DE1062827B - Drehanoden-Roentgenroehre - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1062 ANME LDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

kl. 21g 17/10

INTERNAT. KL. HOIj 4. JUNI 1957

6. AUGUST 1959 14. JANUAR 1960

stimmt Oberein mit auslegeschrift

1 062 827 (S "53765 VIII c / 21 g)

Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre. Es ist bekannt, daß sich die durch die optisch wirksame Brennfleckfläche bedingte Zeichenschärfe eines Röntgenstrahlenbündels dadurch wesentlich steigern läßt, daß man eine strichförmige Elektronenaufprallfläche auf der Anodenoberfläche der Röntgenröhre unter einem kleinen Neigungswinkel gegen den Zentralstrahl des genutzten Strahlenbündels anordnet. Bei einem Neigungswinkel von 19° erscheint z. B. eine rechteckförmige Elektronenaufprallfläche mit dem Seitenverhältnis 1:3 in Richtung des Zentralstrahles zu einem quadratischen Brennfleck verkürzt, wodurch die optisch wirksame Brennfleckfläche bei gleicher Strahlenintensität auf ein Drittel verringert ist. In der Praxis betragen die Neigungswinkel der Anodenoberfläche gegen den Zentralstrahl bei Drehanoden-Röntgenröhren zwischen 15 und 20°. Diese Winkel seien im folgenden Tellerwinkel genannt, da sie dem Winkel entsprechen, welchen eine Kegelmantellinie durch die Brennfleckbahn des Tellers mit einer Ebene senkrecht zur Tellerachse einschließt. Einer Verringerung des Tellerwinkels unter 15° steht für den praktischen Röntgenbetrieb die Tatsache entgegen, daß die Elektronenauf prallfläche das nutzbare Strahlenbündel auf einer Bildseite, nämlich auf der Anodenseite, begrenzt. Da der Zentralstrahl durch die Bildmitte verlaufen soll, bestimmt der Tellerwinkel somit den maximalen Bildwinkel und bei gegebenem Brennfleck-Leuchtschirm-Abstand das größtmögliche Bildformat.

Bei einem Tellerwinkel von 15° würde nur ein maximaler Bildwinkel von 30° zur Verfügung stehen und bei einem in der Praxis vorkommenden minimalen Brennfleck-Leuchtschirm-Abstand von 65 cm erhält man bei diesem Bildwinkel nur eine theoretische Bildgröße von etwa 34 · 34 cm. In der Praxis kann man aber mit diesem theoretischen Wert nicht rechnen, da einerseits die Intensität des Strahlenbündels in den Bereichen sehr kleiner Winkel zwischen Abstrahlungsrichtung und Anodenoberfläche einen starken Abfall zeigt und andererseits leichte Aufrauhungen oder eine leichte Verformung der Telleroberfläche im Laufe eines längeren Betriebes zu einer weiteren Verschattung des Bildrandes führen können. Man hat daher in der Praxis bisher davon absehen müssen, +5 für Diagnostik-Drehanoden-Röntgenröhren kleinere Tellerwinkel als 15° zu benutzen, da sonst das in zahlreichen Fällen, z. B. . bei Zielgerät-Übersichtsaufnahmen, benötigte. Bildformat nicht ausgezeichnet würde. Auch Tellerwinkel von 15° sind bei Drehanodenröhren in der Praxis nicht die Regel, sondern solche von 17,5°, und zwar im Hinblick auf eine gewünschte Aüsleuchtung eines Formats von 40 · 40 cm in 65 cm Abstand.

Drehanoden-Röntgenröhre

Patentiert für:

Siemens - Reiniger -Werke Aktiengesellschaft, Erlangen

Dipl.-Ing. Karl Silbermann, Erlangen, ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Beschneidung der Bildgröße unerheblich ist, wenn man mit einer Drehanoden-Röntgenröhre mit zwei konzentrischen Brennfleckbahnen unterschiedlicher Tellerwinkel arbeitet und den Brennfleck mit kleinem Tellerwinkel lediglich für Aufnahmen benutzt, die kleine Bildausschnitte erfordern. Diese Handhabung stellt für die diagnostische Technik keine Beschränkung dar, denn es ist durchaus die Regel, daß gerade Aufnahmen, von denen man eine hohe Zeichenschärfe verlangt, kein sehr großes Format, sondern höchstens ein Format 13 ■ 18 cm aufzuweisen brauchen. Ein möglichst kleines Format wählt man im Hinblick auf eine hohe Bildgüte schon deshalb, um im Objekt möglichst wenig bildverschleiernde Streustrahlung auszulösen. Umgekehrt kommt es für Übersichtsaufnahmen nicht auf eine extrem gute Zeichenschärfe, sondern auf eine vollständige Ausleuchtung großer Formate bei kleinen Aufnahmeabständen an.

Es wird daher bei einer Drehanodenröhre mit zwei konzentrischen Brennfleckbahnen von unterschiedlichen Tellerwinkeln im Hinblick auf eine größenordnungsmäßig gleiche Belastbarkeit beider Brennfleckbahnen erfindungsgemäß vorgeschlagen, dieBrennfleckbahn mit dem kleineren Tellerwinkel mindestens ebenso breit wie die Brennfleckbahn mit dem größeren Tellerwinkel zu gestalten. Unter Brennfleckbahn wird dabei die im Laufe einer Tellerumdrehung von Elektronen beaufschlagte Ringfläche auf der Telleroberfläche verstanden, die so breit ist wie die Länge der strichförmigen Elektronenaufprallfläche. Mit dem Begriff der Belastbarkeit ist hier diejenige Leistung gemeint, die einer Brennfleckbahn für die Dauer von weniger als 1 Sekunde, also für sogenannte Kurzzeitaufnahmen, zugemutet werden kann.

Die vorliegende Erfindung benutzt den an sich bekannten Gedanken, eine Röntgenröhre mit mehreren

909 693/227

Brennfleckbahnen von unterschiedlichen Tellerwinkeln auszurüsten, geht über die bekannte Anordnung, bei der auf der Bahn mit dem kleineren Tellerwinkel lediglich ein schwach belastbarer Feinstfokus erzeugt wird, aber insofern hinaus, als sie die Funktionen zweier größenordnungsmäßig gleich belastbarer Brennfleckbahnen auf mit Sicherheit ausgeleuchtete Übersichtsaufnahmen und erheblich schärfer gezeichnete Detailaufnahmen üblicher Größe (z. B. 13 · 18 cm) aufgliedert.

An zwei Ausführungsbeispielen soll der Erfindungsgegenstand nachfolgend erläutert werden. In

Fig. 1 ist eine Ausbildung des erfindüngsgemäßen Anodentellers in einer Drehanoden-Röntgenröhre mit zugehörigen Glühkathoden im Schnitt durch die Drehanodenachse dargestellt;

Fig. 2 stellt die Aufsicht auf einen Teil des Drehanodentellers nach Fig. 1 dar;

Fig. 3 stellt einen Schnitt durch eine Tellerform mit stufenförmig abgesetztem Rand dar.

Die nicht zu den Anodentellern gehörigen Teile der erfindungsgemäßen Drehanoden-Röntgenröhre sind nicht dargestellt, da sie keine erfindungsgemäßen Merkmale tragen.

Dem Anodenteller 1 der Drehanode nach Fig. 1 sind zwei Glühkathoden 2 und 3 zugeordnet, denen auf der Oberfläche des Tellers 1 in Nutzstrahlenrichtung der Länge nach hintereinanderliegende Elektronenaufprallflächen 4, 5 entsprechen, die wiederum zwei konzentrische Brennfleckbahnen 6, 7 (s. Fig. 2) bestimmen. Die Anordnung der beiden Kathoden nebeneinander . läßt sich konstruktiv einfacher lösen, wenn man von dem in der Praxis bisher vorherrschenden Anodentellerdurchmesser von 90 mm zu einem Durchmesser von 100 mm übergeht, wodurch gleichzeitig eine Steigerung der Anodenbelastbarkeit erzielt wird. Die innere Brennfleckbahn 6 schließt mit der zur Drehanodenachse 8 senkrechten Ebene einen Winkel von nur 9° ein und ist daher bei annähernd gleicher Belastbarkeit und ebenfalls quadratischem Brennfleck im Zentralstrahl breiter als die äußere Brennfleckbahn 7, die mit der genannten Ebene einen Winkel von 17,5° einschließt. Die Anordnung der Brennfleckbahn mit kleinem Tellerwinkel innerhalb einer äußeren Brennfleckbahn hat den Vorteil, daß die Oberfläche dieser inneren Bahn besser gegen Verwerfungen gesichert ist als eine am Rand des Tellers angeordnete Brennfleckbahn.

Bei einem Tellerwinkel von 17,5° erscheint ein Brennfleck mit dem Seitenverhältnis von 1:3,3 in Riehtung des Zentralstrahles zu einem Quadrat verkürzt. Für einen Tellerwinkel von 9° ist das entsprechende Verhältnis 1:6,4. Unter der Voraussetzung, daß die Belastbarkeit etwa der Elektronenaufprallfläche proportional ist, könnte die Breite der inneren Elektronenaufprallfläche bei gleicher Belastbarkeit wie für die äußere Elektronenaufprallfläche etwa auf den V2I/2 -fachen Wert der Breite dieser Fläche verringert werden, hätte aber wegen ihrer auf die Hälfte verringerten optisch wirksamen (quadratischen) Brennfleckfläche eine wesentlich größere Zeichenschärfe. In Wirklichkeit ist die Belastbarkeit einer Elektronenaufprallfläche jedoch bei gleicher Flächengröße um so größer, je langgestreckter diese Fläche ist. Halbiert man z. B. eine Elektronenaufprallfläche der Länge nach, so sinkt die Belastbarkeit B dieser halbierten Elektronenaufprallfläche nicht etwa auf die Hälfte, sondern um wesentlich weniger ab. Man rechnet etwa mit dem Wert V2I?· j/2. Man kann daher die Elektronenaufprallfläche, welche dem kleinen Tellerwinkel zugeordnet ist, bei gleicher Belastbarkeit flächenmäßig kleiner ausführen als die Elektronenaufprallfläche mit dem größeren Tellerwinkel, so daß der optisch wirksame (quadratische) Brennfleck nicht unerheblich kleiner als halb so groß wie der größere Brennfleck wird. Diesem zusätzlichen Gewinn an Brennfleckverkleinerung wirkt lediglich geringfügig die Tatsache entgegen, daß durch die Verlagerung der Brennfleckbahn vom Rand des Tellers nach innen die Belastbarkeit der Röhre wegen der dann kleineren Geschwindigkeit, mit der das Anodenmaterial unter dem Brennfleck wandert, an sich kleiner wird.

Die Röntgenröhre nach der Erfindung ist insbesondere geeignet, bei Röntgenapparaten mit Zielgeräten nacheinander Übersichtsaufnahmen mit vollkommener Ausleuchtung eines Großformats bei kleinem Abstand mit dem äußeren Brennfleck und erheblich schärfer gezeichnete Detailaufnahmen — auch in dem üblichen Format 13 · 18 mit Sicherheit ausgeleuchtet — mit dem inneren Brennfleck herzustellen. Die Röhre nach der Erfindung, bei der Übersichts- und Detailaufnahmen mit verschiedenen Brennfleckbahnen angefertigt werden, hat ferner gegenüber den bekannten Röhren mit nur einer hochbelastbaren Brennfleckbahn den Vorteil einer höheren Lebensdauer, da die Unbrauchbarkeit einer Röntgenröhre durch eine allmähliche Aufrauhung der Brennfleckbahn und eine allmähliche Verdampfung der Glühkathodenwendel zustandekommt, welcher Vorgang sich bei der Röhre nach der Erfindung auf zwei Brennfleckbahnen verteilt.

Die grundsätzlichen Vorteile der Erfindung lassen sich auch erreichen, wenn man der äußeren Brennfleckbahn den kleineren Tellerwinkel zuordnet. In der Fig. 3 ist im Schnitt ein Teller dargestellt, der derart stufenförmig gestaltet ist, daß die von der inneren Elektronenaufprallfläche 11 ausgehende Strahlung durch den äußeren abgestuften Tellerränd mit der Elektronenaufprallfläche 12 nicht behindert wird. In diesem Falle kann daher die äußere Brennfleckbahn den geringeren Tellerwinkel erhalten.

Diese Tellerform erfordert zwar gegenüber der Tellerform nach Fig. 1 .einen größeren Fertigungsaufwand und die Zentralstrahlen der, beiden Brennflecke haben bei dieser Anordnung einen größeren Abstand voneinander als im Falle der Anordnung nach Fig. 1, wo sie unmittelbar aneinandergrenzen können. Von Vorteil ist bei der Anordnung nach Fig. 3, bei welcher der kleinere, scharfzeichnende auf der äußeren Brennfleckbahn liegt, jedoch der Umstand, daß dieser Brennfleck wegen seiner höheren Geschwindigkeit auf der Brennfleckbahn eine höhere spezifische Belastung des Anodenmaterials zuläßt, als wenn er, wie im Falle der Anordnung nach der Fig. 1, auf der inneren Brennfleckbahn liegen würde. Dies -ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Tellerdurchmesser der Drehanode möglichst klein, z.B. 90mm, gehalten werden soll.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Drehanoden-Röntgenröhre mit zwei konzentrischen Brennfleckbahnen von unterschiedlichen Tellerwinkeln und derart auf die Tellerwinkel abgestimmten Abmessungen der Elektronenaufprallflächen, daß sich in Richtung des Zentralstrahles ein quadratischer optisch wirksamer Brennfleck ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß für eine größenordnungsmäßig gleiche Belastbarkeit beider Brennfleckbahnen die Brennfleckbahn mit dem kleineren Tellerwinkel mindestens ebenso breit

wie die Brennfleckbahn mit dem größeren Tellerwinkel gestaltet ist.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenteller einen Durchmesser von 100 mm oder mehr aufweist.

3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei unter einem stumpfen Winkel aneinanderstoßenden Brennfleckbahnen der kleinere Tellerwinkel der inneren Brennfleckbahn zugeordnet ist.

4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei derart stufenförmiger Ausbildung der Telleroberfläche, daß die von der inneren Elektronenaufprallfläche

ausgehende Strahlung durch den äußeren abgestuften Tellerrahd mit der zweiten Brennfleckbahn nicht behindert wird, der kleinere Tellerwinkel der äußeren Brennfleckbahn zugeordnet ist.

5. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Tellerwinkel kleiner als 15° und der größere Tellerwinkel größer als 15° ist.

6. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Tellerwinkel kleiner als 10° und der größere Tellerwinkel mindestens 17,5° ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 956 708.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 580/322 7. (909 693/227 1.60)