DE102010020151A1

DE102010020151A1 - Thermionischer Flachemitter und zugehöriges Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre

Info

Publication number: DE102010020151A1
Application number: DE102010020151A
Authority: DE
Inventors: Dr. Freudenberger Jörg; Gunter Röhrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US20110280377A1; CN102243960A

Abstract

Die Erfindung gibt einen thermionischen Flachemitter und ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre an. Der Flachemitter umfasst eine Leiterbahn (3) in seiner Emissionsfläche, wobei die Leiterbahn mindestens einen Stromeintrittspunkt (4) und mindestens einen Stromaustrittspunkt (6) aufweist. Der thermionische Flachemitter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Leiterbahn (3) veränderbar ist. Durch variiert in vorteilhafter Weise der elektrische Widerstand der Emitterstruktur entlang des Heizstrompfades mit der Folge, dass an einem durch die Hardwaregeometrie festgelegten Arbeitspunkt eine symmetrische Emissionsstruktur erreicht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermionischen Flachemitter, dessen Emissionsfläche Leiterbahnen aufweist, die durch Schlitze in der Emissionsfläche gebildet sind, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre.
Thermionische, durch elektrischen Stromdurchfluss erwärmbare Flachemitter, wie sie beispielsweise in der DE 10 2006 018 633 beschrieben sind, werden in Röntgenröhren eingesetzt. Der die Emissionsfläche bildende Teil des Emitters besteht aus einem oder mehreren dünnen Blechen, die aus einem hochtemperaturbeständigen Metall wie Wolfram hergestellt sind. Um Emission in einem definierten Bereich der Blechfläche zu erhalten, muss der Emitter auf eine hohe Temperatur von ca. 2000–2500 Grad Celsius aufgeheizt werden. Dies geschieht mittels elektrischem Strom und dem intrinsischen elektrischen Widerstand des Emittermaterials. Um einen definierten Ohm'schen Widerstand zu erreichen, muss das Blechmaterial strukturiert werden, indem möglichst genaue Schnitte oder Schlitze eingebracht werden. Das Emitterblech eines derartigen thermionischen Flachemitters ist mit Heizstromanschlüssen versehen, über die ein Heizstrom durch das Emitterblech geleitet wird. Bedingt durch die hohe Temperatur, auf die das Emitterblech geheizt wird, werden Elektronen aus dem Emitterblech emittiert und mittels einer Hochspannung zu einer Anode hin beschleunigt. Auf dem Weg vom Emitterblech zur Anode werden die emittierten Elektronen über ein Fokussierungssystem fokussiert. Beim Auftreffen der Elektronen auf der ebenfalls aus einem hochtemperaturbeständigen Material wie Wolfram gefertigten Anode in einem Brennfleck entsteht durch das Abbremsen der Elektronen im Anodenmaterial Röntgenstrahlung. Ziel der Fokussierung ist es, dass die Elektronen auf der Anode in einem möglichst engen Bereich und mit einer möglichst gleichmäßigen Elektronenverteilungsdichte auftreffen. Dadurch lässt sich insbesondere bei Einsatz der Röntgenröhre in der hochauflösenden Bildgebung, wie beispielsweise bei medizinischen Diagnostikgeräten, eine hohe Bildqualität erreichen. Die Elektronendichteverteilung kann dabei über die Anordnung der in das Emitterblech eingearbeiteten Schlitze beeinflusst werden.
Neben dem durch den Heizstrom bewirkten gleichmäßigen Heizeffekt tritt jedoch unvermeidbar eine Heizwirkung dadurch auf, dass der an einem Ort zu emittierende Strom durch die Emitterstrukturen erst zu diesem Ort gelangen muss. Dieser sogenannte Röhrenstrom wird auf dem Weg zu seinem Bestimmungsort als zusätzlicher Heizstrom wirksam und verstärkt die Heizwirkung. Messungen der Anmelderin haben gezeigt, dass mit zunehmendem Röhrenstrom verstärkt ein unsymmetrischer Brennfleck entsteht. Dies führt zu unerwünschten Nebeneffekten wie beispielsweise zur Verschlechterung der Bildqualität der Röntgenanlage.
In den bekannten Ausführungen von thermionischen Flachemittern wird dieser Effekt bei der Herstellung eines thermionischen Flachemitters nicht berücksichtigt oder durch symmetrische Zuleitung des Röhrenstromes an beiden Anschlüssen des Heizstromes im Sinne eines Kompromisses in Kauf genommen.
