DE1033343B

DE1033343B - Roentgenroehre hoher Strahlungsleistung

Info

Publication number: DE1033343B
Application number: DEL21680A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Rolf Hosemann
Original assignee: DR PHIL NAT ROLF HOSEMANN
Current assignee: DR PHIL NAT ROLF HOSEMANN
Priority date: 1956-01-02
Filing date: 1956-01-02
Publication date: 1958-07-03
Also published as: US2905841A; GB850312A; CH342664A

Description

DEUTSCHES

In der Strahlentherapie und zur Konservierung von Lebensmitteln benötigt man Röntgenröhren hoher Strahlenintensität. Bei den bekannten, Konstruktionen ist einer weiteren Erhöhung der Dosisleistung dadurch eine obere Grenze gesetzt, daß die Anodenoberfläche zu stark erhitzt wird. Man erreicht darum unter normalen Bedingungen nur elektrische Röhrenleistungen bis hinauf zu 5 kW.

Eine weitere Steigerung dieser Leistung bis zu 50 kW oder mehr läßt sich durch Drehanoden mit Wasserkühlung erzielen. Derartige Röhren haben aber verschiedene Nachteile. Sie sind kompliziert im Aufbau, empfindlich in der Wartung und teuer.

Für viele Zwecke der Strahlentherapie kommt es gar nicht darauf an, einen Brennfleck der üblichen *5 Größe mit einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern zu benutzen. Insbesondere bei der Lebensmittelkonservierung würde auch eine Röntgenröhre mit weit größerem Brennfleck gute Dienste leisten.

Derartig große Brennflecke verlangen aber eine besondere Röhrenkonstruktion. Die in technischen Röntgenröhren üblichen Anodenformen würden zu massige Röhren ergeben. Zudem tritt dort immer nur ein kleiner Bruchteil der erzeugten Röntgenstrahlen aus den Fenstern aus.

Es sind bereits Röntgenröhren bekannt, bei denen das Strahlenaustrittsfenster gleichzeitig als Anode dient und über seine ganze Fläche fast gleichmäßig von Elektronen getroffen wird. Bei diesen. Röhren ist jedoch die Leistung derart gering, daß eine Luftkühlung vollkommen ausreicht.

Es sind weiterhin Röntgenröhren für Therapie bekannt, bei denen Fensteranoden durch Wasser gekühlt werden.

Weiterhin ist es bekannt, bei luftgekühlten Fensteranöden diese Anoden durch eine durchbrochene Schutzscheibe zu versteifen.

Bei allen diesen Röntgenröhren handelt es sich jedoch um Therapieröhren mit relativ geringer Leistung.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf eine Röntgenröhre hoher Strahlungsleistung mit mindestens 2 kW elektrischer Leistungsaufnahme. Um eine Beschädigung der Fensteranode bei einer derartigen Hochleistungsröhre zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine Fensteranode verwendet, die aus zwei dünnwandigen, in Richtung der Strahlung hintereinanderliegenden, ruhenden und mit Spanten versteiften Membranen von so großer Fläche gebildet ist, daß die spezifische elektrische Belastung der vakuumseitigen Membran über die ganze Fensterfläche mit Ausnahme der Spanten einen konstanten: Wert nicht oberhalb 40 W/mm² aufweist, wobei ferner der Raum zwischen den Membranen von einer Kühlflüssigkeit durchflossen und die Kathode so ausgebildet ist, daß Röntgenröhre hoher Strahlungsleistung

Anmelder:

Dr. phil. nat. Rolf Hosemann,
Berlin-Grunewald, Bismarckallee 14

Dr. phil. nat. Rolf Hosemann, Berlin-Grunewald,
ist als Erfinder genannt worden

in Richtung auf die Spanten eine verringerte Elektronenemission erfolgt.

Da diese Anode zugleich Strahlenaustrittsfenster ist, gelangt somit fast dieHälfteder auf der Trommelanode erzeugten Röntgenstrahlung ins Freie.

