Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler.

Ein derartiger Röntgenstrahler ist beispielsweise aus der DE 10 2013 210 967 A1 bekannt. Der Röntgenstrahler umfasst ein Strahlergehäuse, in dem eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse angeordnet ist. Im Vakuumgehäuse (Vakuumhülle) sind eine Kathode und eine Anode angeordnet. Im Strahlenaustrittsbereich des Röntgenstrahlers ist sowohl im Strahlergehäuse als auch im Vakuumgehäuse jeweils ein Strahlenaustrittsfenster angeordnet. Die Anode kann als Stehanode (Festanode) oder als Drehanode ausgebildet sein. Bei Hochleistungsröntgenstahlern ist die Anode als Drehanode ausgeführt. Der Strahlenaustrittsbereich liegt hierbei in der Rotationsebne der Drehanode.

Im Vakuumgehäuse der Röntgenröhre wird die Röntgenstrahlung erzeugt. Hierzu werden die von der Kathode erzeugten Elektronen zur der Drehanode hin beschleunigt. Beim Auftreffen der Elektronen auf der Anodenoberfläche entsteht im Aufenthaltsbereich des Brennflecks, der bei einer Drehanode eine Brennbahn bildet, eine allseitig gerichtete Röntgenstrahlung. Hierbei entsteht eine hohe Wärmeentwicklung. Die beim Elektronenbeschuss entstehende Wärme erhitzt die Anode und damit auch die Röntgenröhre während des Betriebs entsprechend stark. Zur Kühlung ist der Raum zwischen dem Strahlergehäuse und dem Vakuumgehäuse mit einem zirkulierenden Kühlmedium gefüllt. Beim Abführen der Wärme aus dem Vakuumgehäuse der Röntgenröhre erhitzt sich das Kühlmedium selbst.

Aufgrund der hohen Rotation der Drehanode (bis zu ca. 160 Umdrehungen pro Sekunde) sowie der starken Erwärmung der Drehanode (bis zu ca. 1.900°C) treten bei einem Hochleistungs-Röntgenstrahler während des Betriebs entsprechend hohe mechanische und thermische Belastungen auf. Damit besteht bei Materialfehlern die Gefahr eines Berstens der Drehanode. Treffen Bruchstücke der geborstenen Drehanode im Strahlenaustrittsbereich auf die Innenseite des Vakuumgehäuses, so verformt sich das Vakuumgehäuse aufgrund der kinetischen Energie der Bruchstücke. Der geringe Abstand zwischen Vakuumgehäuse und Strahlergehäuse im Strahlenaustrittsbereich (ca. 3 mm) verringert sich durch diese Verformung nochmals, wodurch sich die Kühlung im Strahlenaustrittsbereich entsprechend verringert. Die Verformung des Vakuumgehäuses kann sogar so ausgeprägt sein, dass das Vakuumgehäuse in diesem Bereich das Strahlergehäuse berührt. Aufgrund der kinetischen Energie der Bruchstücke der geborstenen Drehanode besteht die Gefahr, dass das Vakuumgehäuse dieser Stelle leckgeschlagen werden könnte. Wird außerdem das Strahlergehäuse beschädigt, so tritt dann heißes Kühlmedium aus dem Röntgenstrahler aus. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Röntgenstrahler zu schaffen, eine nochmals verbesserte Betriebssicherheit gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Röntgenstrahler gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Der Röntgenstrahler gemäß Anspruch 1 weist ein Strahlergehäuse auf, in dem eine Röntgenröhre angeordnet ist, die ein Vakuumgehäuse umfasst, in dem wenigstens eine Kathode und wenigstens eine Drehanode angeordnet sind. In einem Strahlenaustrittsbereich ist in dem Vakuumgehäuse und in dem Strahlergehäuse jeweils wenigstens ein Strahlenaustrittsfenster angeordnet. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Berstschutzelement im Rotationsbereich der Drehanode angeordnet.

Im Rotationsbereich der Drehanode tritt die im Material der Drehanode erzeugte Röntgenstrahlung aus dem Strahlenaustrittsfenster im Vakuumgehäuse aus und in das Strahlergehäuse ein, um anschließend durch das Strahlenaustrittsfenster im Strahlergehäuse und damit aus dem Röntgenstrahler auszutreten. Dieser Bereich wird deshalb auch als Strahlenaustrittsbereich bzw. Strahlendurchtrittsbereich bezeichnet.

Der Strahlenaustrittsbereich, der den mechanisch empfindlichsten Bereich eines Röntgenstrahlers darstellt, wird durch die erfindungsgemäße Lösung vor mechanischen Deformationen geschützt. Die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Hochleistungs-Röntgenstrahler im Fall eines Berstens der Drehanode das Strahlergehäuse leckgeschlagen wird und in der Folge heißes Kühlmedium austreten könnte, ist deshalb deutlich geringer, wodurch sich die Funktionssicherheit des Röntgenstrahlers entsprechend erhöht.

Durch die Erfindung ist ein Röntgenstrahler mit einer nochmals erhöhten Rotation der Drehanode (bis zu ca. 200 Umdrehungen pro Sekunde) realisierbar.

Im Rahmen der Erfindung sind für die Anordnung wenigstens eines Berstschutzelements verschiedene vorteilhafte Alternativen realisierbar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers ist wenigstens ein Berstschutzelement an wenigstens einer Innenwand des Strahlergehäuses angeordnet (Anspruch 2). Bei dem Berstschutzelement, das an wenigstens einer Innenwand des Strahlergehäuses angeordnet ist, handelt es sich um ein zusätzliches Bauteil, das vorzugsweise aus einem Metall gefertigt ist und nahe dem Bereich des Strahlenaustrittsfensters im Strahlergehäuse an der Innenwand des Strahlergehäuses kraftschlüssig befestigt ist. Das Berstschutzelement ist somit im Strahlenaustrittsbereich zwischen dem Vakuumgehäuse und dem Strahlergehäuse angeordnet. Geeignete kraftschlüssige Befestigungen können z.B. mittels Schrauben, Druckklemmen, Schnappverbindungen oder Kabelbinder realisiert werden. Auch stoffschlüssige Befestigungen, beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder Löten, sind im Rahmen der Erfindung möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Berstschutzelement an wenigstens einer Außenwand des Vakuumgehäuses angeordnet ist (Anspruch 3). Die Verbindung zwischen der Außenwand des Vakuumgehäuses und dem Berstschutzelement kann wiederum stoffschlüssig erfolgen, also z.B. durch Kleben, Schweißen oder Löten.

Bei einem ebenfalls vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers sind wenigstens ein Berstschutzelement an wenigstens einer Innenwand des Strahlergehäuses und wenigstens ein Berstschutzelement an wenigstens einer Außenwand des Vakuumgehäuses angeordnet (Anspruch 4).

Bei dem Röntgenstrahler nach Anspruch 1 sowie dessen vorteilhaften Ausgestaltungen, insbesondere gemäß den Ansprüchen 2 bis 4, ist das Design des Berstschutzelements und dessen Lage innerhalb des Strahlergehäuses bzw. an der Außenwand des Vakuumgehäuses so umgesetzt, dass auftreffende Bruchstücke der geborstenen Drehanode nicht in Richtung des Strahlenaustrittsbereichs sondern in Richtung des massiven (dickwandigen) Strahlergehäuses gelenkt werden. Diese Richtung stellt einen sogenannten Verformungspfad dar, in dem weitere Bauteile angeordnet sind, z.B. Ablenkspulen zur Ablenkung der von der Kathode emittierten Elektronen. Vorzugsweise ist an einer derartigen Ablenkspule das erfindungsgemäß vorgesehene Berstschutzelement angeordnet. (Anspruch 5) Im Rahmen der Erfindung kann das Berstschutzelement auch an einer anderen Stelle innerhalb des Strahlergehäuses angeordnet sein.

Auch die Verformung des Strahlergehäuses ist bei dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahler geringer, so dass gegebenenfalls aufwendig zu behebende Folgeschäden an unmittelbar benachbarten Komponenten, z.B. der Blende, sehr unwahrscheinlich sind.

Vorzugsweise ist das Berstschutzelement strömungsoptimiert, so dass es die Strömung des Kühlmediums möglichst wenig gebremst wird (Anspruch 6). Dies kann z.B. durch Öffnungen, durch die das Kühlmedium strömen kann oder durch eine entsprechende Außenkontur erreicht werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich das Berstschutzelement beim Aufprall der Bruchstücke der geborstenen Drehanode verformt und damit einen Teil der kinetischen Energie der Bruchstücke aufnimmt (Anspruch 7). Die erfindungsgemäß vorgesehene Deformation in Richtung massiver Bereiche des Strahlergehäuses wird dadurch nochmals verbessert.

Nachfolgend wird ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:

FIG 1

einen Teilschnitt eines Röntgenstrahlers gemäß dem Stand der Technik,

FIG 2

einen Teilschnitt einer Ausführungsform eines Röntgenstrahlers gemäß der Erfindung.

Der FIG 1 dargestellte Röntgenstrahler 1 weist ein Strahlergehäuse 2 auf, in dem eine Röntgenröhre 3 angeordnet ist, die ein Vakuumgehäuse 4 umfasst. In dem Vakuumgehäuse 4 sind eine Kathode und eine Drehanode 5 angeordnet. Die Kathode ist aufgrund der gewählten Darstellung in FIG 1 nicht sichtbar. Die Drehanode 5 ist verdrehfest auf einer angetriebenen Anodenwelle 6 montiert.

Weiterhin sind in auf der Innenseite des Strahlergehäuses 2 Ablenkspulen 13 und 14 im Bereich der Drehanode 5 angeordnet. Die Ablenkspulen 13 und 14 dienen zur Ablenkung der von der Kathode emittierten Elektronen in Richtung der Drehanode 5.

Im Strahlergehäuse 2 zirkuliert ein flüssiges Kühlmedium 7, um die während des Betriebs entstehende Wärme zuverlässig abzuführen.

