DE623862C

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Publication number: DE623862C
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DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 6. JANUAR 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE17 οι

2)r.-3ng. Rudolf Berthold in Berlin-Lichterfelde

bildenden Anodenfläche

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. November 1933 ab

Die Bedeutung scharf zeichnender Brennflecke an Röntgenröhren für diagnostische Untersuchungen ist bekannt; um trotz hoher Röhrenbelastbarkeit genügend kleine Brennflecke zu erzielen, hat man beispielsweise nach den Angaben von G ο e t ζ e dem Brennfleck eine längliche Rechteckform gegeben, die in der Aufnahmerichtung zu einem kleinen Quadrat zusammenschrumpft (Strichfokus).

Man hat ferner vorgeschlagen, die Röhrenbelastung bei gegebener Brennfleckgröße zu steigern, indem man die Anode mit einer Kerbe bzw. hohlkegelförniigen Ausnehmung versah und so einen räumlichen Brennfleck erzielte; doch wird durch diese Formgebung der gewünschte Erfolg für Dauerbelastungen nicht erzielt, weil hinsichtlich der Wärmeabfuhr keine Verbesserung erreicht wird, ja sogar die die Wasserkühlung der Anode unterstützende Wärmeabstrahlung behindert wird.

Scharf zeichnende Brennflecke sind nicht nur für die medizinische, sondern auch, für die Werkstoffdiagnostik wichtig geworden.

Die gebräuchlichen doppelpolig betriebenen Röntgenröhren sind für die Werkstoffprüfung häufig ungeeignet, so z. B. zur Untersuchung' zylindrischer oder rohrförnüger Körper zwi^: sehen etwa 70 und 700 mm Durchmesser (durch Rundnähte verschweißte Rohrleitungen, Zylinderkolben U. dgl.).

Wegen des Durchmessers der Röntgenröhre oder wegen der doppelpoligen Hochspannungszuführungen kann man nämlich (auch bei Verwendung von Hochspannungskabeln) nicht ins Innere der rohrförmigen Körper mit der Röntgenröhre hinein, um die wünschenswerte Durchstrahlung von innen nach außen vorzunehmen. Dasselbe gilt für die Prüfung von Zylinderkolben; auch wegen des in der Mitte der Röntgenröhre angeordneten Brennflecks ist die Durchstrahlung von innen nach außen unmöglich. Die Durchstrahlung solcher Körper von außen nach innen aber !erfordert mindestens drei Röhreneinstellungen zum Erfassen des vollen Umfanges und ist infolgedessen auf alle Fälle unwirtschaftlich, wegen der schräg durchstrahlten Randpartien der Aufnahme außerdem qualitativ ungenügend und mitunter (so bei Rohrverlegungen) überhaupt unmöglich.

Für solche Aufnahmen sind einpolig betriebene Röntgenröhren grundsätzlich viel· geeigneter, bei denen der Brennfleck an einem Ende der Röntgenröhre angeordnet ist.

Einpolige Röhren sind unter der Bezeichnung . Körperhöhlenröhre bekanntgeworden (s. Fig. 2a). Bei diesen Röhren trifft das Elektronenbündel nach Durchgang durch einen langen Metallkanal auf eine dünne, von außen mit einem Kühlmittel bespülte-Metallwand. Die an der Elektronenatiftreff-

seite entstehenden Röntgenstrahlen gehen durch die Metallwand hindurch nach außen. Die Metallwand besteht aus einem Material, ' das möglichst gute Wärmeleitfähigkeit, einen hohen Schmelzpunkt und genügende Röntgenstrahlendurchlässigkeit besitzt. Solche Materialien sind u.a. Nickel und Kupfer. Zur Erhöhung der Strahlenausbeute kann die Metallwand auf der Innenseite mit einem ίο dünnen Überzug aus einem hochatomigen Element, beispielsweise Platin, versehen, werden.

