[0001] Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre der im Oberbegriff des Anspruchs genannten
Art.
[0002] Beispielsweise aus dem Buch "Microfocal Radiography" von R.V. Ely, Academic Press
1980, ist zu entnehmen, daß Röntgenröhren der betreffenden Art mit einem Mikrofokus
seit langem bekannt sind. Durch den Aufsatz "Positive-Ion Trapping in Electron Beams"
von E.L. Ginzton und B.H. Wadia in der Zeitschrift "Proceedings of the I-R-E", Oktober
1955, S. 1548 bis 1554, ist es bekannt, einen Elektronenstrahl durch eine Raumladung
zu bündeln. Mit einer derartigen Bündelung arbeitende Röntgenröhren wurden bereits
von der Anmelderin hergestellt und vertrieben. Sie zeichnen sich durch einen außerordentlich
kleinen Fokus aus, woraus sich eine wesentlich größere Auflösung von Röntgenbildern
ableitet. Die in solchen Röntgenröhren verwendeten Elektronenstrahlkanonen wurden
auch mit Vorteil bei Röntgenschweißgeräten verwendet.
[0003] Trotz des Vorteils des kleinen Fokus haben diese bekannten Röntgenröhren Nachteile.
Um Diffraktionsmuster in Röntgenbildern, beispielsweise bei der Untersuchung von Monokristallen,
zu verwischen,ist eine ständige Frequenzvariation der Röntgenstrahlung erwünscht.
Diese Frequenzvariation läßt sich durch eine entsprechende Variation des zwischen
Kathode und Lochanode liegenden Potentials erreichen, was jedoch zur Folge hat, daß
auch die Fokussierung entsprechend variiert. Bei pulsierendem Potential zwischen Kathode
und Lochanode läßt sich daher nur eine wesentlich schlechtere mittlere Fokussierung
erreichen als bei Betrieb mit geglätteter Spannung.
[0004] Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei diesen bekannten Röntgenröhren bei Einsatz
für Elektronenstrahlschweißzwecke. Hierbei wird mit einer verhältnismäßig hohen elektrischen
Leistung gearbeitet. Da es auf jeden Fall erwünscht ist, die Auftrefffläche des Elektronenstrahls
auf das Target, in diesem Fall ein Werkstück, also den Fokus, möglichst klein und
gleich groß zu halten, ist ein hohes Maß von Glättung hinsichtlich des Versorgungspotentials
zwischen Kathode und Lochanode erforderlich. Da dieses Versorgungspotential z.B. bei
200 KV liegt, ergibt sich ein beträchtlicher Aufwand für die Glättung, um dadurch
die Fokussierverhältnisse konstant und optimal zu halten. Wegen der Glättung ist aus
gleichem Grunde auch eine Stabilisierung dieser Spannung erforderlich, was eine weitere
Schwierigkeit bedeutet.
[0005] -Schließlich sind derartige Röntgenröhren durch die konstruktiven Verhältnisse hinsichtlich
der zwischen Kathode und Lochanode liegenden Spannung begrenzt, so daß die von der
Auftreffgeschwindigkeit der Elektronen auf das Target abhängige Härte der Röntgenstrahlung
begrenzt ist.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der betreffenden Art
zu schaffen, bei der die genannten Nachteile nicht bestehen, bei der also Frequenzvariationen
der Röntgenstrahlung ohne Beeinträchtigung der Fokussierung möglich sind, bei der
die Anforderungen an Glättung und Stabi-Loch lisierung des zwischen Kathode und/anode
liegenden Potentials verringert sind und bei der eine härtere, also höherfrequente
Röntgenstrahlung erzeugbar ist.
[0007] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 angegebene Lehre gelöst.
[0008] Diese Lehre geht von dem Grundgedanken aus, den Röntgenstrahl zwischen Kathode und
Lochanode mit konstanter Beschleunigungsspannung zwischen Kathode und Lochanode bei
verhältnis-Spannung mäßig geringer / zu bilden, um so die elektrischen Verhältnisse
hinsichtlich der Fokussierung, die im wesentlichen durch diese Spannung bestimmt sind,
konstant zu halten. Dadurch läßt sich ein gleichmäßig hohes Maß an Fokussierung erzielen.
Außerdem besteht der Vorteil, daß wegen der geringen Spannung die Glättung und Stabilisierung
dieser Versorgungsspannung verhältnismäßig einfach und wenig aufwendig ist. Gleichzeitig
braucht diese Versorgungsspannung nicht sehr hoch zu sein, wodurch sich Glättung und
Stabilisierung weiter vereinfachen.
