DE102008029355B4 - X-ray tube - Google Patents
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Abstract
Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (3), in dem eine Kathodenanordnung (9) und eine Anodenanordnung (10) angeordnet sind, wobei das Vakuumgehäuse (3) eine vorgebbare Anzahl von Gehäuseteilen (1, 2) umfasst und die Kathodenanordnung (9) in wenigstens ein Gehäuseteil (1, 2) montiert ist und die Anodenanordnung (10) in wenigstens ein Gehäuseteil (1, 2) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenanordnung (9) und die Anodenanordnung (10) in ein gemeinsames Gehäuseteil (1) montiert sind.X-ray tube with a vacuum housing (3) in which a cathode arrangement (9) and an anode arrangement (10) are arranged, the vacuum housing (3) comprising a predeterminable number of housing parts (1, 2) and the cathode arrangement (9) in at least one Housing part (1, 2) is mounted and the anode arrangement (10) is mounted in at least one housing part (1, 2), characterized in that the cathode arrangement (9) and the anode arrangement (10) are mounted in a common housing part (1) .
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an X-ray tube according to the preamble of
Eine derartige Röntgenröhre, die aus der
Weiterhin ist aus der
Bei einer weiteren Röntgenröhre, die beispielsweise in der
In der
Eine Röntgenröhre mit einer Kathodenanordnung, die einen Feldemitter und ein Extraktionsgitter umfasst, ist beispielsweise aus der Produktinformation ”Carbon Nano Tube Based Field Emission X-Ray Tubes” bekannt. Diese Produktinformation ist über http://www.xintek.com/products/xray/index.htm abrufbar. Anstatt einer Erzeugung von freien Elektronen mittels thermischer Emission werden bei einem Feldemitter die freien Elektronen mittels Feldemission erzeugt.An X-ray tube with a cathode arrangement comprising a field emitter and an extraction grid is known, for example, from the product information "Carbon Nano Tube Based Field Emission X-Ray Tubes". This product information is available at http://www.xintek.com/products/xray/index.htm. Instead of producing free electrons by means of thermal emission, the free electrons are generated by field emission in a field emitter.
Als Material für Feldemitter sind prinzipiell alle Materialien geeignet, die eine Feldemission von Elektronen ermöglichen. Vorzugsweise besteht der Feldemitter aus einem Nanomaterial auf Basis von Kohlenstoff, insbesondere aus Carbon-Nano-Tubes (CNT). Feldemissionskathoden aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind beispielsweise in dem Artikel von Zhang et al. in Applied Physics Letters 86, 184104 (2005) beschrieben.As a material for field emitters, in principle, all materials are suitable which enable a field emission of electrons. The field emitter preferably consists of a nanomaterial based on carbon, in particular carbon nanotubes (CNT). For example, carbon nanotube field emission cathodes are described in the article by Zhang et al. in Applied Physics Letters 86, 184104 (2005).
Bei der Feldemission werden durch Anlegen einer Spannung Elektronen aus einem Material mit einer hohen Emissionsstromdichte, wie beispielsweise Carbon-Nano-Tubes (CNT), extrahiert, wobei eine Erhitzung dieses Materials nicht notwendig ist. Die Carbon-Nano-Tubes weisen einen Durchmesser von ca. 10 nm bei einer Länge von einigen μm auf. An der scharfen Spitze kommt es zu Feldüberhöhungen des elektrischen Feldes, die die Elektronenemission allein durch den Feldeffekt ermöglicht. Die mit einem derartigen Feldemitter erzielbaren Stromdichten liegen mit typischen Werten von kleiner 5 A/cm2 jedoch deutlich unter den Stromdichten eines thermischen Emitters, mit dem Stromdichten bis zu 10 A/cm2 realisierbar sind.In field emission, by applying a voltage, electrons are extracted from a material having a high emission current density, such as carbon nanotubes (CNTs), heating of which material is not necessary. The carbon nanotubes have a diameter of about 10 nm at a length of several microns. At the sharp tip, there are field peaks of the electric field, which allows the electron emission solely by the field effect. However, with typical values of less than 5 A / cm 2 , the current densities obtainable with such a field emitter are significantly below the current densities of a thermal emitter, with which current densities of up to 10 A / cm 2 can be achieved.
