DE2749856A1

DE2749856A1 - Roentgenroehre

Info

Publication number: DE2749856A1
Application number: DE19772749856
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Dr Polaschegg
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1979-05-10
Also published as: JPS5475289A

Description

Röntgenröhre
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre für niederenergetische Photonen unter 1 keV mit thermischer Katode, deren Elektronen auf eine nicht in optischer Sicht liegende Anode gelenkt werden.
Röntgenröhren zur Erzeugung niederenergetischer Photonen sind in Form der Henke-Röhren z.B. als Zusatzteile für Photoelektronen bekannt. Zur Erzielung einer genügend hohen Intensität der Photonenstrahlung ist ein entsprechend hoher Elektronenstrom nach der Anode erforderlich. Hierzu wird eine Anodenspannung von mehreren kV benötigt. Eine derart hohe Anodenspannung überschreitet jedoch im allgemeinen die für die zu untersuchenden Materialien bzw. deren Röntgenlinien optimale Anregungsspannung. Dadurch nimmt bei gleichbleibender Röntenanodenbelastung die Intensität der angeregten Photonenstrahlung wieder ab.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Röntgenröhre zur Erzeugung niederenergetischer Photonen unter 1 keV zu schaffen, bei der trotz der für die Anregung annähernd optimalen Anodenspannung ein hoher Elektronenstrom und damit eine hohe Strahlungsintensität derRöntgenstrahlung erreicht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, im Bewegungsweg der thermischen Elektronen eine Sekundärelektronen emmittierende Hilfskatode anzuordnen. Die aus dieser herausgeschlagenen Sekundärelektronen , deren Anzahl die Anzahl der einfallenden Primärelektronen übertrifft, werden dann auf die Anode beschleunigt.
Wegen der direkten Sicht zwischen Katode und der Sekundärelektronen emittierenden Hilfskatode ergibt sich ein größerer Durchgriff und es sind somit größere Ströme möglich, woraus eine höhere Intensität der abgegebenen Röntgenstrahlung resultiert ohne daß hierzu eine unerwünscht hohe Anodenspannung angelegt werden muß. Der Sekundärelektronen-Koeffizient > 1 begünstigt diese Leistungssteigerung. , Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Oberfläche der Hilfskatode aus einem die Sekundärelektronenemission begünstigenden Werkstoff z.B. aus CuBe, A12 03 herzustellen.
Ein weiterer Vorteil ist u.a. dadurch erreichbar, daß die Hilfskatode mit einer Kühleinrichtung verbunden wird. Dies erscheint erforderlich, weil bei hohem Anodenstrom die Hilfskatode thermisch stark belastet wird.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann die Hilfskatode einen Teil des Gehäuses bilden. Beispielsweise läßt sich ein entsprechend geometrisch geformter Oberflächenabschnitt der Innenwandfläche des Gehäuses als Hilfskatode verwenden. In diesem Falle ist eine entsprechende Spannungsverschiebung der einzelnen Vorspannungswerte erforderlich, so daß die Hilfskatode auf Gehäuse- und damit auf Massepotential liegt.
Eine zweckmäßige Ausführungsform kann vorsehen, daß im Inneren eines rohrförmigen Gehäuses eine rohrförmige Anode angeordnet und im Bereich ihrer strahlungsemittierenden Anodenfläche mit einer thermischen Kathode mit Wehneltelektrode versehen ist, und daß die Hilfskatode unterhalb eines zur emittierenden Anodenfläche koaxial liegendes Austrittsfensters zur Strahlenrichtung der Photonen schrägliegend angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform der Röhre läßt sich rotatiohssymmetrisch aber auch in asymmetrischer Geometrie ausbilden. Zweckmäßig erscheint eine Ausführungsform, bei der die Wbhneltelektrbds die ringförmige Katode kreisringförmig zugibt und die Hilfskatode unterhalb des Austrittsfensters kegelmantelföralg ausgebildet ist. Eine solche rotationssymmetrische Anordnung liefert mit relativ geringer Anodenspannung hohe Intensitätswerte der niederenergetischen Photonenstrahlung.
Beim Betrieb einer Röntgenröhre erscheint es zweckmäßig, die Spannungsverteilung zwischen den Elektroden so zu wählen, daß das Potential der Anode wesentlich hoher positiv ist als das Potential der Hilfskatode. In praktischen Anwendungsfällen wird dabei ein Zahlenverhältnis von Anodenspannung zur Vorspannung der Hilfskatode im Verhaltnis 10:1 angestrebt.
Durch die Anwendung der Merkmale der Erfindung wird eine, insbesondere als Quelle der Anregungsstrahlung für Photospektrometer, geeignete Röntgenröhre geschaffen, bei der eine relativ niedere Anodenspannung unter gleichmäßiger Oberflächenbelastung der Anode eine hinreichende Strahlungsintensität hervorruft.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer Röntgenröhre gemäß der Erfindung schemtatisch dargestellt; es zeigen: Figur 1 eine Schnittansicht durch eine Röntgenröhre mit vom Gehäuse getrennter Hilfskatode; Figur 2 eine Schnittansicht einer Röntgenröhre,bei der die Hilfskatode mit dem Gehäuse vereinigt ist.
Die verkleinerte Schnittdarstellung der Figur 1 zeigt in einem rohrförmigen Gehäuse 1 eine rohrförmige Anode 2, die in bekannter Weise mit einer Wasserkühlung versehen ist. Koaxial zu einer die Photonenstrahlung emittierende Anodenfläche 3 befindet sich in dem Gehäuse 1 ein Austrittsfenster 4, welches gegebenenfalls mit einer Metallfolie verschlossen werden kann.
Eine ringförmige Katode 5 ist in einer kreisringförmigen Wehneltelektrode 6 im Bereich des oberen Endes der Anode, jedoch ohne optische Sicht nach der Anode 2 angeordnet. Zwischen dem Austrittsfenster 4 und der emittierenden Anodenfläche 3 ist eine ringflächige Hilfskatode 7 angeordnet.
Im Betrieb der Röntgenröhre werden die von der Ringkatode 5 emittierten thermischen Elektronen mit Hilfe der Wehneltelektrode 6 auf die Oberfläche der Hilfskatode 7 gelenkt. Dort entsteht eine Streustrahlung von Sekundärelektronen, welche auf die Anodenoberfläche in gleichmäßiger Verteilung auftreffen und nunmehr den Anodenstrom bilden. Die auf die emittierende Anodenfläche 3 der Anode 2 einfallenden Sekundärelektronen, sowie ein geringer Anteil der reflektierten Primärelektronen, werden abgebremst und erzeugen die gewünschte niederenergetische Photonenstrahlung, welche geradlinig auf dem Austrittsfenster 4 in einen Meßraum oder dgl. eintritt.
Bei der gezeigten Ausführung beträgt die positive Vorspannung der Anode 2 einige kV. Die Hilfskatode befindet sich auf einer Vorspannung von einigen 100 V. Die Katode 5 und das Gehäuse sind auf Erdpotential festgelegt, während an der Wehneltelektrode 6 eine entsprechend einstellbare negative Spannung von etwa -20V anliegt.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 entspricht in wesentlichen Teilen wie Anoden- und Katodenanordnung mit Wehneltelektrode dem Ausführungsbeispiel der Figur 1. Die Hilfskatode 7 ist jedoch mit dem rohrförmigen Gehäuse 1 in dessen Auslaßbereich unmittelbar verbunden und kegelmantelförmig gestaltet. In dieser Ausführungsform liegen das Gehäuse 1 und die Hilfskatode 7 auf Massepotential.Die positive Vorspannung der Anode 2 beträgt ebenfalls einige kV. Die Ringkatode 5 befindet sich gegenüber der auf Masse liegendenHilfskatode 7 auf einer negativen Vor spannung von einigen 100 V. Entsprechend liegt die Wehneltelektrode 6 in ihrer Vorspannung noch etwa 20V negativer.
Bei einer solchen Röntgenröhre kann unter entsprechender Materialauswahl ein Wandteil des Gehäuses als Hilfskatode 7 verwendet werden. In diesem Falle erscheint es zweckmäßig, das Gehäuse aus Kupfer-Beryllium oder Aluminium zu fertigen.
L e e r s e i t e

