DE807973C

DE807973C - Roentgenroehre mit scheibenfoermiger Drehanode

Info

Publication number: DE807973C
Application number: DEP25640A
Authority: DE
Inventors: Bart Combee
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1946-07-17
Filing date: 1948-12-21
Publication date: 1951-07-09
Also published as: BE474657A; GB641096A; CH265039A; US2489080A; NL70856C; FR949546A

Description

(WiGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. JULI 1951

ρ 25640 VIII c j 21g D

Bei Durchleuchtung mit Röntgenstrahlen soll die Untersuchuugsdauer nicht durch die Belastbarkeit der Röntgenröhre begrenzt werden, wie es bei Herstellung einer Aufnahme der Fall ist, wobei die Röntgenröhre beim Überschreiten der zulässigen Belastungsdauer beschädigt wird. Um dieser Bedingung zu entsprechen, wird an die Röntgenröhre die Anforderung gestellt, daß man sie fast ununterbrochen betreiben kann. Während einer kurzen Zeit nach Betätigung der Röhre wird die von den auf die Anode aufprallenden Elektronen erzeugte Wärme im wesentlichen von der Anode aufgenommen. In dem Maße, in dem die Anodentemperatur ansteigt, wird immer mehr Wärme abgeführt, bis schließlich die durchschnittliche je Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge und die Wärmeabfuhr je Zeiteinheit gleich sind. Bei Verwendung einer Drehanodenröhre, bei der die in der Anode erzeugte Wärme durch Strahlung abgeführt werden muß, wird die Belastung durch die Anodentemperatur, die einen höchstzulässigen Wert nicht überschreiten darf, und durch die Größe der Strahlungsoberfläche bestimmt. Vergrößerung der Oberfläche einer scheibenförmigen Anode zur Steigerung der Belastung hat den Nachteil, daß die bei der Herstellung von Anodenscheiben auftretenden Schwierigkeiten in

dem Maße zunehmen, wie der Scheibendurchmesser größer ist. Außerdem werden die inneren Material-Spannungen bei schneller Umdrehung der Scheibe so groß, daß die Gefahr von Eisbildung im Material entsteht. Schließlich beeinflußt ein großer Scheibendurchmesser die Röhrenbemessung in dem Sinne, daß die Vorrichtung größer wird und ein größeres Gewicht hat, namentlich wenn die Röhre in einer ölgefüllten Hülle angeordnet ist.

ίο Es sind Röntgenröhren bekannt, bei denen die Anodenscheibe durch eine Welle in wärmeleitender Verbindung mit einem Kühlkörper steht, der eine große Oberfläche und eine hohe Wärmekapazität hat, so daß ein Teil der in der Anode erzeugten Wärme abgeführt und vom Kühlkörper bei verhältnismäßig niedriger Temperatur ausgestrahlt wird. Dieser Kühlkörper ist an einer Stelle in der Röhre angeordnet, an der er die Halterungsorgane für die drehbare Anodenordnung umschließt, so daß genau darauf geachtet werden soll, daß die Temperatur dieses Körpers unterhalb derjenigen bleibt, die schädlich für die Lebensdauer der drehbaren Anordnung ist. Es hat sich gezeigt, daß diese Bedingung die Wärmeübertragung von der Anode zum Kühlkörper bis zu höchstens 15% der in der Anode erzeugten Wärme beschränkt, wenn man die Abmessungen des Rotors innerhalb angemessener Grenzen zu halten wünscht.

Bei einer anderen Ausführungsform einer Röntgenröhre mit scheibenförmiger Drehanode ist die Auftreffscheibe für die Elektronen auf einer Tragscheibe aus Metall mit hohem Schmelzpunkt angeordnet, das leichter als Wolfram bearbeitbar ist. Diese Maßnahme dient dazu, die Wärmekapazität der Anode zu steigern, aber ist fast ohne Einfluß auf das Wärmestrahlungsvermögen.

Diese bekannte Ausbildung macht es aber möglich, die Belastbarkeit einer Röntgenröhre mit scheibenförmiger Anode, die ununterbrochen betrielien werden kann, zu erhöhen. Die Erfindung benutzt diese Tatsache und betrifft eine Röntgenröhre mit scheibenförmiger Anode, bei der die Treibscheibe für die Elektronen auf einer Scheibe angeordnet ist, die aus Nickel oder aus einem anderen Metall l>esteht, dessen Schmelzpunkt wenigstens gleich hoch ist und das leichter als Wolfram bearbeitbar ist. Nach der Erfindung ist die Tragscheibe mit einem aufstehenden Rand versehen, dessen wärmeausstrahlende Oberfläche so groß ist, daß bei der höchstzulässigen Temperatur wenigstens ein Drittel der in der Anode erzeugten Wärme abgeführt wird. Es ist bekannt, bei einer Drehanode die Treffscheibe für die Elektronen auf einem Kupferkörper anzuordnen. Die niedrige Schmelztemperatur dieses Metalls steht seiner Verwendung als Wärmestrahler im Wege. Zwar wird auf diesem Wege bereits während der Belastung Wärme abgeführt, aber die Wärmeabgabe ist gering im Vergleich zur Wärmezufuhr. Der Körper wirkt infolgedessen als Wärmebehälter. Die Belastung soll unterbrochen werden, sobald die höchstzulässige Temperatur erreicht wird.