Aber alle diese bekannten einpoligen Röntgenröhren shad für die genannten Untersuchungen nicht geeignet: In den Fig. 2a bis 2 c bedeutet 1 das Elektronenstrahlertbündel, das von der Glühkathode 4 ausgeht und auf die Brennfleckfläche 2 auf trifft, die ihrerseits ein Bestandteil des. Elektronenkanals 5 ist. Dieser ist an dem Glasteil 6 angeschmolzen und vom Kühlmantel 7 umgeben. Die Röntgenstrahlen 3 treten je nach Lage der Brennfleckfläche ^mehr nach vorn oder nach der Seite aus. 8 sei die Rundschweißnaht eines über die Röntgenröhre geschobenen Rohres, die durchstrahlt - werden soll. Aus Fig. 2 b mit zur Röhrenlängsrichtung senkrecht stehender Brennfleckfläche ist ersichtlich, daß die Schweißnaht niemals senkrecht, d. h. in der günstigen Richtung geringster Wanddicke durchstrahlt werden kann, weil der praktisch verwendbare Öffnungswinkel des Strahlenkegels weniger als i8o^p beträgt. In .praxi beträgt er sogar höchstens 150⁰, weil die Armatur des Kühlmantels die seitliche Ab- ■ strahlung behindert. In Fig. 2 c ist das Anodenende einer "Einpolröhre gemäß Fig. 2a mit abgeschrägter BrennfLeckfläche dargestellt ; dann allerdings kann man die Schweißnaht 8. senkrecht durchstrahlen, aber, wie ohne weiteres ersichtlich, nur auf einem Teil des Umfanges mit einer Aufnahme. Bei der praktischen Durchführung würde man wieder drei Aufnahmen zum Erfassen der vollen 4-5 Schweißnaht benötigen.

Es wurden jedoch auch andere Röhren bekannt, bei denen die Anode, vom Brennfleck aus gesehen, konkav gewölbt ist, jedoch mit einem so- großen Durchmesser der Wölbung, daß die gewünschte Erzeugung scharf zeich- ^: nender, hoch belastbarer Brennflecke damit unmöglich ist. Beide Vorzüge., nämlich die hohe Belastbarkeit bei scharf zeichnendem Brennfleck und die Abstrahlung· nach allen Richtungen, werden durch die erfiridungsgemäße Röhrenausbildung vereinigt. Sie besteht darin, daß bei einer einpolig zu betreibenden Röntgenröhre mit einer einen Teil der Außenwand bildenden Anodenfläche, die, von der Kathode aus gesehen, konkav gewölbt ist und von "den Röntgenstrahlen durch drungen wird, nunmehr die von den Kathodenstrahlen symmetrisch getroffene Anodenfläche halbkugel- oder kegelmantelförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser bzw. eine Basis aufweist, die nur. wenig größer als der Durchmesser des einen scharf zeichnenden Brennfleck erzeugenden Kathodenstrahl-.bündels ist. Die Anodenfläche ist, vom Brennfleck aus gesehen, konkav nach außen gewölbt, bildet 'einen Teil der Röhrenwand und kann in ihrer vollen Ausdehnung vonaußen gekühlt werden. Man erreicht dies zweckmäßig durch räumliche Ausbildung des Brennflecks, z. B. in Form eines Kreiskegels mit beispielsweise 6o° Öffnungswinkel; denn während eine ebene Kreisfläche von 4 mm Durchmesser nur 12 mm² beträgt, ist die der Abkühlung dienende Mantelfläche eines solchen Kreiskegels 28 mm² groß, wenn der Durchmesser des Grundkreises ebenfalls 4 mm beträgt. Die Erhöhung der Belastbarkeit beträgt bei gleicher Brennfleckschärfe also rund das 2,3f,ache, verglichen mit einem flächenhaften Rundfokus. In Fig. 1 bedeutet ι das Elektronensrrahlbundel, das von einer spiralig gewickelten, kreisförmigen Glühkathode-erzeugt wird. 2 ist eine dünnwandige, kreisfcegelförmige Anode, durch deren Wandung die Röntgenstrahlen 3 nach außen treten.

Man verbessert noch die Abstrahlbarkeit, wenn man den Brennfleck an das Ende eines Kanals legt, dessen Außendurchmesser in der Nähe des Brennflecks den Brennfleckdurchmesser nur unwesentlich überschreitet. Da- mit erhält man einen Strahlenöfrhungswinkel von mehr als i8o° bei praktisch gleichbleibender Strahlenintensität innerhalb dieses Öffnungswinkels.

Dies geht aus Fig. 3a und 3'b deutlich hervor; dabei bedeutet 1 das Elektronenstrahlbündel, 2 die räumliche Brennfleckfläche am Ende eines Kanals kleinen Durchmessers, 3 die austretenden Röntgenstrahlen, 4 die Glühkathode, S einen die Kathode überall konzentrisch um- tos gebenden, im Betrieb an Erde liegenden Metallmantel, der an dem Glasteil 6 wie üblich angeschmolzen ist. 7 ist ein Kühlmantel, der sich der Form des metallischen Anodenkörpers ungefähr anschließt und im Betrieb von Wasser durchflossen ist. In Fig. 3 b ist der Anodenteil vergrößert wiedergegeben· Die konzentrische Führung von Kathode und Anode gewährleistet leine gleichmäßige Feldverteilung; an der Stelle, wo der Anodenylinder in den Glaskörper übergeht, kann der Feldübergang durch stufenweises Aufwickeln ieines Halbleiters gemildert werden. Dies ist schematisch unter der Ziffer 9 in Fig. 3a angedeutet.