[0009] Insbesondere liegt aber der Erfindung der Gedanke zugrunde, sämtliche Beeinflussungen
des Elektronenstrahls hinsichtlich Leistung oder Frequenzvariation im Bereich zwischen
Lochanode und Target zu bewirken, wo durch Anlegen einer zusätzlichen Spannung keine
Beeinflussung der Fokussierung mehr erfolgt. Auf diese Weise ist es zunächst möglich,
durch bewußte Änderungen dieser zwischen Lochanode und Target liegenden Beschleunigungsspannung
Frequenzvariationen der erzeugten Röntgenstrahlung zu schaffen, um so bei Verwendung
der Röntgenröhre zur Erzeugung von Schattenbildern (Röntgenbildern) zu Untersuchungszwecken
beispielsweise bei Monokristallen Diffraktionsmuster zu verwischen.Durch die zusätzliche
Beschleuni ungsspannung zwischen Lochanode und Target läßt sich aber eiern zusätzliche
Leistung zuführen, was aber auch/Elektronenstrahl zusätzliche Leistung zuführen, was
insbesondere bei Elektronenstrahlschweißgeräten vorteilhaft ist. Da diese zusätzliche
Leistung zuführende Beschleunigungsspannung die Fokussierverhältnisse weitgehend unbeeinflußt
läßt, sind die Anforderungen an eine Glättung dieser Beschleunigungsspannung wesentlich
verringert, so daß sich entsprechend auch der Aufwand verringert. Es ist sogar möglich,
je nach den gewünschten Erfordernissen sogar nur mit einer pulsierenden Spannung oder
gar nur einer Wechselspannung zu arbeiten. Auch eine Einstellung dieser Beschleunigungsspannung
ist ohne Einfluß auf die Fokussierverhältnisse, so daß die Frequenz der Röntgenstrahlung
und/oder die Leistung des auf das Target treffenden Elektronenstrahls zu Schweißzwecken
beliebig einstellbar sind.
[0010] Es wurde zusätzlich gefunden, daß bei Anwendung der wenigstens erfindungsgemäßen
Lehre die Verwendung/einer Fokussiereinrichtung im Bereich zwischen Lochanode und
Target . die Fokussion zusätzlich erhöht, wobei diese Fokussion weitgehend unabhängig
von der zusätzlichen Beschleunigungsspannung zwischen Lochanode und Target ist, jedenfalls
wesentlich unempfindlicher als die vor Austritt des Elektronenstrahls aus dem Einfluß
der Lochanode liegende Fokussiereinrichtung hinsichtlich der zwischen Kathode und
Lochanode liegenden Spannung.
[0011] Vorteilhaft ist die Anordnung einer metallischen Röhre zwischen Lochanode und Target
zum Zwecke der an sich bekannten Bündelung durch Bildung eines Plasmas. Diese metallische
Röhre liegt dabei zweckmäßigerweise auf dem Potential der Lochanode oder einem geringfügig
positiven Potential.
[0012] Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden.
[0013] Die Zeichnung zeigt teilweise geschnitten eine Röntgenröhre mit einem Gehäuse 1,
das an eine Leitung 2 angeschlossen ist, die mit einer nicht dargestellten Pumpe zur
Absenkung des Druckes im Innenraum 3 der Röntgenröhre verbunden ist.
[0014] Im Innenraum 3 befindet sich eine Kathode 4 in Form eines kleinen Glühdrahtes,der
V-förmig gebogen ist und mit seiner Spitze einer Anode 5 und einem Target 6 zugewandt
ist. Eine Gitterkappe 7 ist im Bereich der Kathode 4 angeordnet, die in einen Durchbruch
8 der Gitterkappe 7 ragt und mit ihrer Spitze etwa mit der vorderen Begrenzung des
Durchbruchs 8 fluchtet. Von dieser vorderen Begrenzung aus erweitert sich die Gitterkappe
7 in einer Kegelfläche 9.
[0015] Auf der Rückseite der Lochanode 5 befindet sich eine Röhre 10, die mit der Lochanode
5 leitend verbunden ist. Durch die Lochanode 5 verläuft ein Loch 11, das sich in einen
Innenraum 12 der metallischen Röhre 10 mit variablem Innendurchmesser fortsetzt.
[0016] Im Bereich der metallischen Röhre 10 ist eine Fokussierspule 13 angeordnet. Außerdem
sind Ablenkspulen 14 und 15 vorgesehen, mit denen der Elektronenstrahl ablenkbar ist
und die für das Verständnis der Erfindung nicht weiter von Bedeutung sind.
[0017] Das Target 6 weist zu der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Achse 16
der Röntgenröhre eine Neigung auf und ist in einer Halterung 17 gehalten, die zum
Zwecke der Kühlung des Targets über Rohrleitungen 18 und 19 an eine nicht gezeigte
Kühlquelle angeschlossen ist.
[0018] Radial neben der Oberfläche des Targets 6 befindet sich in dem Gehäuse ein Fenster
20, durch das von dem Target 6 ausgehende Röntgenstrahlung im Bereich zwischen zwei
gestrichelten Linien 21 und 22 austreten kann. Der Winkel zwischen einer durch eine
gestrichelte Linie 23 angedeuteten Mittelachse der austretenden Röntgenstrahlung und
der Oberfläche des Targets 6 beträgt circa f45 Grad oder im Falle einer Rundstrahlröhre
0 Grad.
[0019] Bei Betrieb der Röntgenröhre möge die Kathode 4 an einem variablen Potential, beispielsweise
-20 KV bis -250 KV, liegen, die Gitterkappe 7 auf einem Potential von circa 1-3 KV
darunter, die Lochanode 5 auf Nullpotential und das Target 6 auf einem variablen Potential
bis +250 KG. Die Teile des Gehäuses zwischen diesen Elementen der Röntgenröhre bestehen
natürlich aus isolierendem Material, was keiner Erläuterung bedarf. Die aus der glühenden
Kathode 4 austretenden Elektronen werden durch das zwischen der Kathode 4 und der
Lochanode 5 liegende Potential beschleunigt und schießen durch das Loch 11 und schließlich
durch den Innenraum 12 der Röhre 10, um schließlich auf die Oberfläche des Targets
6 aufzutreffen. Mittels der Fokussierspule 13 wird der Elektronenstrahl in bekannter
Weise fokussiert. Der Druck in dem Innenraum 3 ist so eingestellt, daß sich innerhalb
der Röhre 10, insbesondere im dem Target 6 zugewandten Bereich, und auf dem Weg zu
dem Target hin ein Plasma bildet, das zu einer Bündelung und engen Führung des Elektronenstrahls
zu der Oberfläche des Targets hin führt, so daß dort ein äußerst geringer Flächenbereich
von Elektronen beaufschlagt und damit für die aus dem Fenster 20 austretende Strahlung
eine äußerst geringe Ausdehnung der Strahlungsquelle geschaffen ist.
[0020] Erfindungsgemäß liegt zwischen der Lochanode 5 und dem Target 6 wegen der zusätzlichen
Verwendung der Röhre 10 beim Ausführungsbeispiel zwischen dem Ende der Röhre 10 und
dem Target 6 eine hohe Beschleunigungsspannung, in diesem Fall variabel bis +250 KV.
Diese Spannung beeinflußt die Fokussierung praktisch nicht, sie kann daher variabel,
pulsierend, wechselnd oder einstellbar sein. Handelt es sich um ein Elektronenstrahlschweißgerät,
in welchem Falle das Target 6 das zu schweißende Werkstück bildet, so bedarf die Spannung
zwischen Lochanode 5 und Target 6 bzw. Werkstück nur einer geringfügigen Glättung,
ohne daß dadurch die Fokussierung und damit z.B. die Breite einer Schweißnaht Fokussionsvariationen
und damit Breitenvariationen unterliegt. Handelt es sich um eine Röntgenröhre zu Untersuchungszwecken,
so kann die Spannung zwischen Lochanode 5 und Target 6 pulsierend oder wechselnd ausgebildet
werden, um dadurch die Frequenz der austretenden Strahlung zu variieren, um so Diffraktionsmuster
zu verwischen.
1. Röntgenröhre, mit einer Kathode, mit einem Gitter, mit einer Lochanode und mit einem hinter der Lochanode angeordneten Target, wobei die Kathode
und das Gitter gegenüber der Lochanode auf negativen Potentialen liegen, von denen
das des Gitters etwas negativer ist als das der Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß
das Target (6) auf einem von dem Potential der Lochanode (5) abweichenden Potential
liegt.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential des Targets
(6) eine Gleichspannung ist.
3. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential des Targets
(6) eine pulsierende Gleichspannung oder eine Wechselspannung ist.
4. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Potential des Targets (6) einstellbar ist.
5. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Lochanode
(5) und dem Target (6) wenigstens eine Fokussiereinrichtung .(13) befindet.
6. Röntgenröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung
(13) eine elektrostatische oder elektromagnetische Fokussiereinrichtung ist.
7. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Lochanode
(5), vorzugsweise im Bereich einer hinter der Lochanode (5) angeordneten magnetischen
Fokussiereinrichtung (13), eine zu dem Elektronenstrahl konzentrische metallische
Röhre (10) angeordnet ist.
8. Röntgenröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Röhre
(10) auf dem Potential der Lochanode (5) liegt.
9. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential zwischen
Lochanode (5) und Target (6) wesentlich größer ist als das zwischen Lochanode (5)
und Kathode (4).