervorrichtung (88) ferner eine innere Oberfläche und eine Schnittstellenoberfläche besitzt, wobei die innere Oberfläche einen hereinkommenden Wärmefluß aufweist, der wesentlich größer ist als ein entsprechender nach außen führen der Wärmefluß an der Schnittstellenoberfläche.

3. Röntgensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung (16) eine Gesamtleistung besitzt, wobei Q die von der Wärme speichervorrichtung (88) absorbierte Leistung entsprechend dem Betrag der absorbierten Restenergie ist, und wobei Q im Bereich von etwa 10%-40% der Gesamtleistung liegt.

4. Röntgensystem nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchschnittswert für den hereinkommen den Wärmefluß den Wert von etwa 0,7 W/mm² pro 100 mA nicht über steigt.

5. Röntgensystem nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß q_s die Wärmeratenspeicherkapazität und q_t die Wärmeratenübertragungskapazität der Wärmespeichervorrich tung ist, wobei Q = q_s + q_t ist und q_s die Größe von q_t wesent lich übersteigen kann.

6. Röntgensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das Verhältnis von q_s zu q_t im Bereich von etwa 1,05 : 1 bis etwa 3 : 1 liegt.

7. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichervorrichtung (88) im wesentlichen massiv ist.

8. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (108) mehr als 60% des Volumens der Wärmespeichervorrichtung (88) aufweist.

9. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung (16) weiter ein Vakuumgefäß (84) aufweist, das die Anode (80) und die Kathode (82) enthält, und daß der Körper (108) eine innere Oberfläche sowie eine äußere Oberfläche aufweist, wobei die innere Oberfläche in dem Vakuumgefäß und zumindest ein Teil der äußeren Oberfläche außerhalb des Vakuum gefäßes angeordnet ist.

10. Röntgensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß wenigstens ein Teil der Außenfläche des Körpers (108) einen Teil der äußeren Fläche des Vakuumgefäßes (84) bildet.

11. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (80) die Elektronen an einem Brennfleck annimmt, und daß die innere Oberfläche des Körpers (108) im wesentlichen in ihrer Gesamtheit dem Brenn fleck gegenüber frei liegt.

12. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichervorrichtung (88) weiter enthält:
eine Wärmetauscherkammer (112) und
ein erstes Fluid, das in der Wärmetauscherkammer für die Übertragung des Teils der Restenergie aus dem Vakuumgefäß (84) heraus eingebracht ist.

13. Röntgensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß es weiter ein zweites um das Vakuumgefäß(84) zirkulie rendes Fluid für die Übertragung eines Teils der Restenergie aus der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung (16) heraus enthält, wobei das erste sowie das zweite Fluid Teile derselben Fluidmenge darstellen.

14. Röntgensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Fluidmenge dielektrisches Öl enthält.

15. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichervorrichtung (88) weiterhin neben der Anode (80) eine Öffnung (100) auf weist, die einen Durchlaß für die Röntgenstrahlen für deren Austritt aus der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung (16) heraus vorsieht, wobei die Öffnung für die Kollimation der Röntgenstrahlen angepaßt ist.

16. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichervorrichtung (88) Kupfer enthält.

17. Röntgensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß es zu einer Anwendungsgruppe gehört, die u. a. enthält: Computertomographie, Radiographie bzw. Röntgenographie, Fluoroskopie bzw. Durchleuchtung, bild gebende Gefäßdarstellung, Mammographie, mobile Röntgenbildge bung, Röntgenabbildung in der Zahntechnik sowie industrielle Röntgensysteme.

18. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung enthaltend:
eine Kathode (82) zur Erzeugung eines Elektronenstromes;
eine Anode (80) zur Aufnahme der Elektronen und zur Er zeugung von Röntgenstrahlen sowie von restlicher Energie, die Strahlungswärmeenergie sowie kinetische Energie von den Elek tronen enthält, die von der Anode zurück streuen; und
eine Wärmespeichervorrichtung (88), die zwischen der Anode (80) und der Kathode (82) angeordnet ist und einen Teil der restlichen Energie absorbiert, wobei die Wärmespeichervor richtung einen Körper (108) mit einer ausreichenden Wärme kapazität enthält, die es erlaubt, daß die Übertragungsrate für den Teil der in die Wärmespeichervorrichtung (88) hinein absor bierten restlichen Energie die Rate für die aus der Wärmespei chervorrichtung (88) heraus übertragene restliche Energie wesentlich übersteigt.

19. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsrate für den Teil der Restenergie in die Wärmespeichervorrichtung (88) hinein 105%-333% der Übertragungsrate für den Betrag der Restenergie aus der Wärmespeichervorrichtung heraus beträgt.

20. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung (16) eine Gesamtleistung besitzt, wobei Q die von der Wärmespeichervorrichtung (88) absorbierte Lei stung entsprechend dem Betrag der absorbierten Restenergie ist, und wobei Q im Bereich von etwa 10%-40% der Gesamtleistung der Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung liegt.

21. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (108) mehr als 60% des Volumens der Wärmespeichervorrichtung (88) aufweist.

22. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Vakuumgefäß (84) aufweist, das die Anode (80) und die Kathode (82) enthält, und daß der Körper (108) eine innere Oberfläche sowie eine äußere Oberfläche aufweist, wobei zumin dest ein Teil der äußeren Oberfläche außerhalb des Vakuumgefä ßes angeordnet ist.

23. Wärmespeichervorrichtung zur Anwendung in einer Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung die Restenergie erzeugt, enthaltend:
einen Körper zum Absorbieren eines Betrags der Rest energie, wobei der Körper eine innere Oberfläche sowie eine äußere Oberfläche besitzt, und wobei der Körper eine ausrei chende Wärmekapazität aufweist, die es erlaubt, daß die Über tragungsrate für den Betrag der in die Wärmespeichervorrichtung hinein absorbierten Restenergie die Rate für die aus der Wärme speichervorrichtung heraus übertragene Restenergie wesentlich übersteigt.

24. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsrate für den Betrag der Restenergie in die Wärmespeichervorrichtung hinein 105%-333% der Übertragungsrate für den Betrag der Restenergie aus der Wärmespeichervorrichtung heraus beträgt.

25. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung eine Gesamtleistung besitzt, wobei Q die von der Wärmespeichervorrichtung absorbierte Leistung entsprechend dem Betrag der absorbierten Restenergie ist, und wobei Q im Bereich von etwa 10%-40% der Gesamtleistung liegt.

26. Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mehr als 60% des Volumens der Wärmespeichervorrichtung aufweist.

27. Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen die gesamte kinetische Energie absorbiert.

28. Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine auf der inneren Oberfläche angebrachte Überzugsschicht (124 in Fig. 5) aufweist, wobei die Überzugsschicht ein Material enthält, das einen größeren Teil der Restenergie absorbiert als das Material des Körpers (122).

29. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht ein Material mit einer niedrigeren Atomzahl als das Material des Körpers enthält.

30. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht ein Material aus der Gruppe von Beryllium und Kohlenstoff enthält.

31. Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine auf der inneren Oberfläche angeordnete Überzugsschicht (124 in Fig. 5) aufweist, wobei diese Überzugsschicht ein Material enthält, das einen kleineren Anteil der Restenergie absorbiert als das Material des Körpers (122).

32. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht ein Material mit einer höheren Atomzahl als das Material des Körpers enthält.

33. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht ein Material aus der Gruppe von Gold und Wolfram enthält.

34. Wärmespeichervorrichtung mindestens nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine auf der inneren Oberfläche angeordnete Überzugsschicht (124 in Fig. 5) aufweist, wobei diese Überzugsschicht ein höheres Emissionsvermögen besitzt als das Material des Körpers (122).

35. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht ein Material aus der Gruppe von Kohlenstoff, Eisenoxid und Rene 80 enthält.

36. Wärmespeichervorrichtung mindestens nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine an den Körper (134 in Fig. 6) angrenzende Hülse bzw. Hülse (132) enthält, die einen Koeffizient für die Röntgenschwächung aufweist, der größer ist als der Koeffizient für die Röntgenschwächung des Körpers.

37. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse bzw. Buchse (132) ein Material mit einer Atomzahl größer als etwa 70 enthält.

38. Wärmespeichervorrichtung mindestens nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche (144a in den Fig. 7 und 8) weiterhin mehrere Nuten (142) mit hohen Seitenverhältniszahlen aufweist.

39. Röntgensystem mit einem Gehäuse (14) und einer in dem Gehäuse angeordneten Vorrichtung (16) zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, wobei die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrich tung enthält:
eine Kathode (82) zur Erzeugung eines Elektronenstromes;
eine Anode (80) zur Aufnahme der Elektronen und zur Er zeugung von Röntgenstrahlen sowie von restlicher Energie, die Strahlungswärmeenergie sowie kinetische Energie von den Elek tronen enthält, die von der Anode zurück streuen;
ein Vakuumgefäß (84), das die Anode und die Kathode ent hält;
ein in dem Vakuumgefäß angebrachtes, für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster (102), das den Röntgenstrahlen den Aus tritt aus dem Vakuumgefäß erlaubt; und
ein zwischen der Anode und dem Fenster angeordnetes Fil ter (106) mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material, das die Beaufschlagung des Fensters mit der restlichen Energie reduziert.

40. Röntgensystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeich net, daß es zu einer Anwendungsgruppe gehört, die u. a. enthält: Computertomographie, Radiographie bzw. Röntgenographie, Fluoro skopie bzw. Durchleuchtung, bildgebende Gefäßdarstellung, Mammographie, mobile Röntgenbildgebung, zahntechnische Röntgen abbildung und industrielle Röntgensysteme.

41. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung enthaltend:
eine Kathode (82) zur Erzeugung eines Elektronenstromes;
eine Anode (80) zur Aufnahme der Elektronen und zur Er zeugung von Röntgenstrahlen sowie von restlicher Energie, die Strahlungswärmeenergie sowie kinetische Energie von den Elek tronen enthält, die von der Anode zurück streuen;
ein Vakuumgefäß (84), das die Anode und die Kathode ent hält;
ein in dem Vakuumgefäß angebrachtes Fenster (102), das den Röntgenstrahlen den Austritt aus dem Vakuumgefäß erlaubt, wobei das Fenster ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Materi al aufweist; und
ein zwischen der Anode und dem Fenster angeordnetes Fil ter (106) mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material, welches das Maß, zu dem das Fenster der restlichen Energie ausgesetzt ist, verringert.

42. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Material mit einer Atomzahl von etwa 22 oder kleiner aufweist.

43. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Material enthält, das aus der Beryllium, normales Graphit, pyrolytisches Graphit, Titan, Kohlenstoff und Aluminium enthaltenden Gruppe ausgewählt ist.

44. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter Graphit enthält, das in einen Träger aus Beryllium eingekapselt ist.

45. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter enthält:
eine Wärmespeichervorrichtung (88), die zwischen der Anode (80) und der Kathode (82) angeordnet ist und einen Teil der Restenergie absorbiert, wobei die Wärmespeichervorrichtung einen Körper (108) mit einer ausreichenden Wärmekapazität enthält, die es erlaubt, daß die Übertragungsrate für den Teil der in die Wärmespeichervorrichtung (88) hinein absorbierten Restenergie die Rate für die aus der Wärmespeichervorrichtung (88) heraus übertragene Restenergie wesentlich übersteigt.

46. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme speichervorrichtung (88) weiterhin neben der Anode (80) eine Öffnung (100) aufweist, die einen Durchlaß für die Röntgen strahlen für deren Austritt aus der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung (16) heraus vorsieht, wobei die Öffnung für die Kollimation der Röntgenstrahlen angepaßt ist.

47. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (102) in der Öffnung (100) hermetisch zu der Wärmespeichervorrichtung (88) abgedichtet ist, und daß die Wärmespeichervorrichtung (88) hermetisch zu dem Vakuumgefäß (84) hin abgedichtet ist.

48. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in der Öffnung angebracht ist, wobei die Anbringung zum Vor sehen einer Wärmeleitung zwischen dem Filter und der Wärme speichervorrichtung wirksam ist.