Bei Verwendung von Metallen mit höherem Schmelzpunkt vergrößert die bei hoher Temperatur erhaltene Wärmestrahlung die Wärmeabfuhr, so daß ein Wärmebehälter entfallen und die Röhre längere Zeit betrieben werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Abbildung, in der eine Röntgenröhre teilweise schematisch dargestellt ist, beispielsweise näher erläutert.

Der Glaskolben 1 umschließt die Kathode 2 und die Anode 3. Der Kolben und die Kathode sind schematisch dargestellt und können \vie üblich ausgebildet sein.

Die Anode besteht aus zwei Teilen, die durch die Welle 4 miteinander verbunden sind. Der eine Teil dient zum Auffangen des von der Kathode ausgesandten Elektronenbündels, während der andere Teil die drehbare Anordnung enthält. Die Anode wird von Kugellagern 5 getragen, die an der unbeweglichen Welle 6 befestigt und mit dem Rotor verbunden sind. Letzterer wird von einem Kupfermantel 7 gebildet, der mit einem Futter 8 versehen ist, das wegen des elektromagnetischen Antriebs aus Eisen besteht. Der Mantel trägt die W^relle 4 und die aus Wolfram bestehende Anodenscheibe 9. Letztere ist auf einer Scheibe 10 angeordnet, die aus einem Metall besteht, das leichter als Wolfram bearbeitbar ist; die Scheibe ist mit einem aufstehenden Rand 11 versehen.

Durch die Berührungsfläche zwischen der Anodenscheibe 9 und der Tragplatte 10 wird eine Alenge Wärme auf diese Platte übertragen. Die Temperatur, bis zu der die Platte 10 erhitzbar ist, ist von dem Metall abhängig, aus dem diese hergestellt ist. Diese Temperatur soll bei der Belastung nicht überschritten werden.

Wählt man für die Scheibenanode eine Betriebstemperatur von 1500⁰ K, so beträgt für Wolfram die spezifische Wärmeausstrahlung 6,5 Watt/cm². Wenn man für die Temperatur der Tragplatte z. B. 1200⁰ K annimmt, wobei diese dann aus Molybdän oder sogar aus Eisen hergestellt sein kann, beträgt für eine richtig geschwärzte Oberfläche die spezifische Strahlung ebenfalls 6,5 Watt/cm². Wenn man die Anode mit 500 Watt zu belasten wünscht, wovon die Hälfte von der Anode ausgestrahlt und die andere Hälfte nach der Tragplatte und durch die Welle nach dem Rotor abgeführt wird, braucht

die Scheibenanode eine Oberfläche von -~- = 40 cm²

zu haben. Der Durchmesser wird also 50 mm.

Damit die Kugellager infolge der Erhitzung nicht beschädigt werden, soll die Temperatur des Rotors 6oo° K nicht überstiegen. Der Strahlungskoeffizient für eine geschwärzte Kupferfläche von 100 cm² beträgt etwa 2,95 X io^¹⁰. Die Wärmeausstrahlung ist dem Strahlungskoeffizienten und der vierten Potenz der Temperatur proportional, woraus hervorgeht, daß die ausgestrahlte Wärmemenge E = S₂- T* gleich 39 Watt ist. Vom Tragkörper müssen also noch 211 Watt ausgestrahlt werden, so daß die ausstrahlende Oberfläche etwa

—— = 30 cm² beträgt. Bei einem Durchmesser von

4 cm hat der aufstehende Rand eine Höhe von 2\ mn.

Ohne Verwendung des Tragkörpers soll die Anodenscheibe, um die gleiche Belastung aushalten zu

können, eine Oberfläche von ^y° ^J ■■- = 71 cm² und

einen Durchmesser von 67 mm haben.

Hei einer sehr günstigen Ausführungsform besteht die Tragscheibe aus Titaneisen mit einer durch Oxydation erhaltenen schwarzen Oberfläche. Die Verbindung der schwarzen Schicht mit der Metalloberflache erfährt bei Erhitzung der Tragscheibe bis zu Glühhitze hierbei keine merkliche Änderung, wodurch im Gegensatz zu anderen entsprechend geschwärzten Metallflächen eine dauernde Verbesserung des Strahlungskoeffizienten entsteht.

Durch Anwendung der Erfindung kann eine Röntgenröhre, die zur Durchleuchtung verwendet wird und mit einer scheibenförmigen Drehanode versehen ist, unbedenklich um 50⁰Zo höher belastet werden, als es bisher möglich war. Diese Verbesserung wird nicht merklich verringert, wenn der aufstehende Rand mit Öffnungen versehen ist, um das Gewicht der Tragscheibe und das Massenträgheitsmoment herabzusetzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenröhre mit scheibenförmiger Drehanode, bei der die Auftreffscheibe für die Elektronen auf einer Tragscheibe angeordnet ist, die aus Nickel oder aus einem anderen Metall besteht, dessen Schmelzpunkt wenigstens gleich hoch ist und das leichter als Wolfram bearbeitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe mit einem aufstehenden Rand versehen ist, dessen Oberfläche so groß ist, daß bei der höchstzulässigen Temperatur wenigstens ein Drittel der in der Anode erzeugten Wärme hierdurch abgeführt wird.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufstehende Rand mit öffnungen versehen ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe aus Titaneisen besteht, das eine durch Oxydation entstandene schwarze Oberfläche aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen