DE1062827B

DE1062827B - Rotating anode X-ray tube

Info

Publication number: DE1062827B
Application number: DES53765A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Silbermann
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1957-10-12
Filing date: 1957-10-12
Publication date: 1959-08-06
Also published as: GB821305A; FR1190456A; US2942126A; CH356542A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT 1062PATENT DOCUMENT 1062 ANME LDETAG:ANME LDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EDITORIAL:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:ISSUE OF
PATENT LETTERING:

kl. 21g 17/10kl. 21g 17/10

INTERNAT. KL. HOIj 4. JUNI 1957INTERNAT. KL. HOIj JUNE 4, 1957

6. AUGUST 1959 14. JANUAR 1960AUGUST 6, 1959 JANUARY 14, 1960

stimmt Oberein mit auslegeschriftagrees with the exposition

1 062 827 (S "53765 VIII c / 21 g) 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. The invention relates to a rotating anode x-ray tube. It is known that the optically Significantly increase the definition of an X-ray beam due to the effective focal spot area lets that a line-shaped electron impact surface on the anode surface of the X-ray tube arranged at a small angle of inclination to the central ray of the beam used. At an angle of inclination of 19 ° z. B. a rectangular electron impact surface with the Aspect ratio 1: 3 in the direction of the central ray shortened to a square focal spot, whereby the optically effective focal spot area is the same Radiation intensity is reduced to a third. In practice, the angles of inclination of the anode surface are against the central beam in rotating anode X-ray tubes between 15 and 20 °. These angles are called plate angles in the following, since they correspond to the angle which a cone surface line by the focal point path of the plate with a plane perpendicular to the plate axis. A decrease of the plate angle below 15 ° is contrary to the practical X-ray operation, the fact that that the electron impact surface the usable beam bundle on one side of the image, namely on the anode side, limited. Since the central ray should run through the center of the image, the plate angle thus determines the maximum angle of view and the largest possible image format for the given focal point-luminescent screen distance.

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.With a plate angle of 15 °, only a maximum image angle of 30 ° would be available and with a minimum focal point-luminescent screen distance of 65 cm, which occurs in practice At this angle of view, you only get a theoretical image size of about 34 x 34 cm. In practice it can but you do not count on this theoretical value because on the one hand the intensity of the beam in the areas of very small angles between the direction of radiation and the anode surface Waste shows and on the other hand slight roughening or a slight deformation of the plate surface in the Can lead to further shading of the picture edge over a longer period of operation. One has therefore in practice up to now have to refrain from using +5 for smaller rotary anode X-ray tubes for diagnostic purposes To use plate angle as 15 °, otherwise in numerous cases, z. B. for target device overview recordings, needed. Aspect ratio would not be excellent. Plate angles of 15 ° are also required for rotating anode tubes in practice not the rule, but those of 17.5 °, with a view to a desired one Illumination of a format of 40 x 40 cm at a distance of 65 cm.

Drehanoden-RöntgenröhreRotating anode X-ray tube

Patentiert für:Patented for:

Siemens - Reiniger -Werke Aktiengesellschaft, ErlangenSiemens - Reiniger -Werke Aktiengesellschaft, Erlangen

Dipl.-Ing. Karl Silbermann, Erlangen, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Karl Silbermann, Erlangen, has been named as the inventor

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.The invention is based on the knowledge that the cropping of the image size is irrelevant if one with a rotating anode X-ray tube with two concentric focal spot paths of different Plate angle works and uses the focal point with a small plate angle only for recordings that require small image sections. This handling does not impose any restriction on the diagnostic technique because it is quite the rule that just recordings from which one has a high sharpness of characters requires not to have a very large format, but rather a format of 13 ■ 18 cm at the most. A The smallest possible format is chosen with a view to high image quality, if only for the object to be to trigger little image-obscuring scattered radiation. It is the other way around for overview recordings not on extremely good definition, but on complete illumination of large formats at small recording distances.

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.It is therefore in a rotating anode tube with two concentric focal spot paths of different Plate angles with regard to a similar load capacity of both focal point paths proposed according to the invention, the focal point path with the smaller plate angle at least as wide as the focal point path with the larger plate angle. Under focal point trajectory is in the process, the ring surface on the plate surface acted upon by electrons in the course of a rotation of the plate understood, which is as wide as the length of the line-shaped electron impact surface. With the term the load capacity is meant here that performance that a focal point path for the duration of less than 1 second, i.e. for so-called short-term recordings, can be expected.

Die vorliegende Erfindung benutzt den an sich bekannten Gedanken, eine Röntgenröhre mit mehreren The present invention uses the concept known per se, an X-ray tube with several

909 693/227909 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. Equipping focal point paths of different plate angles goes beyond the known arrangement which only creates a weakly resilient fine focus on the track with the smaller plate angle is, but insofar as it performs the functions of two equally resilient focal point trajectories in terms of magnitude on overview shots that are sure to be illuminated and drawn considerably more sharply Details of the usual size (e.g. 13 x 18 cm) are broken down.

An zwei Ausführungsbeispielen soll der Erfindungsgegenstand nachfolgend erläutert werden. In The subject matter of the invention will be explained below using two exemplary embodiments. In

Fig. 1 ist eine Ausbildung des erfindüngsgemäßen Anodentellers in einer Drehanoden-Röntgenröhre mit zugehörigen Glühkathoden im Schnitt durch die Drehanodenachse dargestellt;Fig. 1 is an embodiment of the inventive Anode plate in a rotating anode X-ray tube with associated hot cathodes in section through the rotating anode axis shown;

Fig. 2 stellt die Aufsicht auf einen Teil des Drehanodentellers nach Fig. 1 dar;FIG. 2 shows a plan view of part of the rotating anode plate according to FIG. 1;

Fig. 3 stellt einen Schnitt durch eine Tellerform mit stufenförmig abgesetztem Rand dar.Fig. 3 shows a section through a plate shape with stepped edge.