Um die für die Elektronenemission hohen Feldstärken von größer 1 V/μm zu erzielen, wird entweder eine hohe Spannung benötigt oder der Abstand zur Anode muss sehr kurz sein. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines Extraktionsgitters (Gate-Elektrode) zwischen dem Feldemitter und der Anode, das auf einem gegenüber der Elektronen-Emissionsschicht positiven Potential liegt. Bei Abständen zwischen ca. 100 μm bis 1 mm lassen sich diese Feldstärken leicht mit handhabbaren Mittelspannungen im Bereich von einigen kV erzeugen. Das Extraktionsgitter besteht aus dünnen Wolfram-Drähten mit einem Drahtdurchmesser von einigen 10 μm und weist einen Gitterabstand von typischerweise 100 bis 200 μm auf.In order to achieve high field strengths of more than 1 V / μm for electron emission, either a high voltage is required or the distance to the anode must be very short. Another possibility is the use of an extraction grid (gate electrode) between the field emitter and the anode, which is at a positive potential with respect to the electron emission layer. At distances between approx. 100 μm to 1 mm, these field strengths can be easily generated with manageable medium voltages in the range of a few kV. The extraction grid consists of thin tungsten wires with a wire diameter of a few 10 .mu.m and has a lattice spacing of typically 100 to 200 .mu.m.
Weiterhin sind beispielsweise aus der
In der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Röntgenröhre zu schaffen, die unabhängig von ihrer geometrischen Form einfach montierbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.Object of the present invention is therefore to provide an X-ray tube, which is easy to install regardless of their geometric shape. Advantageous embodiments of the X-ray tube according to the invention are the subject of further claims.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.The object is achieved by an X-ray tube according to
Die Röntgenröhre nach Anspruch 1 umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem eine Kathodenanordnung und eine Anodenanordnung angeordnet sind, wobei das Vakuumgehäuse eine vorgebbare Anzahl von Gehäuseteilen umfasst und die Kathodenanordnung in wenigstens ein Gehäuseteil montiert ist und die Anodenanordnung in wenigstens ein Gehäuseteil montiert ist. Erfindungsgemäß sind die Kathodenanordnung und die Anodenanordnung in ein gemeinsames Gehäuseteil montiert.The x-ray tube according to
Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl für Röntgenröhren mit thermischen Emittern als auch für Röntgenröhren mit Feldemittern geeignet. Die erfindungsgemäße Lösung ist darüber hinaus auch unabhängig von der geometrischen Form des Emitters.The solution according to the invention is suitable both for X-ray tubes with thermal emitters and for X-ray tubes with field emitters. The solution according to the invention is also independent of the geometric shape of the emitter.
Die Röntgenröhre nach Anspruch 1, die ein aus einer vorgebbaren Anzahl von Gehäuseteilen bestehendes Vakuumgehäuse umfasst, ist erfindungsgemäß durch zumindest folgende Fertigungsschritte auf einfache Weise herstellbar:
- – Die Kathodenanordnung und die Anodenanordnung werden in ein gemeinsames Gehäuseteil montiert,
- – anschließend werden alle Gehäuseteile zusammengefügt.
- The cathode arrangement and the anode arrangement are mounted in a common housing part,
- - Then all housing parts are joined together.
Bei der Röntgenröhre nach Anspruch 1 werden also erfindungsgemäß die Kathodenanordnung und die Anodenanordnung in ein gemeinsames Gehäuseteil montiert und anschließend, also nach der Montage aller im Vakuumsgehäuse angeordneten Bauteile, alle Gehäuseteile vakuumdicht zusammengefügt.In the X-ray tube according to
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Röntgenröhre eine vorgebbare Anzahl von Gehäuseteilen umfasst, die erst nach der Montage der Kathodenanordnung und der Anodenanordnung sowie gegebenenfalls weiterer Bauteile zusammengefügt werden, lassen sich Röntgenröhren mit vollkommen neuen geometrischen Formen, z. B. Ringform, H-Form oder L-Form, realisieren. Dies gilt insbesondere für Röntgenröhren, deren Kathodenanordnungen Feldemitterarrays aufweisen, die in nahezu jeder geometrischen Form realisierbar sind. Röntgenröhren mit geometrischen Formen, die von der klassischen ”Kolbenform” abweichen, werden beispielsweise in der bildgeführten Strahlentherapie (IGBT, Image Guided Radiation Therapy) eingesetzt.Characterized in that the X-ray tube according to the invention comprises a predetermined number of housing parts, which are joined together only after the assembly of the cathode assembly and the anode assembly and optionally other components, X-ray tubes with completely new geometric shapes, z. B. ring shape, H-shape or L-shape realize. This applies in particular to X-ray tubes whose cathode arrangements have field emitter arrays which can be realized in almost any geometric shape. X-ray tubes with geometric shapes that deviate from the classic "piston shape" are used, for example, in Image Guided Radiation Therapy (IGBT).
