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Dokumentenidentifikation DE19638150C2 09.09.1999
Titel Röntgenröhre
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fiebiger, Clemens, Dr.-Ing., 91054 Erlangen, DE;
Redel, Thomas, Dr.rer.nat., 91341 Röttenbach, DE;
Schaller, Andreas, Dr.rer.nat., 91056 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 18.09.1996
DE-Aktenzeichen 19638150
Offenlegungstag 09.04.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse H01J 35/18

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem im Ausbreitungsweg der Röntgenstrahlung angeordneten, in das Vakuumgehäuse eingesetzten, dünnwandigen Strahlenaustrittsfenster.

Bekanntermaßen verringert sich beim Durchgang von Röntgenstrahlung durch Materie die Intensität der Röntgenstrahlung. Außerdem härtet die Strahlung infolge der bevorzugten Absorption weicher Quanten auf. Das Verhältnis von ankommender zu austretender Strahlung pro Flächeneinheit hängt beim Durchgang von Röntgenstrahlung durch Materie von der Anzahl und der Ordnungszahl der passierten Hüllenatome des jeweiligen Materials ab. Es ist daher günstig, im Ausbreitungsweg der Röntgenstrahlung angeordnete Körper möglichst dünnwandig auszuführen und aus einem Material niedriger Ordnungszahl zu bilden, sofern nicht eine Abschattung der Röntgenstrahlung erwünscht ist.

Seit vielen Jahren wird Beryllium als Werkstoff sowohl für Strahlenaustrittsfenster als auch andere im Strahlengang der Röntgenstrahlung befindliche Bauteile, z. B. Streuelektronenfänger, verwendet. Gründe dafür sind vor allem die niedrige Ordnungszahl (z = 4), die Gasdichtigkeit, die hinreichende mechanische Festigkeit, die Lötbarkeit und die ausreichende Verfügbarkeit von Beryllium in Form von dünnen Folien (Dicke je nach Anwendungsfall ca. 50 bis 1.000 µm). Aufgrund dieser günstigen Eigenschaften wird Beryllium trotz bekannter Nachteile wie Giftigkeit und somit Notwendigkeit der Entsorgung als Sondermüll, schwierige Bearbeitung und hoher Preis verwendet.

Aus der Literaturstelle "Röntgenröhren mit Fenstern aus Kohle (Elektrographit an Stelle von Beryllium)" von E. Missler in Elektronik, 7. Jahrgang, Heft 9, September 1953, Seiten 443 und 444, ist es bekannt, ein innerhalb des Vakuumgehäuses einer Röntgenröhre als Streuelektronenfänger vorgesehenes Fenster aus Elektrographit zu fertigen. Ein Streuelektronenfänger ist übrigens ein Körper, der diejenigen Elektronen des von der Kathode der Röntgenröhre ausgehenden und auf der Anode der Röntgenröhre auftreffenden Elektronenstrahls, die von der Anode zurückgestreut werden, auffangen soll, ohne daß beim Auftreffen der zurückgestreuten Elektronen unerwünschte extrafokale Röntgenstrahlung erzeugt wird und/oder von den Elektronen getroffene Bauteile unerwünschterweise elektrisch aufgeladen werden.

Außerdem ist es aus der WO 96/21235 A1 bekannt, die Strahleneintrittsfenster von Röntgenstrahlendetektoren aus einem als "glassy carbon" bezeichneten Werkstoff zu bilden, der durch Ionenbombardement aus einem polymeren Werkstoff gebildet wird.

Weiter ist es aus der CH 677 302 A5 bekannt, ein aus Beryllium gebildetes Strahlenaustrittsfenster für eine Röntgenröhre auf wenigstens einer Seite mit Diamant zu beschichten.

Aus der DE-OS 20 28 921 ist es bekannt, ein aus Beryllium gebildetes Strahlenaustrittsfenster einer Röntgenröhre in deren Vakuumgehäuse einzulöten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bezüglich des Materials des dünnwandigen Teils Probleme mit Giftigkeit und hohem Preis vermieden sind.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Röntgenröhre mit einem aus durch die Pyrolyse von unschmelzbarem Kunststoff gewonnenem, glasartigem Kohlenstoff gebildeten, im Ausbreitungsweg der Röntgenstrahlung angeordneten, in das Vakuumgehäuse eingesetzten, dünnwandigen Strahlenaustrittsfenster. Gemäß einer Variante der Erfindung kann ein aus durch die Pyrolyse von unschmelzbarem Kunststoff gewonnenem, glasartigem Kohlenstoff gebildeter, dünnwandiger Körper auch im Inneren des Vakuumgehäuses als Streuelektronenfänger im Ausbreitungsweg der Röntgenstrahlung angebracht sein.

Durch die Pyrolyse unschmelzbarer Kunststoffe gewonnener, glasartiger Kohlenstoff schwächt wegen seiner gegenüber Beryllium nur geringfügig höheren Ordnungszahl (z = 6) Röntgenstrahlung nur unwesentlich, ist gasdicht, von guter mechanischer Festigkeit, praktisch unbegrenzt verfügbar, z. B. unter dem Handelsnamen "Sigradur®", und vor allem ungiftig und kostengünstig.

Das Strahlenaustrittsfenster ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit dem Vakuumgehäuse der Röntgenröhre durch Löten verbunden. Der Streuelektronenfänger ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mechanisch, d. h. beispielsweise durch Klemmen oder Halten mittels einer Feder, an einem anderen Bauteil der Röntgenröhre angebracht.

Bezüglich näherer Informationen über glasartigen Kohlenstoff wird auf folgende Veröffentlichungen verwiesen:

  • 1. Glasartiger Kohlenstoff Sigradur® - ein Werkstoff für Chemie und Technik, R: Dübgen et al., Z. Werkstofftech. 15, 331 bis 338, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, 1984,
  • 2. Werkstoffeigenschaften und Anwendungen von glasartigen Kohlenstoff Sigradur®, Information der Fa. HTW Hochtemperatur-Werkstoffe GmbH, Thierhaupten,
  • 3. Sigradur® - Der Glaskohlenstoff der HTW, Information der Fa. HTW Hochtemperatur-Werkstoffe GmbH, Thierhaupten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Festanoden-Röntgenröhre im Längsschnitt,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein Detail der Festanoden-Röntgenröhre gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung ein Detail einer Variante der Festanoden-Röntgenröhre gemäß den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ebenfalls eine Festanoden-Röntgenröhre im Längsschnitt, und

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung ein Detail der Festanoden-Röntgenröhre gemäß Fig. 4.

Das insgesamt mit 1 bezeichnete Vakuumgehäuse der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 weist einen etwa rohrförmigen metallischen Grundkörper 2 auf, in dessen eines Ende eine Anode 3 vakuumdicht eingesetzt ist. An das andere Ende des Grundkörpers 2 ist unter Zwischenfügung eines dünnwandigen, metallischen Rohres ein aus Glas gebildeter Gehäuseabschnitt 4 vakuumdicht angesetzt, der eine der Anode 3 gegenüberliegend angeordnete Kathodenanordnung 5 mit einer Glühwendel 6 trägt.

Wird in nicht dargestellter Weise die Glühwendel 6 mit einem Heizstrom versorgt und zwischen Anode 3 und Kathodenanordnung 5 die Röhrenspannung angelegt, trifft der nun von der Glühwendel 6 ausgehende Elektronenstrahl auf die Anode 3 in dem sogenannten Brennfleck auf, von dem Röntgenstrahlung ausgeht. Diese verläßt das Vakuumgehäuse durch vier in entsprechende kreisrunde Öffnungen 7 des Grundkörpers 2 des Vakuumgehäuses 1 eingesetzte Strahlenaustrittsfenster 8, die in Winkelabständen von jeweils 90° voneinander angeordnet sind. In Fig. 1 sind nur drei Strahlenaustrittsfenster 8 sichtbar.

Im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sind die Strahlenaustrittsfenster 8 aus glasartigem Kohlenstoff gebildet und in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise mit dem beispielsweise aus Kupfer gebildeten Grundkörper 2 durch Löten, siehe Lötnaht 9, vakuumdicht verbunden. Zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Lötverbindung ist der glasartige Kohlenstoff im Bereich der Lötverbindung zunächst mit einer Schicht 10 eines Karbidbildners, z. B. Titan, versehen, die durch Sputtern oder ein ähnliches Verfahren aufgebracht ist. Auf diese Schicht 10 ist eine metallische Beschichtung 11 aus einem Werkstoff, der gut mit dem Werkstoff des Grundkörpers 2 lötbar ist, beispielsweise Kupfer, aufgebracht, die z. B. durch Sputtern, durch Aufdampfen oder auf galvanischem Wege erzeugt ist.

Alternativ besteht in der in Fig. 3 veranschaulichten Weise die Möglichkeit, auf die Schicht 10 eines Karbidbildners zu verzichten und statt dessen das Strahlenaustrittsfenster 8 in dem Bereich, auf den die metallische Beschichtung 11 aufgebracht ist, vor dem Aufbringen der Beschichtung aufzurauhen.

Die Röntgenröhre gemäß Fig. 4 weist ein im wesentlichen aus Glas gebildetes Vakuumgehäuse 12 auf, das eine zwei Glühwendeln 13, 14 aufweisende Kathodenanordnung 15 und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Anode 16 aufweist.

Wird in nicht dargestellter Weise einer der Glühwendeln 13 oder 14 ein Versorgungsstrom zugeführt und die Röhrenspannung zwischen Kathodenanordnung 15 und Anode 16 angelegt, geht von der beheizten Glühwendel 13 oder 14 ein Elektronenstrahl aus, der im Brennfleck auf die Auftrefffläche 17 der Anode 16 auftrifft. Die von dem Brennfleck ausgehende Röntgenstrahlung verläßt das Vakuumgehäuse 12 durch dessen Wandung, die in diesem Bereich nicht mit einem Strahlenaustrittsfenster versehen ist, da das Vakuumgehäuse 12 hier aus Glas gebildet ist.

Die Auftrefffläche 17 ist von einem rohrförmigen Ansatz 18, der sogenannten Anodenhaube, umgeben, der dazu dient, Streuelektronen und Röntgenstrahlen, die nicht die Nutzstrahlung darstellen, einzufangen. Damit die Röntgenstrahlung nicht durch den Ansatz 18 geschwächt wird, weist dieser eine etwa kreisförmige Austrittsöffnung 19 für die Röntgenstrahlung auf. Um zu verhindern, daß außer der Röntgenstrahlung auch rückgestreute Elektronen durch die Austrittsöffnung 19 treten und eine unerwünschte elektrische Aufladung der Wandung des Vakuumgehäuses 12 bewirken, ist die Austrittsöffnung 19 durch einen Streuelektronenfänger 20 aus glasartigem Kohlenstoff verschlossen, der im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels als dünnwandiger, sphärisch gekrümmter, scheibenförmiger Körper ausgebildet ist.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Scheibe 20 in der Austrittsöffnung 19 mittels eines metallischen Federringes 21 mechanisch gehalten.

Die Dicke des Strahlenaustrittsfensters 8 bzw. der Scheibe 20 beschränkt sich auf dasjenige Maß, das erforderlich ist, um den auftretenden mechanischen Belastungen standzuhalten, die im Falle des Strahlenaustrittsfensters 8 aus der Druckdifferenz zwischen Innen- und Außendruck sowie thermischen Beanspruchungen und im Falle der Scheibe im wesentlichen nur aus thermischen Beanspruchungen resultieren.

Die Erfindung wird vorstehend am Beispiel zweier Festanoden- Röntgenröhren beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch bei Drehanoden-Röntgenröhren zum Einsatz kommen. Außerdem können im Rahmen der Erfindung anstelle von Strahlenaustrittsfenstern und Streustrahlenfängern auch andere im Strahlengang der Röntgenstrahlung befindliche, dünnwandige Körper aus glasartigem Kohlenstoff gebildet sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Röntgenröhre mit einem aus durch die Pyrolyse von unschmelzbarem Kunststoff gewonnenem, glasartigem Kohlenstoff gebildeten, im Ausbreitungsweg der Röntgenstrahlung angeordneten, in das Vakuumgehäuse (1) eingesetzten, dünnwandigen Strahlenaustrittsfenster (8).
  2. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, deren Vakuumgehäuse (1) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist und deren Strahlenaustrittsfenster (8) mit dem Vakuumgehäuse (1) durch Löten verbunden ist.
  3. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein aus durch die Pyrolyse von unschmelzbarem Kunststoff gewonnenem, glasartigem Kohlenstoff gebildeter, dünnwandiger Körper im Inneren des Vakuumgehäuses (1) als Streuelektronenfänger (20) im Ausbreitungsweg der Röntgenstrahlung angebracht ist.
  4. 4. Röntgenröhre nach Anspruch 3, deren Streuelektronenfänger (20) mechanisch an einem anderen Bauteil (18) der Röntgenröhre angebracht ist.






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