Aufgabe der Erfindung ist, diesen Nachteil zu überwinden und einen verbesserten thermionischen Flachemitter und ein zugehöriges verbessertes Verfahren anzugeben, bei denen der Brennfleck seine symmetrische Form beibehält.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beansprucht einen thermionischen Flachemitter mit einer Leiterbahn in seiner Emissionsfläche, wobei die Leiterbahn mindestens einen Stromeintrittspunkt und mindestens einen Stromaustrittspunkt aufweist. Der thermionische Flachemitter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Leiterbahn veränderbar ist. Eine Leiterbahn mit geringerer Breite beispielsweise führt dazu, dass an der Leiterbahn eine höhere Heizspannung abfällt und damit eine höhere lokale Temperatur erzielt wird. Eine Leiterbahn mit größerer Breite beispielsweise führt dazu, dass die an der Leiterbahn abfallende Heizspannung geringer ist und damit lokal eine geringere Temperatur erzielt wird. Durch die veränderbare Breite der Leiterbahn variiert in vorteilhafter Weise der elektrische Widerstand der Emitterstruktur entlang des Heizstrompfades mit der Folge, dass an einem durch die Hardwaregeometrie festgelegten Arbeitspunkt eine symmetrische Emissionsstruktur erreicht werden kann. Die symmetrische Emissionsstruktur bezeichnet dabei eine zu einer Ebene spiegelsymmetrische Verteilung der emittierten Elektronen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Breite der Leiterbahn derart abnehmen, dass ein symmetrischer Brennfleck auf einer Anode erzeugbar ist. Die symmetrische Emissionsstruktur führt dazu, dass der Elektronenstrahl symmetrisch aufgeweitet wird. Dadurch wird bei einer unveränderten Fokussiereinrichtung am Anodenort ein symmetrischer Brennfleck erzeugt. Somit lassen sich insbesondere in der hochauflösenden Bildgebung mittels Röntgenstrahlung Verbesserungen in der Bildqualität erzielen. Eine höhere Bildqualität bedeutet insbesondere im medizinischen Bereich, dass Gewebestrukturen besser auflösbar sind und sich eine medizinische Diagnose somit präziser und genauer erstellen lässt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Breite der Leiterbahn von dem Stromeintrittspunkt bis zu dem Stromaustrittspunkt abnehmen. Eine Leiterbahn, deren Breite mit zunehmender Entfernung von dem Stromeintrittspunkt abnimmt, trägt in vorteilhafter Weise dem Umstand Rechnung, dass der Röhrenstrom mit zunehmender Entfernung vom Stromeintrittspunkt abnimmt.
Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise die Leiterbahn einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Vorteilhaft an einem mäanderförmigen Verlauf der Leiterbahn ist, dass diese einfacher herstellbar ist als beispielsweise eine Leiterbahn mit spiralförmigem Verlauf.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Leiterbahn durch Schlitze in der Emitterfläche gebildet werden. Dadurch kann ein mäanderförmiger Verlauf der Leiterbahn auf einfache Weise erzeugt werden.
In vorteilhafter Weise kann die Breite der Leiterbahn vom Stromeintrittspunkt von einer Breite von 0,307 mm zum Stromaustrittspunkt auf eine Breite von 0,277 mm abnehmen.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre mit einem thermionischen Flachemitter mit einer Leiterbahn in seiner Emissionsfläche, wobei die Leiterbahn mindestens einen Stromeintrittspunkt und mindestens einem Stromaustrittspunkt aufweist. Dazu wird die Breite der Leiterbahn zwischen dem Stromeintrittspunkt und dem Stromaustrittspunkt derart verändert, dass ein symmetrischer Brennfleck auf einer Anode erzeugbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand einer schematischen Zeichnung.
Es zeigt:
1: eine Teilansicht eines Emitterblechs eines thermionischen Flachemitters.
1 zeigt eine Teilansicht eines Emitterblechs 1 eines erfindungsgemäßen thermionischen Flachemitters. Durch eingearbeitete Schlitze 2 ist eine mäanderförmig verlaufende Leiterbahn 3 ausgebildet. Um Emission in einem definierten Bereich des Emitterblechs 1 zu erhalten, muss der Emitter auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden. Dies geschieht mittels eines Heizstromes, der über einen Stromeintrittspunkt 4 der Leiterbahn 3 zugeführt wird und in der angezeigten Fließrichtung 5 zu einem Stromaustrittspunkt 6 fließt.
Die Breite der Leiterbahn 3 nimmt mit zunehmender Entfernung vom Stromeintrittspunkt 4 ab. Gleichzeitig nimmt die Breite der Schlitze 2 zu. So weist ein erster Leiterbahnabschnitt 7 eine größere Breite auf als ein zweiter Leiterbahnabschnitt 8. Dagegen sind die Schlitze 2 im ersten Leiterbahnabschnitt 7 schmaler als die Schlitze 2 im zweiten Leiterbahnabschnitt 8. Eine breite Leiterbahn 3 wie im ersten Leiterbahnabschnitt 7 bedeutet, dass die an der Leiterbahn 3 abfallende Heizspannung geringer ist und damit lokal eine geringere Temperatur erzielt wird. Eine schmale Leiterbahn 3 wie im zweiten Leiterbahnabschnitt 8 bedeutet, dass an der Leiterbahn 3 eine höhere Heizspannung abfällt und damit eine höhere lokale Temperatur erzielt wird.
Dadurch variiert der elektrische Widerstand der Emitterstruktur entlang der Leiterbahn 3 und an einem durch die Hardwaregeometrie festgelegten Arbeitspunkt kann eine symmetrische Emissionsstruktur erreicht werden. Die symmetrische Emissionsstruktur führt dazu, dass die der Elektronenstrahl im Vergleich zu einem Emitterblech mit unveränderter Breite der Leiterbahn 3 symmetrisch aufgeweitet wird. Dadurch wird bei einer unveränderten Fokussiereinrichtung am Anodenort ein symmetrischer Brennfleck erzeugt.
Bezugszeichenliste

1: Emitterblech
2: Schlitz
3: Leiterbahn
4: Stromeintrittspunkt
5: Fließrichtung Heizstrom
6: Stromaustrittspunkt
7: erster Leiterbahnabschnitt
8: zweiter Leiterbahnabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006018633 [0002]

Claims

Thermionischer Flachemitter mit einer Leiterbahn (3) in seiner Emissionsfläche, wobei die Leiterbahn mindestens einen Stromeintrittspunkt (4) und mindestens einen Stromaustrittspunkt (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Leiterbahn (3) veränderbar ist.
Thermionischer Flachemitter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Breite der Leiterbahn (3) derart abnimmt, dass ein symmetrischer Brennfleck auf einer Anode erzeugbar ist.
Thermionischer Flachemitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Leiterbahn (3) von dem Stromeintrittspunkt (4) bis zu dem Stromaustrittspunkt (6) abnimmt.
Thermionischer Flachemitter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (3) einen mäanderförmigen Verlauf aufweist.
Thermionischer Flachemitter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (3) durch Schlitze (2) in der Emitterfläche bildbar ist.
Thermionischer Flachemitter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Leiterbahn (3) von 0,307 mm auf 0,277 mm abnimmt.
Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre mit einem thermionischen Flachemitter mit einer Leiterbahn (3) in seiner Emissionsfläche, wobei die Leiterbahn mindestens einen Stromeintrittspunkt (4) und mindestens einen Stromaustrittspunkt (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Leiterbahn (3) zwischen dem Stromeintrittspunkt (4) und dem Stromaustrittspunkt (6) derart verändert wird, dass ein symmetrischer Brennfleck auf einer Anode erzeugbar ist.