Die nicht zu den Anodentellern gehörigen Teile der erfindungsgemäßen Drehanoden-Röntgenröhre sind nicht dargestellt, da sie keine erfindungsgemäßen Merkmale tragen.The parts of the rotating anode x-ray tube according to the invention that do not belong to the anode plates are not shown because they do not have any features according to the invention.

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. The anode plate 1 of the rotating anode according to FIG. 1 is assigned two hot cathodes 2 and 3, which correspond to electron impact surfaces 4, 5 lying one behind the other on the surface of the plate 1 in the direction of the useful beam lengthwise, which in turn have two concentric focal spot paths 6, 7 (see FIG. 2 ) determine. The arrangement of the two cathodes next to each other. can be solved structurally more easily if one changes from the anode plate diameter of 90 mm, which has so far prevailed in practice, to a diameter of 100 mm, whereby an increase in the anode load capacity is achieved at the same time. The inner focal point path 6 forms an angle of only 9 ° with the plane perpendicular to the rotating anode axis 8 and is therefore wider than the outer focal point path 7, which forms an angle of 17.5 with the plane mentioned, with approximately the same load capacity and also a square focal point in the central beam ° includes. The arrangement of the focal point path with a small plate angle within an outer focal point path has the advantage that the surface of this inner path is better secured against warping than a focal point path arranged on the edge of the plate.

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.At a plate angle of 17.5 °, a focal point with an aspect ratio of 1: 3.3 appears shortened to a square in the direction of the central ray. For a plate angle of 9 ° the corresponding ratio is 1: 6.4. Assuming that the loading capacity is roughly proportional to the electron impact area, the width of the inner electron impact area could be reduced to about V2I / 2 times the width of this area with the same loading capacity as for the outer electron impact area, but would have to be halved because of it reduced optically effective (square) focal point area a much greater sharpness of the drawing. In reality, however, the resilience of an electron impact surface is greater, the longer this surface is, with the same surface size. If you halve z. B. an electron impact area lengthways, so the load capacity B of this halved electron impact area does not decrease by about half, but much less. One calculates with the value V2I? · J / 2. You can therefore make the electron impact surface, which is assigned to the small plate angle, smaller than the electron impact surface with the larger plate angle with the same load capacity, so that the optically effective (square) focal point is not insignificantly smaller than half the size of the larger focal point. This additional gain in focal spot reduction is only slightly counteracted by the fact that by shifting the focal point path from the edge of the plate inward, the load capacity of the tube is reduced because of the then lower speed with which the anode material moves under the focal point.

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.The X-ray tube according to the invention is particularly suitable for X-ray machines with target devices one after the other overview shots with perfect illumination of a large format at a small distance with the outer focal point and detailed shots drawn much more sharply - also in the usual one Format 13 · 18 illuminated with certainty - to be produced with the inner focal point. The tube after of the invention, made in the overview and detail recordings with different focal point trajectories also has compared to the known tubes with only one heavy-duty focal point track the advantage of a longer service life, since the uselessness of an X-ray tube by a gradual Roughening of the focal spot and gradual evaporation of the hot cathode filament, which process is distributed over two focal point paths in the tube according to the invention.

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.The basic advantages of the invention can also be achieved if the outer focal point path assigns the smaller plate angle. In Fig. 3, a plate is shown in section, the such It is designed in a stepped manner that the radiation emanating from the inner electron impact surface 11 is not hindered by the outer stepped plate rim with the electron impact surface 12. In in this case, therefore, the outer focal point path can have the smaller plate angle.

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.Compared to the plate shape according to FIG. 1, this plate shape requires a greater manufacturing effort and the central rays of the two focal points have a greater distance from one another in this arrangement than in the case of the arrangement according to Fig. 1, where they can directly adjoin one another. Is advantageous in the arrangement according to FIG. 3, at which is the smaller, sharper one on the outer focal point path, but the fact that this Because of its higher speed on the focal point path, the focal point has a higher specific load of the anode material, as if, as in the case of the arrangement according to FIG. 1, on the inner focal point path would lie. This is particularly important when the disk diameter of the rotating anode should be kept as small as possible, e.g. 90mm.

Claims

Patent claims:

1. Rotating anode X-ray tube with two concentric focal spot paths of different Plate angles and dimensions of the electron impact surfaces that are matched to the plate angle, that there is a square optically effective focal point in the direction of the central ray results, characterized in that for an order of magnitude of the same load capacity of both Focal spot tracks the focal spot track with the smaller plate angle is at least as wide

how the focal point track is designed with the larger plate angle.

2. Rotating anode X-ray tube according to claim 1, characterized in that the anode plate has a diameter of 100 mm or more.

3. Rotating anode X-ray tube according to claim 2, characterized in that at under one obtuse angles abutting focal point trajectories the smaller plate angle of the inner one Focal point path is assigned.

4. rotating anode X-ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that in such stepped formation of the plate surface that that of the inner electron impact surface

outgoing radiation through the outer stepped plate frame with the second focal point path is not hindered, the smaller plate angle is assigned to the outer focal point path.

5. Rotating anode X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that that the smaller plate angle is smaller than 15 ° and the larger plate angle is greater than 15 °.

6. rotating anode X-ray tube according to claim 5, characterized in that the smaller plate angle smaller than 10 ° and the larger plate angle is at least 17.5 °.

Considered publications:
German patent specification No. 956 708.

1 sheet of drawings