Die Verlegung des Bnennflecks an das Ende eines Kanals Ideinen Durchmessers hat aber

noch einen weiteren Vorteil. Für manche Prüfungen ist es nämlich zweckmäßig, den Brennfleck so nahe wie irgend möglich an eine Fläche des zu untersuchenden Werk-Stückes heranzubringen. Dies gilt z. B. für die röntgenographische Prüfung von Kehlnähten. Es hat sich gezeigt, daß man Schweißungen möglichst in Richtung der Bindeflächen durchstrahlen muß, um die sehr feinen Bindefehler ausfindig zu machen. Diese Forderung kann aber bei Kehlnähten. meist nicht erfüllt werden, weil man mit dem Brennfleck der Röntgenröhre nicht nahe genug an eine der verschweißten Blechwände herankommen kann. Dabei würde auch der kleine Abstand zwischen Prüfobjekt und Brennfleck stören, der durch den Wasserspiegel>,über der AnDdan,-fläche verursacht ist.

Rechnerische Überlegungen zeigen nun, daß bei 'einer Röhre gemäß der Erfindung der Kühlmantel bis etwa zu einer Röhrenbelastung von 500 Watt nicht notwendigerweise über den Brennfleck gezogen werden muß (direkte Wasserbespülung der Anode), sondern daß der Kühlmantel unmittelbar hinter dem Brennfleck beginnen kann (Fig. 3 c). Die Wärmeableitung ist bei so kleinen Entfernungen von der eigentlichen Erwärmungszone noch groß genug, um unzulässige Temperaturen im Brennfleck zu verhindern. -Dadurch erreicht man aber das erstrebte Ziel, den Brennfleck unmittelbar an die Wand des Prüflings heranbringen zu können. In Fig. 4 ist 1 der Anodanteil der Röntgenröhre, 2 die Bindefläche zwisehen den verschweißten Blechen 3 und 4. Die Durchstrahlung erfolgt nun praktisch in Richtung der Bindefläche 2.

Da die ohne direkte Kühlung zulässige Belastung von rund 500 Watt für viele Fälle nicht ausreicht, können auswechselbare Kühlmäntel vorgesehen werden.

Die beschriebene Röhre, also mit 'einem räumlichen an einem Ende der Röhre vorgesehenen Brennfleck, läßt endlich in besonders bequemer Weise die wirksame Brennfleckgröße und -form begrenzen. Man kann nämlich auswechselbare kleine Bleikörper über den Brennfleck setzen mit Bohrungen, deren Innendurchmesser der gewünschten Brennfleckgröße entspricht. Man kann auf diese Weise auch strichförmige oder überhaupt beliebige Brennfleckformen ausblenden, wobei allerdings die Gesamtbelastung des Brennflecks unbeachtet der Größe des ausgeblendeten Brennflecks immer gleichbleibt. Die Möglichkeit, eine solche wirksame Ausblendung vorzunehmen, ist gegenüber anderen Röhren dadurch gegeben, daß die Blende fast unmittelbar am Brennfleck angebracht werden kann.

Daß auch die Strahlenaustrittsrichtung durch solche Blenden beliebig gewählt werden kann, ist ohne weiteres einleuchtend. In Fig·. 5 ist die erläuterte Möglichkeit der Ausblendung an einem Beispiel dargestellt. Dabei ist wiederum 2 die Brennfleckfläche, 3 das Röntgenstrahlenbündel und 10 ein beliebig gewählter Blendenkörper z.B. aus Blei.

Claims

Patentansprüche:

1. Einpolig zu betreibende Röntgenröhre mit einer einen Teil der Außenwand bildenden Anodenfläche, die, von der Kathode aus gesehen, konkav gewölbt ist und von den Röntgenstrahlen durchdrungen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kathodenstrahlen symmetrisch getroffene Anodenfläche halbkugel- oder kegelmantelförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser bzw. eine Basis aufweist, die nur wenig größer als der Durchmesser des einen scharf zeichnenden Brennfleck erzeugenden Kathodenstrahlbündels ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleck am Ende eines Kanals angeordnet ist, dessen Durchmesser in der Nähe des Brennfleckes den Brennfleckdurchmesser nur unwesentlich überschreitet.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der* Anodenkühlmantel hinter der Brennfleckfläche beginnt.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre mit auswechselbaren Anodenkühlmänteln versehen ist.

5. Röntgenröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Anodenseite der Röhre Blendenköpfe aus Blei mit verschiedenen Bohrungen aufgesteckt werden, die verschiedene wirksame Brennfleckgrößen und Strahlenaustrittsrichtungen zu wählen gestatten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen