DE3016102C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Drehanoden- Röntgenröhre ist z. B. bekannt aus der US-PS 22 29 152.

Die zur Zeit hauptsächlich gebräuchlichen Röntgenröhren haben einen Aufbau, bei welchem der Vakuumkolben zylinderförmig ist und an seinen beiden Stirnflächen einander gegenüberliegend die Anode und die Kathode trägt, weil so in einfacher Weise sowohl mechanisch als elektrisch ein günstiger Aufbau erzielbar ist. Ein Nachteil dieser Anordnung ist aber, daß schon wegen der Zu­ leitungen von den einander gegenüberliegenden Seiten der Röhre her eine gewisse Baulänge nicht unterschreitbar ist. Kurze Röh­ ren wären aber insbesondere bei Röntgengeräten, bei denen die Röhre unter dem Patientenlagerungstisch angeordnet ist, gün­ stig, weil dann bei niedrigem Tisch die Schwenkmöglichkeiten vergrößert sind.

Aus der DE-AS 10 53 105 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre be­ kannt, die eine hohle Achse aufweist. Ihr Aufbau ist aber im Hinblick auf einer Verbesserung der Kühlung der Drehanode ge­ wählt. Demgemäß ist wegen der Anordnung der Kathode bzw. Katho­ den auf der Seite, auf welcher der Antrieb erfolgt, immer noch ein sperriger Aufbau vorhanden, weil zwischen der Kathode und dem Stator ein für die Zuleitungen ausreichender Abstand vor­ handen sein muß. Außerdem liegt in diesem Zwischenraum auch der Abstand von der Kathode zur Anode.

Aus der obengenannten US-PS 22 29 152 ist eine Drehanoden-Rönt­ genröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt, die eine über einen Rotor angetriebene hohle Drehanode auf­ weist. In die Hohlachse der Drehanode ist die Halterung der Kathode mit den Zuleitungen des Kathodenpotentials geführt. Das Anodenpotential wird der Drehanode über ein Kugellager von dem oberen, festen Teil der Anode zugeführt, das gleichzeitig einen Teil des Gehäuses der Röntgenröhre bildet. An diesen oberen Teil wird, wie nicht dargestellt, von oben das Anodenpotential angelegt. Dadurch erhöht sich, wie bereits eingangs erwähnt, die Baulänge in unerwünschtem Maße. Gleichzeitig ergibt sich das Problem, daß im Bereich des Strahlenaustrittsfensters das volle Anodenpotential anliegt. Dadurch muß zur Sicherheit ein Abstand gegenüber dem Patientenlagerungstisch eingehalten werden, so daß die Schwenkmöglichkeiten, insbesondere bei einem niedrigen Tisch, reduziert sind. Werden dagegen Schutzmaßnahmen ergriffen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, erhöht sich weiterhin der Abstand des Brennfleckes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Dreh­ anoden-Röntgenröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Halterung und elektrische Versorgung der Kathode so anzu­ ordnen, daß ein kompakter Aufbau der Röhre erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Unter­ ansprüche umfassen vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung.

Durch die Anwendung einer hohlen Achse der Anode wird es mög­ lich, die mechanische Halterung und die Zuführung des Katho­ denpotentials durch die Mitte der Anode von der gleichen Seite der Röhre zuzuführen, von welcher auch das Potential der Anode zugeführt wird. Dies ergibt die Möglichkeit, das kathodensei­ tige Ende der Röhre als plane Fläche auszubilden, wodurch eine Verkürzung des Röhrenkolbens in Richtung der Drehachse gegen­ über dem üblichen Aufbau von Drehanoden-Röntgenröhren erreicht wird. Es ergibt sich wegen des als plane Fläche ausgebildeten Strahlenaustritts die Möglichkeit, Blendensysteme zur fokus­ nahen Ausblendung im Hinblick auf mechanisch bewegte Systeme einfacher zu gestalten.

