CH689657A5 - Kathodensystem fuer eine Roentgenroehre. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Kathodensystem für eine Röntgenröhre, welches einen Elektronenemitter und eine zwischen Elektronenemitter und Anode der Röntgenröhre angeordnete weitere Elektrode aufweist. 



  Die derzeit in Röntgenröhren eingesetzten Kathodensysteme sind bezüglich Lebensdauer und Fokusform an ihren Entwicklungsgrenzen angelangt. Für die Zukunft werden jedoch eine längere Lebensdauer und eine sogenannte "gaussförmige" Fokusbelegung gewünscht. Unter einer gaussförmigen Fokusbelegung versteht man, dass die Intensität der auf die Röntgenröhrenanode auftreffenden Elektronen und damit die Intensität der vom Fokus ausgehenden Röntgenstrahlung im Zentrum des Fokus maximal ist und zum Rand hin analog zur gauss'schen Glockenkurve abfällt. 



  Es ist ein Kathodensystem der eingangs genannten Art als Elektrodensystem nach Pierce bekannt geworden, das den genannten Anforderungen zumindest teilweise entspricht. Bei der weiteren Elektrode des bekannten Elektrodensystems handelt es sich um eine Hilfsanode, die derart geformt ist, dass die Auswirkungen der Raumladungen des Elektronenstrahls kompensiert sind. Nachteilig an diesem System ist, dass die Spannungen an der Anode, der Hilfsanode und der Elektronenstrom (Röhrenstrom) miteinander verknüpft sind. Der Röhrenstrom ist also nicht mehr frei wählbar, dies bedeutet, dass z.B. zu einer bestimmten Röhrenspannung ein bestimmter Röhrenstrom gehört. Es wäre hier zwar denkbar, durch die Einführung eines weiteren kathodennahen Steuergitters Abhilfe zu schaffen, jedoch wäre dies technisch nur sehr aufwendig zu realisieren. 



  Röntgenröhren mit einem Kathodensystem der eingangs genannten Art sind in der DE 3 426 623 C2 und der DE 3 514 700 A1 beschrieben. 



  Ausserdem ist in der DE 3 228 816 A1 ein Verfahren zur Röntgen-Computertomographie beschrieben, bei dem zur Erzielung eines verbesserten Signal-Rausch-Abstandes ohne Erhöhung der Strahlungsdosis mit getasteten Röntgen-Strahlenimpulsen gearbeitet wird, die durch Tastung des Elektronenstromes in der Röntgenröhre mittels des Wehnelt-Zylinders erzeugt werden. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kathodensystem der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Anodenstrom unabhängig von den an der Anode und der weiteren Elektrode anliegenden Spannungen und auf einfache Weise zumindest innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar ist. 



  Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Kathodensystem für eine Röntgenröhre, welches einen Elektronenemitter und eine zwischen Elektronenemitter und der Anode der Röntgenröhre angeordneter weitere Elektrode aufweist, die mittels einer Schalteinrichtung mit einem dem jeweils gewünschten Röhrenstrom entsprechenden Puls-/Pausen-Verhältnis an ein von dem Potential des Elektronenemitters abweichendes Potential anschaltbar ist. Es besteht also keine direkte Verknüpfung des Röhrenstromes mit den Potentialen der Anode und der weiteren Elektrode. Vielmehr kann der Röhrenstrom unabhängig von den genannten Grössen über das Puls-/Pausen-Verhältnis gewählt werden. 



  Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Puls-/Pausen-Verhältnis einstellbar; es sind also unabhängig von den Potentialen der Anode und der Hilfselektrode unterschiedliche Röhrenströme einstellbar. 



  Gemäss Varianten der Erfindung ist als weitere Elektrode eine Wehnelt-Elektrode und/oder eine Hilfsanode vorgesehen, wobei  die Wehnelt-Elektrode mittels der Schalteinrichtung an ein negatives Potential und die Hilfsanode an ein positives Potential anschaltbar ist. 



  Wenn die Hilfsanode eine Durchtrittsöffnung für den von dem Elektronenemitter ausgehenden Elektronenstrahl aufweist, ist gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Erstreckung der Hilfsanode in Richtung des Elektronenstrahles wenigstens gleich der geringsten lichten Weite der Durchtrittsöffnung ist. Im Falle einer elliptischen Durchtrittsöffnung wäre die Erstreckung der Hilfsanode also wenigstens gleich der kleineren Hauptachse der Durchtrittsöffnung. Durch diese Massnahme wird eine gute Entkopplung des Anodenpotentials gegenüber dem Elektronenemitter erreicht. 



  Gemäss einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dauer eines Schaltzyklus der Schalteinrichtung 10  mu s nicht wesentlich übersteigt. Hierdurch wird erreicht, dass für die Drehanode und die mit der Röntgenröhre zusammenwirkenden bilderzeugenden Systeme (z.B. Röntgenbildverstärker/Fernseh-Kette) die Einzelimpulse nicht sichtbar werden, sondern nur der mittlere Strom wirksam wird. 



  Ein guter Verstellbereich des Röhrenstromes lässt sich realisieren, wenn das Potential, an das die weitere Elektrode anschaltbar ist, dem Betrag nach in der Grössenordnung von 5 bis 20 kV liegt. 



  Die weiterführende Aufgabe, eine Röntgenröhre so auszubilden, dass der Röhrenstrom auf einfache Weise und unabhängig von den an einer Hilfselektrode und der Anode anliegenden Potentialen frei wählbar ist, wird nach der Erfindung durch eine Röntgenröhre mit einer Anode und einem Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gelöst. 



  Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 in grob schematischer Darstellung die wesentlichsten Bestandteile einer Röntgenröhre mit einem erfindungsgemässen Kathodensystem, und 
   Fig. 2 in zu der Fig. 1 analoger Darstellung eine Variante der Erfindung. 
 



  In Fig. 1 sind von einer Röntgenröhre die Anode 1 und das insgesamt mit 2 bezeichnete Kathodensystem geschnitten dargestellt. Die in Fig. 1 nicht dargestellten Komponenten der Röntgenröhre, also zum Beispiel das Vakuumgehäuse, sind konventionell aufgebaut. Bei der Anode 1, von der nur ein kleiner Bereich dargestellt ist, kann es sich in an sich bekannter Weise um eine Dreh- oder Festanode handeln. 



  Das Kathodensystem 2 enthält einen schematisch dargestellten Elektronenemitter 3, bei dem es sich beispielsweise um eine direkt oder indirekt beheizte Glühkathode handeln kann. Zwischen dem Elektronenemitter 3 und der Anode 1 liegt in der in Fig. 1 schematisch angedeuteten Weise die Röhrenspannung UR an. Ist der Elektronenemitter 3 aktiv, geht von diesem ein in Fig. 1 strichliert angedeuteter Elektronenstrahl E aus und trifft auf die Anode 1 auf. Vom Auftreffpunkt des Elektronenstrahls E auf der Anode 1, dem sogenannten Fokus F der Röntgenröhre, geht Röntgenstrahlung aus. 



  Neben dem Elektronenemitter 3 und der Anode 1 sind zwei weitere Elektroden vorgesehen, nämlich eine etwa tulpenförmig gestaltete Wehnelt-Elektrode 4 und eine schalenartig gekrümmte Hilfsanode 5, die jeweils eine Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl E aufweisen. Die Wehnelt-Elektrode 4 und die Hilfsanode 5 sind über die Leitungen 6 bzw. 7 auf - jeweils bezogen auf das Potential des Elektronenemitters 3 -  ein negatives Potential -UW bzw. ein positives Potential +UH von jeweils grössenordnungsmässig 5 bis 20 kV gelegt. 



  In die Leitungen 6 bzw. 7 sind insgesamt mit 8 bzw. 9 bezeichnete Schalteinrichtungen geschaltet, die jeweils einen vorzugsweise elektronischen Schalter 10 bzw. 11 und einen diesem zugeordneten Taktgenerator 12 bzw. 13. Die Taktgeneratoren 12 bzw. 13 liefern jeweils ein Taktsignal, das den entsprechenden Schalter 10 bzw. 12 derart steuert, dass die Wehnelt-Elektrode 4 bzw. die Hilfsanode 5 abwechselnd an das Potential -UW bzw. +UH angeschaltet und von diesem getrennt wird. Die Taktgeneratoren 12 bzw. 13 sind derart ausgebildet, dass das Puls-/Pausen-Verhältnis des jeweils erzeugten Taktsignals einstellbar ist. Dies ist in Fig. 1 durch Regler 14 und 15 angedeutet. 



  Es ist so möglich, den im Betrieb der Röntgenröhre fliessenden mittleren Röhrenstrom unabhängig von den Potentialen, auf denen die Anode 1, die Wehnelt-Elektrode 4 und die Hilfsanode 5 liegen, zu wählen bzw. einzustellen, und zwar durch die im Falle der Schalteinrichtungen 8 und 9 vorliegenden Puls-/Pausen-Verhältnisse. 



  Die Röhrenspannung UR und die Potentiale UH und UW haben also nur insoweit Einfluss auf den Röhrenstrom, als sie die Grenzen festsetzen, innerhalb deren der mittlere Röhrenstrom durch Veränderung der Puls-/Pausen-Verhältnisse der Schalteinrichtungen 8 und 9 verändert werden kann. Eine Verknüpfung des Röhrenstromes beispielsweise mit der Röhrenspannung UB in dem Sinne, dass sich für eine bestimmte Röhrenspannung ein bestimmter Röhrenstrom ergibt, existiert nicht. Vielmehr können innerhalb der genannten Grenzen für die gleiche Röhrenspannung unterschiedliche Röhrenströme eingestellt werden bzw. der gleiche Röhrenstrom bei unterschiedlichen Röhrenspannungen realisiert werden. 