Claims

ANSPRUC HE 1. Röntgenröhre ffir niederenergetische Photonen unter 1keV mit thermischer Katode, deren Elektronen auf eine nicht in optischer Sicht liegende Anode gelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsweg der thermischen Elektronen eine Sekundärelektronen emittierende Hilfskatode (7) angeordnet ist.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Hilfskatode (7) aus einem die Sekundärelektronenemission begünstigenden Werkstoff besteht.
3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskatode (7) mit einer Kühleinrichtung verbunden ist.
4. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskatode (7) Teil eines Gehäuses (1) ist.
5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum eines rohrförmigen Gehäuses(1) eine rohrförmige Anode angeordnet und im Bereich ihrer strahlungsemittierenden Anodenfläche (3) mit einer thermischen Katode (5) mit Weneltelektrode (6) versehen ist, und daß die Hilfskatode (7) unterhalb eines zur emittierenden Anodenfläche (3) koaxial liegenden Austrittsfensters (4) schrägliegend angeordnet ist.
6. Röntgenröhre nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Wehneltelektrode (6) die ringförmige Katode (5) kreisringförmig umgibt und daß die Hilfskatode (7) unterhalb des Austrittsfensters (4) kegelmantelförmig angebracht ist.
7. Betriebsverfahren für eine Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ein wesentlich höheres positives Potential aufweist als die Hilfskatode (7).