In dem Vakuumgehäuse 4 ist ein Strahlenaustrittsfenster 8 angeordnet. In dem Strahlergehäuse 2 ist ebenfalls ein Strahlenaustrittsfenster 9 angeordnet, das über einen Tubus 10 im Strahlergehäuse 2 gehalten ist.

Das Strahlenaustrittsfenster 8 im Vakuumgehäuse 4 und das Strahlenaustrittsfenster 9 im Strahlergehäuse 2 liegen in einem Strahlenaustrittsbereich 11 und sind voneinander nur gering beabstandet, typischerweise wenige Millimeter.

Der FIG 2 dargestellte erfindungsgemäße Röntgenstrahler 1 weist ein Strahlergehäuse 2 auf, in dem eine Röntgenröhre 3 angeordnet ist, die ein Vakuumgehäuse 4 umfasst. In dem Vakuumgehäuse 4 sind eine Kathode und eine Drehanode 5 angeordnet. Die Kathode ist in der gewählten Darstellung in FIG 2 nicht sichtbar. Die Drehanode 5 ist verdrehfest auf einer angetriebenen Anodenwelle 6 montiert.

Weiterhin sind in auf der Innenseite des Strahlergehäuses 2 Ablenkspulen 13 und 14 im Bereich der Drehanode 5 angeordnet. Die Ablenkspulen 13 und 14 dienen zur Ablenkung der von der Kathode emittierten Elektronen in Richtung der Drehanode 5.

Im Strahlergehäuse 2 zirkuliert ein flüssiges Kühlmedium 7, um die während des Betriebs entstehende Wärme zuverlässig abzuführen.

In dem Vakuumgehäuse 4 ist ein Strahlenaustrittsfenster 8 angeordnet. In dem Strahlergehäuse 2 ist ebenfalls ein Strahlenaustrittsfenster 9 angeordnet, das über einen Tubus 10 im Strahlergehäuse 2 gehalten ist.

Das Strahlenaustrittsfenster 8 im Vakuumgehäuse 4 und das Strahlenaustrittsfenster 9 im Strahlergehäuse 2 liegen in einem Strahlenaustrittsbereich 11 und sind voneinander nur gering beabstandet, typischerweise wenige Millimeter.

Bei dem Röntgenstrahler 1 gemäß FIG 2 weist das Strahlergehäuse 2 zumindest im Strahlenaustrittsbereich 11 an wenigstens einer Innenwand wenigstens ein Berstschutzelement 12 auf.

Der Strahlenaustrittsbereich 11 umfasst einen Bereich, in dem die im Material der Drehanode 5 erzeugte Röntgenstrahlung aus dem Strahlenaustrittsfenster 8 im Vakuumgehäuse 4 austritt und in das Strahlergehäuse 2 eintritt, um anschließend durch das Strahlenaustrittsfenster 9 im Strahlergehäuse 2 und damit aus dem Röntgenstrahler 1 auszutreten.

Bei dem Berstschutzelement 12 handelt es sich um ein zusätzliches Bauteil, das vorzugsweise aus einem Metall gefertigt ist und nahe dem Bereich des Strahlenaustrittsfensters 9 im Strahlergehäuse 2 an der Innenwand des Strahlergehäuses 2 kraftschlüssig befestigt ist. Das Berstschutzelement 12 ist somit im Strahlenaustrittsbereich 11 zwischen dem Vakuumgehäuse 4 und dem Strahlergehäuse 2 angeordnet. Geeignete kraftschlüssige Befestigungen sind z.B. mittels Schrauben, Druckklemmen oder Kabelbinder realisierbar.

Wie in FIG 2 gezeigt, ist das Berstschutzelement 12 so angeordnet, dass auftreffende Bruchstücke der geborstenen Drehanode 5 nicht in Richtung des Strahlenaustrittsbereichs 11 sondern in Richtung des dickwandigen Strahlergehäuses 2 gelenkt werden. Diese Richtung stellt einen sogenannten Verformungspfad dar, in dem weitere Bauteile angeordnet sind, z.B. die Ablenkspulen 13 und 14 zur Ablenkung der von der Kathode emittierten Elektronen. An einer derartigen, im Bereich der Drehanode 5 angeordneten Ablenkspule 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel das Berstschutzelement 12 angeordnet.

Der Strahlenaustrittsbereich 11, der den dünnwandigsten und damit den mechanisch empfindlichsten Bereich eines Strahlergehäuses 2 dargestellt, wird durch die erfindungsgemäße Lösung vor mechanischer Deformation geschützt. Die Wahrscheinlichkeit, dass bei dem erfindungsgemäßem Röntgenstrahler 1 im Fall eines Berstens der Drehanode 5 das Strahlergehäuse 2 leckgeschlagen wird und in der Folge heißes Kühlmedium 7 austreten könnte, ist deshalb deutlich geringer, wodurch sich Funktionssicherheit des Röntgenstrahlers 1 entsprechend erhöht.

Auch die Verformung des Strahlergehäuses 2 ist bei dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahler 1 geringer, so dass gegebenenfalls aufwendig zu behebende Folgeschäden an unmittelbar benachbarten Komponenten, z.B. der Blende oder weiterer benachbarter Komponenten, sehr unwahrscheinlich sind.