49. Röntgensystem mit einem Gehäuse und einer in dem Ge häuse angeordneten Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung (16), wobei die Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung enthält:
eine Kathode (82) zur Erzeugung eines Elektronenstromes;
eine Anode (80) zur Aufnahme der Elektronen und zur Er zeugung von Röntgenstrahlen sowie von Restenergie, die Strah lungswärmeenergie sowie kinetische Energie von den Elektronen enthält, die von der Anode zurückstreuen;
ein Vakuumgefäß (84), das die Anode und die Kathode ent hält;
ein in dem Vakuumgefäß angebrachtes Fenster (102) das den Röntgenstrahlen den Austritt aus dem Vakuumgefäß erlaubt, wobei das Fenster ein für die Röntgenstrahlen durchlässiges Material aufweist; und
ein zwischen der Anode und dem Fenster angeordnetes Fil ter (106) mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material; und
eine auf dem Filter angebrachte, für Röntgenstrahlen durchlässige Überzugsschicht mit einem Material, das weniger von der Restenergie absorbiert als das Material des Filters.

50. Röntgensystem nach Anspruch 49, dadurch gekennzeich net, daß es zu einer Anwendungsgruppe gehört, die u. a. enthält: Computertomographie, Radiographie bzw. Röntgenographie, Fluoro skopie bzw. Durchleuchtung, bildliche Gefäßdarstellung, Mammo graphie, mobile Röntgenbildgebung, zahntechnische Röntgenabbil dung und industrielle Röntgensysteme.

51. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung enthaltend:
eine Kathode (82) zur Erzeugung eines Elektronenstromes;
eine Anode (80) zur Aufnahme der Elektronen und zur Er zeugung von Röntgenstrahlen sowie von Restenergie, die Strah lungswärmeenergie sowie kinetische Energie von den Elektronen enthält, die von der Anode zurück streuen;
ein Vakuumgefäß (84), das die Anode und die Kathode ent hält;
ein in dem Vakuumgefäß angebrachtes Fenster (102), das den Röntgenstrahlen den Austritt aus dem Vakuumgefäß erlaubt, wobei das Fenster ein für die Röntgenstrahlen durchlässiges Material aufweist, das zu dem Vakuumgefäß hin hermetisch abge dichtet ist;
ein zwischen der Anode und dem Fenster angeordnetes Fil ter (106) mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material; und
eine auf dem Filter angebrachte, für Röntgenstrahlen durchlässige Überzugsschicht (119) mit einem Material, das weniger von der Restenergie absorbiert als das Material des Filters.

52. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (119) ein Material mit einer Atomzahl größer 70 enthält.

53. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht ein Material aus der Gold, Platin und Tantal enthaltenden Gruppe enthält.

54. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Über zugsschicht diejenigen Röntgenstrahlen abschwächt, die nicht den Energiebetrag für Diagnosezwecke aufweisen.

55. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter enthält:
eine Wärmespeichervorrichtung (88), die zwischen der Anode (80) und der Kathode (82) angeordnet ist, um einen Betrag der Restenergie zu absorbieren, wobei die Wärmespeichervorrich tung einen Körper mit einer so ausreichenden Wärmekapazität enthält, die es erlaubt, daß die Übertragungsrate für den Betrag der in die Wärmespeichervorrichtung (88) hinein absor bierten Restenergie die Rate für die aus der Wärmespeichervor richtung (88) heraus übertragene Restenergie wesentlich über steigt.

56. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichervorrichtung (88) weiterhin eine Öffnung (100) neben der Anode (80) auf weist, die einen Durchlaß für die Röntgenstrahlen für deren Austritt aus der Röntgenstrahlen erzeugenden Vorrichtung (16) heraus vorsieht und für die Kollimation der Röntgenstrahlen angepaßt ist.

57. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Fen ster (102) in der Öffnung (100) hermetisch zu der Wärmespei chervorrichtung (88) hin abgedichtet ist, und daß die Wärme speichervorrichtung (88) hermetisch zu dem Vakuumgefäß (84) hin abgedichtet ist.

58. Röntgenstrahlen erzeugende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 51 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in der Öffnung angebracht ist, wobei die Anbringung zum Vor sehen einer Wärmeleitung zwischen dem Filter und der Wärme speichervorrichtung wirksam ist.