DE2058152A1

DE2058152A1 - Rotating anode X-ray tube

Info

Publication number: DE2058152A1
Application number: DE19702058152
Authority: DE
Inventors: Johann Ebersberger; Josef Dipl-Phys Rohmfeld
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1970-11-26
Publication date: 1972-05-31

Description

Drehanoden-Röntgenr6hre Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Drehanode eine mit einer Kühlflüssigkeit gekühlte Fläche zugeordnet ist. Rotating anode X-ray tube The invention relates to a rotating anode X-ray tube, whose rotating anode is assigned a surface cooled with a cooling liquid.

Bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen ist die Ableitung der Wärme ein großes Problem, weil von der angewandten Energie, die auf die Anode auftrifft, nur zu 1 % in Röntgenstrahlen umgesetzt wird. Der Ubrige Anteil von 99 % wird in Wärme umgewandelt, die dann abgeleitet werden muß. Bei bekannten Drehanoden-Rbntgenröhren wird zu diesem Zweck die Wand der Röhre intensiv gekühlt, so daß ein ableitendes Wärmegefälle erhalten wird. Da nach Meinung der Fachleute die Wärme von der sich drehenden Anode nicht durch direkte Wärmeleitung abgeführt werden kann, sollte andererseits durch Anbringen wärmeabsorbierender Flächen, die in gewissem Abstand von der Drehanode liegen, die Kühlung verbessert werden. Die eigentliche Ableitung der Wärme sollte durch ein Kühlmittel, etwa durch fließendes Wasser, erfolgen. Immer ist dabei ein strahlender Wärmeübergang notwendig, der bekanntlich nur geringen Umsatz liefert. Nach einem weiteren bekannten Vorschlag soll gegenüber dem Drehanodenteller in sehr kleinem Abstand ein großflächiger Kiihlkörper angeordnet werden. Dieser bildet gleichzeitig einen Teil der Gefäßwand der Röntgenröhre.When generating X-rays is the dissipation of heat a big problem because of the applied energy that hits the anode, only 1% is converted into X-rays. The remaining 99% is in Converted heat, which then has to be dissipated. In known rotating anode X-ray tubes for this purpose the wall of the tube is intensively cooled, so that a dissipative Heat gradient is obtained. Because, according to the experts, the warmth of the self rotating anode cannot be dissipated by direct heat conduction should, on the other hand by attaching heat-absorbing surfaces at a certain distance from the rotating anode lying, the cooling can be improved. The actual dissipation of heat should be by a coolant such as running water. There is always one Radiant heat transfer necessary, as is well known only minor Sales supplies. According to another known proposal, compared to the rotating anode plate a large-area cooling element can be arranged at a very small distance. This at the same time forms part of the vessel wall of the X-ray tube.

Außerdem sind noch Mittel vorgesehen, die ein Kühlmedium über die Fläche des KUhlkörpers fuhren. Alle diese Anordnungen haben aber gemeinsam den Nachteil, daß immer ein Spalt zwischen Kuhlfläche und Drehanode vorhanden ist, bei welchen strahlende und damit gehemmte WärmeUbertragung vorliegt.In addition, means are also provided that a cooling medium on the Move the surface of the heat sink. However, all these arrangements have in common the disadvantage that there is always a gap between the cooling surface and the rotating anode, which radiating and thus inhibited heat transfer is present.

Erfindungsgemäß sind die vorgenannten Nachteile dadurch beseitigt, daß die Kühlung weitestgehend durch Wärmeleitung erfolgt, indem die von Elektronen beaufschlagten Teile der Anode gleitend auf einem gekühlten Teil der Röhre aufliegen. So wird eine Wärmeübertragung über reibende Flächen erhalten, die etwa mit Graphit geschmiert werden können.According to the invention, the aforementioned disadvantages are eliminated by that the cooling takes place as far as possible by heat conduction, by that of electrons acted upon parts of the anode slide on a cooled part of the tube. In this way, a heat transfer is obtained via rubbing surfaces, for example with graphite can be lubricated.

Es sind zwar Röntgenröhren bekannt, bei denen die Drehanoden direkt mit Wasser gekühlt werden. Dabei ist es iber nachteilig, daß drehende Verbindungen durch die Wand hindurchgeführt werden müssen. Durchdringungen des Röhrenkolbens können aber nur sehr schwer vakuumdicht gehalten werden. Für den Routinebetrieb kann man dabei auch nicht ohne eine laufende Pumpe auskommen. Die Erfindung hat demgegenüber noch den Vorteil, daß sie voll abgeschmolzen werden kann und daß sie baulich einer üblichen Röntgendrehanodenröhre entsprechen kann.X-ray tubes are known in which the rotating anodes are direct be cooled with water. It is disadvantageous that rotating connections must be passed through the wall. Penetrations of the tubular piston but can only be kept vacuum-tight with great difficulty. For routine operation you cannot do without a running pump. The invention has in contrast, the advantage that it can be fully melted and that it can structurally correspond to a conventional X-ray rotating anode tube.

