DE19741750A1 - Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode, mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb des mit einem flüssigen Kühlmittel ge­ füllten Strahlergehäuses rotiert, sowie mit einem externen Wärmetauscher zur Rückkühlung des Kühlmittels.

Wenn die abzuführende Verlustwärme nicht zu groß ist, kann die natürliche Konvektion ausgenützt werden, um die Wärme von der Röhre abzutransportieren. Bei höheren Röhrenleistungen sind die damit erreichbaren Wärmeübergangskoeffizienten je­ doch zu gering. Abhilfe bringen dann nur höhere Strömungsge­ schwindigkeiten des Kühlmittels, wozu bisher grundsätzlich Umwälzpumpen im Zuge des Rückkühlsystems eingesetzt wurden, die für einen entsprechenden starken Kühlmittelumlauf sorgen.

Die Verwendung solcher Umwälzpumpen verursacht nicht nur er­ höhte Kosten, sondern die Anfälligkeit solcher Umwälzpumpen stellt eine weitere Ausfallursache dar, die zu einem Ausfall des Röntgenstrahlers führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rönt­ genstrahler der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er bei einfacherem Aufbau unter Einsparung von Umwälzpumpen auch dann betrieben werden kann, wenn hohe Verlustwärmen von der Drehanode abgeführt werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kühlmittelzulaufstutzen und Kühlmittelablaufstutzen für das ohne Umwälzpumpe durch den externen Wärmetauscher gelei­ tete Kühlmittel an Positionen des Strahlergehäuses angeordnet sind, an denen durch die Rotation des Drehkolbens ein Unter- bzw. ein Überdruck erzeugt wird, was bevorzugt dadurch er­ reicht wird, daß der Kühlmittelablauf an einer Stelle des größten Durchmessers der Drehkolbenröhre und der Kühlmittel­ zulauf axial im Bereich eines minimalen Durchmessers der Drehkolbenröhre angeordnet ist.

Die Erfindung nützt dabei die Tatsache aus, daß sich durch die Drehung des Kolbens, also der rotierenden Vakuumhülle, eine sehr ungleichmäßige Druckverteilung im Inneren des Strahlergehäuses ausbildet. Diese grundsätzlich immer gegebe­ ne ungleichmäßige Druckverteilung, die bisher völlig übergan­ gen wurde, ist in der Praxis so ausgeprägt, bzw. läßt sich durch entsprechende Formgebung der Vakuumhülle und eine dem­ entsprechende Bemessung der schmalen Spalte zum Vakuumgehäuse so ausbilden, daß die entsprechenden Differenzdrucke zwischen Bereichen mit geringem Druck und Bereichen mit hohem Druck so groß werden, daß sie für hohe Durchflußleistungen des Kühl­ mittels im externen Rückkühlsystem ausgenützt werden können. Die Drehkolbenröhre wirkt also selbst als Pumpe mit einer Leistung, die ausreichend ist, um auch hohe Verlustleistungen von der Drehanode durch entsprechend hohe Strömungsgeschwin­ digkeiten des Kühlmittels im Rückkühlsystem abzuführen.

Dabei hat es sich in vielen Fällen als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn mehrere, vorzugsweise zwei auf entgesetzten axialen Positionen bezüglich des Kühlmittelablaufs angeordne­ te Kühlmittelzuläufe in einem achsnahen Bereich, also in ei­ nem Bereich mit geringem Durchmesser der Vakuumhülle der Drehkolbenröhre, angeordnet sind.

Da der nutzbare Volumenstrom bei der üblichen Geometrie von Drehkolbenröhren sehr groß ist, kann in Weiterbildung der Er­ findung vorgesehen sein, daß im Rückkühlsystem, insbesondere in den Kühlmittelzu- und/oder -ablaufleitungen des Strahler­ gehäuses, einstellbare Blenden zur Regelung des Kühlmittel­ durchflusses angeordnet sind. Derartige Blenden als passive Bauelemente können keine Ausfallursache darstellen wie aktive Regelungselemente im Zusammenhang mit Umwälzpumpen, so daß die erfindungsgemäße Verbilligung des Aufbaus eines Röntgen­ strahlers unter gleichzeitiger Erhöhung der Ausfallsicherheit in vollem Umfang erzielbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen schema­ tischen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Drehkolbenstrahler darstellt.