Im Vergleich zur konventionellen Anordnung der Kathode in axialer oder radialer Richtung hinsichtlich des Drehanodentel­ lers ist nach der Erfindung sowohl axial als auch tangential oder radial eine unbehinderte Herausführung der erzeugten Rönt­ genstrahlen möglich. Außerdem kann eine beliebige Anzahl von Kathoden der Anode zugeordnet werden. Bei Verwendung einer topfförmigen Drehanode, in deren Innenraum die Kathode liegt, ist eine Belegung der Innenwand eines aus Glas oder Keramik bestehenden Röhrenkolbens vermieden, was wegen Vermeidung von Metallbelägen zu verbesserter Hochspannungsfestigkeit führt.

Nach der Erfindung ist der mechanisch zur Anlegung des Kathodenpotentials erforderliche Raum ne­ ben denjenigen gelegt, der zum Anlegen des Anodenpo­ tentials ohnehin vorhanden sein muß, so daß für den elektrischen Anschluß der Kathode kein zusätzlicher Raum erforderlich wird, so daß auch gegenüber der be­ kannten Röhre mit verbesserter Kühlung ein verkürzter und hinsichtlich obengenannter Gegebenheiten verbesser­ ter Aufbau erreicht wird.

Durch Anordung eines elektrisch isolierenden Teils zwischen Anode und Rotor, insbesondere zwischen Dreh­ achse und Rotor, kann neben einer Verkürzung des Ab­ standes Rotor-Kolbenwand-Stator eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Antriebs erreicht werden. Besonders günstig ist es, die genannten Teile auf Erdpotential zu legen, weil dann zusätzlich Berührung etc. gefahr­ los und unschädlich ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. In der

Fig. 1 ist eine Ausführung mit topfför­ miger Anode und im Zentrum liegen­ den Lagern dargestellt und in der

Fig. 2 eine Ausbildung mit Magnetlager; außerdem ist neben der topfför­ migen Anode in einem Abschnitt auch die Anwendung einer teller­ förmigen Anode angedeutet.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein metallener Kolben bezeich­ net, der auf einem Keramikkörper 2 ruht, welcher den vakuumdichten Abschluß der einen Seite des Kolbens bil­ det, während auf der gegenüberliegenden Seite ein am Rand des Kolbens 1 angeschweißter Einsatz 3 liegt. Der Einsatz 3 besteht aus einem für die gewählten Abmes­ sungen ausreichend stabilen Zweischichtenmaterial. In vorliegendem Fall weist es an der Innenseite des Kol­ bens 1 eine 3 mm dicke Schicht 5 aus Chromstahl auf und nach außen eine 1 mm dicke Schicht 4 aus Alumi­ nium (Al). Bei Verwendung von Stahl für die äußere Schicht reicht bei den üblichen Abmessungen, insbe­ sondere hinsichtlich des abzudeckenden Durchmessers des Kolbens, eine Dicke von 2 bis 3 mm aus. Die Schicht aus Aluminium kann je nach Durchmesser des Strahlen­ austritts 7 und der gewünschten Festigkeit (ebenes bzw. durchgebogenes Fenster) auch dicker bzw. dünner als 1 mm gewählt werden. Der den Kolben abschließende Ein­ satz 3 weist im Zentrum einen Pumpstutzen 6 auf, der in an sich bekannter Weise nach Beendigung des Pumpens an seinem äußeren Ende durch Quetschverschweißung vakuumdicht verschlossen ist.

Am Strahlenaustritt 7 ist das Material der Schicht 5 entfernt, so daß ein nur aus der äußersten Schicht 4 bestehendes Fenster erhalten wird. Die Schicht 5 dient in der aus dem Röhrenbau bekannten Weise als am Rand 8 mit dem aus einem Metall, wie Vacon, bestehenden Kol­ ben 1 vakuumdicht verschweißbares Material, das zusätz­ lich die Stabilität des Einsatzes 3 erhöht.