Auch Trommelanoden sind an sich bekannt, beispielsweise bei Hohlanodenröhren. Es wird dort aber meist nur ein sehr kleiner Brennfleck erzeugt, so daß die Röhrenleistung kaum über 2 kW liegt. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Erfindung die Form der Glühkathode und des Wehneltzylinders so gewählt, daß ein großer Brennfleck auf der Trommelanode entsteht und fast die ganze Fläche des Austrittsfensters mit gleichmäßiger Elektronenstromdichte belegt ist.

Durch die Ausbildung der Kathode ist Vorsorge getroffen, daß die spezifische Flächenbelastung in den Teilfenstern voll ausgenutzt werden kann, ohne daß die schlechter gekühlten Spanten verdampfen.

Die Fig. 1, la, 2, 2a zeigen in zum Teil schema,-tischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Im Kathodenglasfuß 1 sind die Zuführungsdrähte 2, 3 für den Heizdraht 5 bzw. 6 und der Haltedraht 4 für den AVehneltzylinder 20 eingeglast. Die Heizkathode ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in Form einer gewölbten Flachspirale 5 gewickelt, derart, daß sie die Oberfläche einer Kugelkalotte hat. Der Wehneltzylinder 20 schließt diese Kalotte ringsherum derart ab, daß die Äquipotentialflächen 8 nur in nächster Nachbarschaft vom Heizdraht die Form von Kalotten haben, sich zur Anode zu aber als Wirkung des Wehneltzylinders 20 von den Rändern beginnend verflachen. Die den Glühdraht verlassenden Elektronen fliegen darum zunächst radial auseinander, um aber an besagten Rändern in steigendem Maße auf den Mittelstrahl zu gelenkt zu werden. Die Trommelanode besteht aus einer dünnen kreisscheibenförinigen Wand 9, die vakuumdicht in die Gefäßwand 21 übergeht. Da mit Spannungen über 80 kV gearbeitet wird und somit nur harte Strahlen zur Anwendung kommen, kann sie beispielsweise aus etwa 2 mm dickem

809 559/344

Cu- oder Fernicoblech bestehen und dient dann zugleich zur Vorfilterung. Sie ist bei 19 an den Kathodenteil angeglast, wobei der Metallzylinder 25 die Anglasungsstelle elektrostatisch abschirmt. Auf der Anodeninnenseite ist im Bereich des Fensters ein dünnes Schwermetallblech 10 aufgeschweißt. Die erfindungsgemäßen, in Fig. 1 nicht eingezeichneten Spanten müssen bei der spiralförmigen Ausbildung der Kathode natürlich ebenfalls spiralförmig ausgebildet sein. Eine weitere wasserdichte Wand 17 umgibt den Anodenteil. Sie kann zur Herabsetzung der Absorption aus einem leichtatomigen Stoff, ζ. Β. Plexiglas oder anderem Kunststoff, bestehen. Durch die Oliven 14, 15 wird die Kühlflüssigkeit 13 zu- und abgeführt. Durch die oben beschriebene Feldverteilung im Röhreninnern fallen die Elektronen mit fast gleichmäßiger Energiedichte auf das Anodenblech 10 auf. Der gleichfalls gekühlte Fensterrahmen. 21 ist nur noch einem Bruchteil dieser Bestrahlungsdichte ausgesetzt.

Behandelt Fig. 1 das Beispiel einer kreisrunden Trommelanode 9, so¹ ist im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 2 eine solche dargestellt, die Teil eines Zylindermantels 11 ist. Die Zylinderachse steht senkrecht auf der Zeichenebene. Die Glühkathode besteht nun aus mehreren parallel zur Zylinderachse stehenden Glühwendeln 6, deren Achsen auf einem zu erstgenanntem Zylinder konzentrischen Zylindermantel stehen. Der Wehneltzylinder 20· begrenzt auch hier auf den Seiten den radialsymmetrischen Feldverlauf, so daß auch hier auf dem Fensterrahmen 21 nur noch wenige Elektronen auffallen.