Gegenüber den üblichen Festanodenröhren wird eine höhere Belastbarkeit der Brennflecke möglich. Die spezifische Belastung in den neuen Röhren kann in dieselbe Größenordnung gebracht werden wie bei normalen Drehanodenröhren und ca. 7 kW/mm2 betragen.Compared to the usual fixed anode tubes, it has a higher load capacity the focal point possible. The specific load in the new tubes can be the same The same order of magnitude as with normal rotating anode tubes and approx. 7 kW / mm2 be.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist so erklärbar, daß eine Anodenoberflächentemperatur von 1450°C eine Erwärmung der Anode bewirkt, die tausendmal so groß ist wie diejenige, die durch Reibung entsteht. Der Temperaturabfall in der Reibungszone beträgt etwa 3 bis 5 % der Anodenoberflächentemperatur. Diese Werte werden erreicht, wenn der Reibungsquotient 0,2 vorausgesetzt wird, die Betriebsfrequenz 50 Hz ist und die Auflagekraft des Anodentellers 0,5 kp beträgt.The mode of operation of the invention can be explained in terms of an anode surface temperature of 1450 ° C causes the anode to be heated, which are a thousand times bigger is like the one created by friction. The temperature drop in the friction zone is about 3 to 5% of the anode surface temperature. These values are achieved assuming the friction quotient 0.2, the operating frequency is 50 Hz and the bearing force of the anode plate is 0.5 kp.

Die Anode der Röhre kann aus allen bekannten Anodenmaterialien bestehen, sie kann also etwa aus Wolfram, Molybdän etc. aufgebaut sein, sie kann aber auch ein Verbundmaterial sein, bei welchem die Elektronenaufprallfläche plattiert ist, etwa mit einer Rhenium-Wolfram-Legierung. Andererseits kann die Anode aber auch in der bei der Materialuntersuchung bekannten Weise aus Kupfer, Eisen oder einem anderen Material bestehen.The anode of the tube can consist of all known anode materials, it can therefore be made up of tungsten, molybdenum, etc., but it can also be a composite material in which the electron impact surface is plated, for example with a rhenium-tungsten alloy. On the other hand, the anode can also in the manner known from the material investigation from copper, iron or a other material.

Der Kühlkörper kann aus Metall bestehen und von außen in die Röhre hineinragen, wobei die Drehlager an der Außenseite des Kühlkörpers angebracht sein können, so daß an der Stirnfläche des Kühlkörpers die Anodenrückseite gleitend aufliegen kann.The heat sink can be made of metal and from the outside into the tube protrude, the pivot bearings being attached to the outside of the heat sink can so that the back of the anode rest slidingly on the end face of the heat sink can.

Der Kühlkörper kann außer aus Metall gegebenenfalls auch aus einem wärmeleitenden Isoliermaterial bestehen, wie z.B. Keramik, insbesondere Berylliumoxyd. Dadurch ist es möglich, daß mit Wasser direkt von der Leitung her gekühlt wird und man ohne etwaige Kühlpumpen etc. auskommen kann.In addition to metal, the heat sink can optionally also consist of a thermally conductive insulating material, such as ceramics, especially beryllium oxide. This makes it possible for water to be used for cooling directly from the line and you can do without any cooling pumps etc.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.Further advantages and details of the invention are based on the following of the embodiment shown in the figure.