Die Halterung der aus einem ringförmigen Teil 9 aus Wolfram-Zirkon-Molybdän (TZM) Verbundanode und einem weiteren Teil 10 aus Molybdän (Mo) oder Graphit zusam­ mengesetzten Anode 11 trägt an der Innenseite des Rin­ ges 9 einen Belag 12 aus Wolfram (W)-Rhenium (Re)-Legie­ rung, der 1,5 mm dick ist und auf welchem die Brenn­ fleckbahn liegt. Die Anode 11 stellt einen topfförmigen Körper dar, der vom Boden aus gesehen schräg nach außen geneigte Wände aufweist. Der Boden selbst ist über eine wärmedämmende Halterung 13 mit einer Drehachse 14 ver­ bunden, die über Lager 15 und 16 an einer fest am Kol­ ben 1 liegenden starren Achse 17 verbunden ist.

Die starre Achse 17 stellt ihrerseits einen in den Kol­ ben 1 hineinragenden Fortsatz des Keramikteils 2 dar. An der Außenseite des wärmedämmenden Teiles 13 befin­ det sich ein aus Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Keramik bestehen­ des Teil 18, welches als Isolator dient und an ihrer Außenseite mit einem aus einer Schicht 19 aus Eisen (Fe) und einer Schicht 20 aus Kupfer (Cu) bestehenden Rotor verbunden ist. An seinem inneren Ende 21 trägt die starre Achse 17 eine Halterung 22, an welcher über ei­ nen Haltearm 23 eine Kathode 24 angebracht ist.

Die Zuführung der Potentiale und der Heizspannung für die im Kathodenteil 24 enthaltene Glühkathode erfolgt über einen am Basisteil 2 vorgesehenen Anschluß 26 mit drei Kontakten für die wahlweise Anlegung der Heizspan­ nung an die Teile 24 a und/oder 24 b der Glühwendel der Kathode 24. Das Anodenpotential wird von einem Kontakt 25 über eine Leitung 28 zu einem mit dem Lager 16 verbundenen Kon­ takt 29 geleitet, das ihrerseits über das isolierende Teil 18 und das Teil 13 mit der Anode 11 elektrisch leitend verbunden ist. Der aus den Teilen 19 und 20 bestehende Rotor ist über einen Kugelkontakt 30 mit der Wand des Kolbens 1 verbunden, so daß diese beiden Teile stets auf gleichem Potential liegen. Dies ergibt den Vorteil, daß eine elektrische Aufladung des Rotors durch das Hochspannungsfeld der Anode nicht möglich ist und stoßweise Entladungen zum Erdpotential des Ge­ häuses vermieden werden.

Zum Betrieb der Röhre wird in an sich bekannter Weise die Röhrenspannung zwischen dem Kontakt 25 und dem An­ schluß 26 angelegt. Der Heizstrom für die Glühkathode wird ebenfalls über Kontakt des Anschlusses 26 zuge­ führt, so daß ein gestrichelt angedeuteter Elektronen­ strahl 31 auf den Belag 12 auftrifft und dort ein Röntgen­ strahlenbündel in der mit 32 angedeuteten Weise erzeugt.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform stimmt in ihrem prinzipiellen Bau mit demjenigen nach Fig. 1 überein. Bei ihr sind daher an den übereinstimmenden Teilen die schon in der Fig. 1 gebrauchten Bezeich­ nungen verwendet. Die abweichenden Teile haben neue und die abgeänderten Teile mit einem Strich versehene Bezugszeichen.

Der hauptsächliche Unterschied des Aufbaus nach Fig. 2 gegenüber einem solchen nach Fig. 1 besteht darin, daß die Anode (Rotor) in an sich bekannter Weise magnetisch gelagert ist und frei schwebt und die Lager 15′, 16′ nur eine Hilfsfunktion haben, d. h. sie sind insbeson­ dere vorgesehen, eine eventuelle "Abstürzung" des Dreh­ teils bei Ausfall der magnetischen Halterung abzufangen. Außerdem ist durch das mittlere Teil 17 die Spannungs­ zuführung außer zu einer Kathode 24 zu einer weiteren Kathode 24′ geführt, so daß mehrere Brennflecken und Strahlenbündel entsprechend 32 erzeugbar sind.