Mit einer Stehanoden-Ringröhre (ringförmige Röntgenröhre mit Stehanode) kann ein konstruktiv einfacher aufgebautes stationäres CT-System realisiert werden. Bei einem derartigen Computertomografie-System ist die ringförmige Röntgenröhre stationär angeordnet, eine Rotation der Röntgenröhre um das zu untersuchende Objekt (Patient, Gepäckstück) entfällt. Bei einem derartigen Röntgensystem ist das Vakuumgehäuse der ringförmigen Röntgenröhre wesentlich größer als bei einem CT-System mit einer umlaufenden Röntgenröhre oder bei einem CT-System mit einer Vielzahl von einzelnen, stationär angeordneten Röntgenröhren, die sequenziell angesteuert werden.With a Stehanoden ring tube (annular X-ray tube with Stehanode) a structurally simpler constructed stationary CT system can be realized. In such a computed tomography system, the annular X-ray tube is stationary, a rotation of the X-ray tube around the object to be examined (patient, luggage) is eliminated. In such an X-ray system, the vacuum housing of the annular X-ray tube is substantially larger than in a CT system with a rotating X-ray tube or in a CT system with a plurality of individual, stationary X-ray tubes, which are driven sequentially.
Um das Volumen des Vakuumgehäuses möglichst klein zu halten, muss bei einer ringförmigen Röntgenröhre der Querschnitt des ringförmigen Vakuumgehäuses entsprechend gering sein. Bei einem konventionellen Herstellverfahren wäre die Anordnung der Bauteile innerhalb des Vakuumgehäuses, insbesondere die Ausrichtung der Kathode und der Anode zueinander, aufgrund der geometrischen Form der Röntgenröhre nicht oder nur sehr schwierig realisierbar. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es jedoch möglich, eine Stehanoden-Ringröhre auf einfache Weise zu fertigen. Gleiches gilt auch für jede beliebige andere geometrische Form.In order to keep the volume of the vacuum housing as small as possible, the cross-section of the annular vacuum housing must be correspondingly low in an annular X-ray tube. In a conventional manufacturing method, the arrangement of the components within the vacuum housing, in particular the alignment of the cathode and the anode to each other, due to the geometrical shape of the X-ray tube would not or only very difficult to implement. With the solution according to the invention, however, it is possible to produce a standing anode ring tube in a simple manner. The same applies to any other geometric shape.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Röntgenröhre ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil umfasst, wobei die Kathodenanordnung und die Anodenanordnung in das erste Gehäuseteil montiert sind. Das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre kann dann nach der Montage der Kathodenanordnung und der Anodenanordnung im ersten Gehäuseteil auf einfache Weise komplettiert werden. Es ist lediglich das zweite Gehäuseteil auf das erste Gehäuseteil aufzusetzen und vakuumdicht zu verbinden. Für eine derartige Montagetechnik ist es besonders vorteilhaft, wenn die Gehäuseteile als Halbschalen ausgebildet sind.An advantageous embodiment of the x-ray tube is characterized in that the vacuum housing comprises a first housing part and a second housing part, wherein the cathode assembly and the anode assembly are mounted in the first housing part. The vacuum housing of the X-ray tube can then be completed in a simple manner after mounting the cathode assembly and the anode assembly in the first housing part. It is only the second housing part set up on the first housing part and connect vacuum-tight. For such a mounting technique, it is particularly advantageous if the housing parts are formed as half-shells.
Nachfolgend ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels die Montage einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre näher erläutert, ohne jedoch auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. Es zeigen:The assembly of an X-ray tube according to the invention is explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing, but without being limited to the illustrated embodiment. Show it:
In den
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Vakuumgehäuse
Im ersten Gehäuseteil
In dem Vakuumgehäuse
Weiterhin ist in dem Vakuumgehäuse
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Kathodenanordnung
Anschließend, also nach der Montage aller im Vakuumsgehäuse
Abschließend wird das notwendige Hochvakuum über einen Evakuierungs-Stutzen
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