  Um Störungen durch die Schaltvorgänge der Schalteinrichtungen 8 und 9 zu vermeiden, ist es zweckmässig, wenn die Dauer eines Schaltzyklus (Pulsdauer plus Pausendauer) 10  mu s nicht wesentlich übersteigt. 



  Das Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 2 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, dass die Wehnelt-Elektrode 5 min  und die Hilfsanode 5 min  jeweils rohrförmig ausgebildet sind. Im Falle der Hilfsanode 5 min  ist die Länge L in Richtung des Elektronenstrahles E gemessen grösser als die lichte Weite 1 der Durchtrittsöffnung, und zwar im Interesse einer guten Entkopplung des Anodenpotentials gegenüber dem Elektronenemitter 3. Um eine gute Entkopplung zu erreichen, sollte die Länge L wenigstens gleich der lichten Weite 1 sein. Im Falle einer nicht rotationssymmetrischen Ausbildung der Hilfsanode 5 min bzw. eines über der Länge L der Hilfsanode 5 min  nicht konstanten Querschnitts der Durchtrittsöffnung ist deren geringste lichte Weite massgebend. 



  Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind jeweils zwei weitere Elektroden, nämlich die Wehnelt-Elektrode 4 bzw. 4 min  und die Hilfsanode 5 bzw. 5 min  vorhanden. Dabei ist im Falle beider weiterer Elektroden die Möglichkeit gegeben, diese mittels einer Schalteinrichtung 8 bzw. 9 mit einem einem jeweils gewünschten Röhrenstrom entsprechenden Puls-/Pausen-Verhältnis an ein von dem Potential des Elektronenemitters abweichendes Potential UW bzw. UH anzuschalten. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, nur im Falle einer weiteren Elektrode die Möglichkeit vorzusehen, diese mittels einer Schalteinrichtung in der beschriebenen Weise an ein von dem Potential des Elektronenemitters abweichendes Potential abzuschalten.

   Ausserdem besteht die Möglichkeit, nur eine einzige weitere Elektrode vorzusehen, die dann selbstverständlich in der beschriebenen Weise mit einer Schalteinrichtung versehen sein muss. 



  Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist das Puls-/Pausen-Verhältnis der Schalteinrichtung(en) einstellbar, um den Röhrenstrom einstellen zu können. Falls eine Einstellbarkeit des Röhrenstromes nicht gewünscht ist, kann auch vorgesehen sein, dass das Puls-/Pausen-Verhältnis der Schalteinrichtung(en) dem gewünschten Röhrenstrom entsprechend fest vorgegeben ist. 

Claims (8)

1. Kathodensystem für eine Röntgenröhre, welches einen Elektronenemitter (3) und eine zwischen Elektronenemitter (3) und der Anode (1) der Röntgenröhre angeordnete weitere Elektrode aufweist, die mittels einer Schalteinrichtung (8, 9) mit einem dem jeweils gewünschten Röhrenstrom entsprechenden Puls-/Pausen-Verhältnis an ein von dem Potential des Elektronenemitters (3) abweichendes Potential (UW, UH) anschaltbar ist.

2. Kathodensystem nach Anspruch 1, bei welchem das Puls-/Pausen-Verhältnis einstellbar ist.

3. Kathodensystem nach Anspruch 1 oder 2, welches als weitere Elektrode eine Wehnelt-Elektrode (4; 4 min ) enthält, die mittels der Schalteinrichtung (8) an ein negatives Potential (UW) anschaltbar ist.

4.

Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches als weitere Elektrode eine Hilfsanode (5, 5 min ) enthält, die mittels der Schalteinrichtung (9) an ein positives Potential (UH) anschaltbar ist.

5. Kathodensystem nach Anspruch 4, wobei die Hilfsanode (5 min ) eine Durchtrittsöffnung für den von dem Elektronenemitter (3) ausgehenden Elektronenstrahl (E) aufweist und die Erstreckung (L) der Hilfsanode (5 min ) in Richtung des Elektronenstrahls (E) wenigstens gleich der geringsten lichten Weite (1) der Durchtrittsöffnung ist.

6. Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Dauer eines Schaltzyklus der Schalteinrichtung (8, 9) 10 mu s nicht wesentlich übersteigt.

7.

Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Potential (UW, UH) an das die weitere Elektrode anschalt bar ist, dem Betrag nach in der Grössenordnung von 5 bis 20 kV liegt.

8. Röntgenröhre mit einer Anode und einem Kathodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7.