Die Röhre 1 umfaßt einen zylindrischen Glasteil 2 und an beiden Enden einen angeschmolzenen Metallring 3 und 4. Die beiden Metallringe 3 und 4 sind dann mit VerschluBteilen 5 und 6 versehen, an welche die Kathodenanordnung 7 und die Anodenanordnung 8 angeschweißt sind. Die Anordnung 7 besteht dabei aus dem Gehäuse 9 mit dem Ansatz 10, in welchem sich die in der Figur nicht sichtbare Glühkathode befindet, deren Stromversorgung huber die Anschlüsse 11 und 12 erfolgt. Die Anordnung 8 besteht aus dem kappenförmigen Anodenteil 13, das gefedert am Rotor 14 gehaltert ist. Die dabei verwendeten Federn, von denen die mit 15, 16 bezeichneten in der Zeichnung sichtbar sind, drücken das Teil 13 gleichmäßig an das in die Röhre 1 ragende Ende der Achse 19, in-dem sie an den hintereinander greifenden Umbördelungen 13', 14' des Teiles 13 und des Rotors 14 angreifen. Die Achse 19, an der die Kugellager 17 und 18 befestigt sind, ist hohl und dient gleichzeitig als an seinem Ende eine Erweiterung 20 aufweisender Kühlkörper. Dieser ist über. die Rohre 21 und 23 in seinem mit der Platte 22 verschlossenen Teil entsprechend den Pfeilen 24, 25 mit einem Wasserkühldurchlauf versehen, so daß das an der Wand des Endteils 26 anliegende Anodenteil 13 gekühlt wird.The tube 1 comprises a cylindrical glass part 2 and at both ends a fused metal ring 3 and 4. The two metal rings 3 and 4 are then provided with closure parts 5 and 6 to which the cathode assembly 7 and the Anode assembly 8 are welded on. The arrangement 7 consists from the housing 9 with the extension 10, in which the not visible in the figure Hot cathode is located, whose power supply is via connections 11 and 12. The arrangement 8 consists of the cap-shaped anode part 13, which is sprung on the rotor 14 is supported. The springs used, of which those labeled 15, 16 are visible in the drawing, press the part 13 evenly against the in the tube 1 protruding end of the axle 19, in which it is attached to the flanges that engage one behind the other 13 ', 14' of the part 13 and the rotor 14 attack. The axis 19 on which the ball bearings 17 and 18 are attached is hollow and also serves as one at its end Extension 20 having heat sink. This one is over. tubes 21 and 23 in its part closed with the plate 22 according to the arrows 24, 25 with provided a water cooling passage, so that the adjacent to the wall of the end portion 26 Anode part 13 is cooled.

Zum Betrieb der Röhre 1 wird an der Außenseite der gläsernen Röhrenwand 2 in der Höhle des Rotors 14 in bekannter Weise ein nicht gezeichneter Stator angeordnet, mit welchem der Rotor 14 zum Drehen gebrac}lt werden kann. Um dabei die Reibung zusKtzlich zu verringern, kann die an der Trennfuge 27 an der Außenfläche des Teils 26 anliegende Innenfläche des kappenförmigen Teils 13 mit Grapllit geschmiert werden. In der Mitte ist im Tel] 13 ein Iloch 28 gelassen, so daß eine dort unnötige Reibung vermieden ist. Den gleichen Zwe@k würde aber auch eine in der Wand des Teils 13 oder 26 an der Stelle des Loches angebrachie Vertiefung erfüllen.To operate the tube 1 is on the outside of the glass tube wall 2 a stator, not shown, is arranged in the cavity of the rotor 14 in a known manner, with which the rotor 14 can be used to rotate. To avoid the friction In addition, it can reduce the amount at the parting line 27 on the outer surface of the part 26 adjacent inner surface of the cap-shaped part 13 are lubricated with grapllite. In the middle in Tel] 13 there is an Iloch 28, so that there is unnecessary friction is avoided. The same Zwe @ k would also be one in the wall of part 13 or 26 at the location of the hole to meet the recess.

Bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen wird zwischen dein Anschluß 11 uiid der Anodenanordnung 8 hochspannung angelegt und zwischen den Anschlüssen 11 und 12 die Heizspannung für die im Ansatz 10 untergebrachte Glühkathode. Dann werden entsprechend der gestrichelten Linien 29 Elektronen auf die Außenfläche des Teiles 13 zu beschleunigt, wo sie in der sog. Brennfleckbahn in Röntgenstrahlen 30 und Wärme umgesetzt werden. Die Rdntgenstrahlen treten durch das Fenster 31 entsprechend den gestrichelt gezeichneten Begrenzungen aus. Die entstehende Wärme wird in oben bereits angegebener Weise durch das in der Achse 19 fließende Wasser abtransportiert.When generating X-rays between your connection 11 uiid of the anode assembly 8 applied high voltage and between the terminals 11 and 12 the heating voltage for the im Approach 10 housed hot cathode. Then according to the dashed lines 29 electrons are applied to the outer surface of the part 13 to be accelerated, where they are in the so-called focal point path in X-rays 30 and heat are implemented. The X-rays pass through the window 31 accordingly the dashed boundaries. The resulting heat is in above in the manner already indicated, transported away by the water flowing in the axis 19.

Claims

Rotating anode X-ray tube, the rotating anode of which is one with a cooling liquid cooled surface is assigned, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that for the greatest possible cooling by conduction of the electrons, rotatably mounted parts (13) of the anode slide on a cooled part (26).

2. Tube according to claim 1, characterized in that that of electrons (29) acted upon parts (13) of the anode (8) with springs (15, 16) on the cooled Part (26) are pressed, which is also part of the axis (19) for the rotating Represents anode part, and that the cooling lines (21, 23) are placed in the axle are.

3. Tube according to claim 1, characterized in that the cooled Part (19, 26) consists of a highly thermally conductive insulating material.