Die Zuführung des Anodenpotentials erfolgt über Kugel­ kontakte, von denen die mit 33 und 34 bezeichneten in der Fig. 2 sichtbar sind. Die Kugeln dieser Kontakte 33 und 34 erhalten ihr Potential über den Kontakt 25 und eine Leitung 28 sowie einen rohrförmigen Kontakt 29′. Die Versorgung der Kathode erfolgt in mit Fig. 1 übereinstimmender Weise über einen Anschluß 26, der mehrpolig ist und Kontakte für das Kathodenpotential und für die Heizspannungen enthält.

An der rechten oberen Ecke der in Fig. 2 dargestellten Röhre ist in einem abgetrennten Abschnit die Verwen­ dung einer tellerförmigen Anode 11′ angedeutet. Dabei ist eine Kathode 24′′ über ein Teil 22′ und eine Halte­ rung 23′ mit dem auch bei den übrigen Ausführungsbei­ spielen vorhandenen Teil 17 der Basis 2 verbunden.

Die Erzeugung der Strahlen erfolgt in der oben in Fig. 1 angedeuteten Weise. Dazu wird durch Stromzu­ führung zur Kathode 24′′ ein Elektronenstrahl 31′ her­ gestellt und auf die Anode 11 geleitet. Dort entstehen beim Auftreffen auf den mit 12 (Fig. 1) übereinstimmen­ den Belag 12′ in bekannter Weise Röntgenstrahlen. So wird ein Röntgenstrahlenbündel 32′ erhalten, welches durch einen als Fenster 7′ ausgebildeten Teil der Wand des Kolbens 1 die Röhre verläßt.

Claims (10)

1. Drehanoden-Röntgenröhre mit einer eine hohle Achse aufwei­ senden Anode (11), die über einen Rotor (19, 20) angetrieben wird, und mit einer Kathode (24), bei der sowohl die Halterung (21 bis 23) als auch die elektrische Versorgung der Kathode (24) in die hohle Achse (14) der Anode (11) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Anoden- als auch das Kathodenpotential von der der Anode (11) gegenüberliegenden Seite zugeführt sind.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (17, 21 bis 23) der Kathode (24) eine starre Achse (17) aufweist, die voll­ ständig durch die hohle Achse (14) der Anode (11) geführt ist, an der ein Haltearm (23) für die Kathode (24) an der der An­ schlußseite gegenüberliegenden Seite angebracht ist und durch die die Zuleitungen für die Kathode (24) durchgeführt sind.

3. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (24) in einer topfförmigen Anode (11) angeordnet ist, an deren seitlicher Innenwand die Brennfleckbahn (12) liegt.

4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Röhrenkolben aus einem Basisteil (2) aus Keramik besteht, auf welches ein den eigent­ lichen Kolben (1) bildendes Metallteil aufgesetzt ist, welches an der gegenüberliegenden Seite einen vakuumdichten Abschluß (3) aufweist.

5. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschluß ein Einsatz (3) ist, der an seinem Rand mit dem Rand des Metallkolbens (1) verschweißt ist.

6. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schluß aus zwei Schichten (4, 5) besteht, von denen die eine am Rand mit dem Kolben (1) verschweißt und am Strahlenaustritt abgetragen ist.

7. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Schicht (5) ein 2 mm bis 3 mm dickes Edelstahlblech ist, auf dem eine ca. 1 mm dicke Aluminiumschicht (4) vakuumdicht angebracht ist.

8. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (19) und der Drehachse (14) der Anode (11) ein Isolierteil (18) liegt.

9. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierteil (18) ein Zylinder aus Keramik ist, der konzentrisch zu Achse und Rotor (19, 20) liegt.

10. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) besteht.