Die Vakuumhülle 1 des Drehkolbens mit der Kathode 2 sowie den fokussierenden Wehneltelektroden 3 und der Drehanode 4 ro­ tiert innerhalb des Strahlergehäuses 5. Der Raum zwischen dem Strahlergehäuse 5 und dem Drehkolben ist mit einem Kühlmit­ tel, vorzugsweise einem Isolieröl, gefüllt, das in Verbindung mit einem äußeren Rückkühlsystem steht. Dieses in der Figur nicht gezeigte Rückkühlsystem mit einem Wärmetauscher ist an den Kühlmittelzulaufstutzen 6 und den Kühlmittelablaufstutzen 7 angeschlossen. Erfindungsgemäß ist die Positionierung die­ ser Kühlmittelzu- und -ablaufstutzen 6 und 7 so gewählt, daß der Kühlmittelablaufstutzen im Bereich des größten Durchmes­ sers des Vakuumgehäuses 1 angeordnet ist, in dem durch die Rotation des Vakuumgehäuses sich ein besonders hoher Druck ausbildet, während der Kühlmittelzulaufstutzen 6 in einem achsnahen Bereich angeordnet ist, in dem die rotierenden Tei­ le des Drehkolbens einen nur geringen radialen Durchmesser aufweisen. In diesen Bereichen ist der sich durch die Rotati­ on ausbildende Druck besonders klein bzw. es ergibt sich ein Saugdruck. Allein durch diese besondere Art der Positionie­ rung der Kühlmittel zu- und Kühlmittelablaufstutzen 6 und 7 läßt sich eine hohe Umlaufleistung des Kühlmittels im exter­ nen Rückkühlsystem, so daß der bisher grundsätzlich übliche Einsatz einer zusätzlichen Umwälzpumpe im Rückkühlsystem völ­ lig entbehrlich ist. Es werden dabei nicht nur die Kosten für eine solche zusätzliche Umwälzpumpe eingespart, sondern man beseitigt auch eine zusätzliche Ausfallursache, die eine sol­ che verschleißbehaftete Umwälzpumpe stets darstellt.

Bei 6' ist schematisch gestrichelt ein zweiter Zulaufstutzen angedeutet, der natürlich auch wieder in einem Bereich des Strahlergehäuses 5 liegt, in welchem die durch den rotieren­ den Drehkolben sich ausbildende Druckverteilung ein Minimum aufweist, d. h. an einer Stelle, an der die rotierenden Teile einen besonders geringen radialen Durchmesser aufweisen.

Claims (4)

1. Röntgenstrahler mit zwangsgekühlter Drehanode, mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb des mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuses rotiert, so­ wie mit einem externen Wärmetauscher zur Rückkühlung des Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzulaufstutzen (6, 6') und der Kühlmittelab­ laufstutzen (7) für das ohne Umwälzpumpe durch den externen Wärmetauscher geleitete Kühlmittel an Positionen des Strahlergehäuses (5) angeordnet sind, an denen durch die Ro­ tation des Drehkolbens ein Unter- bzw. ein Überdruck erzeugt wird.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelablaufstutzen (7) an einer Stelle im Bereich des größten Durchmessers der Vaku­ umhülle (1) der Drehkolbenröhre und der Kühlmittelzulauf (6, 6') axial im Bereich eines minimalen Durchmessers der rotie­ renden Teile der Drehkolbenröhre angeordnet sind.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf entgegengesetzten axialen Positionen bezüglich des Kühlmittelablaufs (7) ange­ ordnete Kühlmittelzuläufe (6, 6') vorgesehen sind.

4. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren Rückkühlsystem, insbesondere in den Kühlmittelzulaufstutzen (6, 6') und/oder dem Kühlmittelablaufstutzen (7) des Strahlergehäuses (5) einstellbare Blenden zur Regelung des Kühlmitteldurchflusses angeordnet sind.