Das Anodenfenster 11 ist zur mechanischen Stabilisierung mit mehreren parallel zur Zylinderachse stehenden Spanten 12 von der Vakuumseite aus verstärkt, besteht also aus mehreren Teilzylindern. Innerhalb jedes Teilfensters ist die Elektronendichte ziemlich konstant und von je einer Heizwendel 6 erzeugt. Da die einzelnen Wendeln einen gewissen Abstand voneinander haben, so besteht zwischen den benachharten Elektronenbahnen 23, 24 zweier benachbarter Wendeln 6 noch ein Zwischenraum geringer Elektronendichte, in dessen Bereich die Spanten 12 liegen. Die Kühlflüssigkeit läuft nun senkrecht zur Zeichenebetie zwischen den Fenstern 11 und der wasserdichten zylindrischen Außenwand 18, wobei gegebenenfalls jedem Teilfenster an der Stelle der Kreuze 16 eigene Oliven zugeteilt sind und gegebenenfalls zur weiteren Stabilisierung die Spanten 12 bis zur Außenwand 18 durchgeführt sein können (in Fig. 2 nicht gezeichnet). Die Heizwendeln 6 werden durch die Drähte 7 parallel oder hintereinander geschaltet.

Schließlich ist es möglich, in Kombination der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 2 zu Kalotten gewölbte kreisrunde Fenster 9, 17 oder ebene Spantenfenster zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenröhre hoher Strahlungsleistung mit mindestens 2 kW elektrischer Leistungsaufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fensteranode verwendet ist, die aus zwei dünnwandigen, in Richtung der Strahlung hmteremanderliegenden, ruhenden· und mit Spanten versteiften: Membranen von so großer Fläche gebildet ist, daß die spezifische elektrische Belastung der vakuumseitigen Membran über die ganze Fensterfläche mit Ausnahme der Spanten einen konstanten Wert nicht oberhalb 40 W/mm² aufweist, wobei ferner der Raum zwischen den Membranen von einer Kühlflüssigkeit durchflossen und die Kathode so ausgebildet ist, daß in Richtung auf die Spanten eine verringerte Elektronenemission erfolgt.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Glühkathode die Form einer Kugelkalotte oder des Segmentes eines Zylindermantels hat, wobei diese Oberflächen von der Anode aus betrachtet konvex gewölbt sind.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkathode von einem Wehneltzylinder umgeben ist, der ihre gekrümmte Fläche in einer Ebene normal zur Röhrenachse abschließt oder der eine derartige Oberfläche hat, daß die radiale Feldverteilung dicht vor der Glühkathode an den Rändern zu einer solchen abgeschirmt ist, die die Elektronen von dem Fensterrahmen abhält.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensteranode aus mehreren Teilfenstern besteht, die durch Spanten abgestützt sind.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spanten und Fenster aus einem Metallteil hergestellt sind und daß die Anodenmembran auf der Vakuumseite mit einer dünnen Schicht eines schweratomigen Metalls überzogen ist.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanten auch auf der Vakuumseite über die Anodenstirnflächen vorstehen und die Fenster von außen einzeln oder in einem Stück aufgelegt sind.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanten auf der Außenseite bis zur äußeren Fensterwandung durchbrochen oder massiv durchgeführt sind und jedes Teilfenster eine gesonderte Zuführung für die Kühlflüssigkeit erhält.

8. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensteranode eine ebene oder in Form einer Kalotte oder des Segmentes eines Zylinders gewölbte Gestalt hat.

9. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer kartenförmigen Kathode der Glühdraht die Form einer auf einer Kugeloberfläche gewickelten Flachspirale mit entsprechenden Zwischenräumen hat.

10. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zylinderförmigen Kathode mehrere wendeiförmige oder in Form von glatten Drähten hergestellte Einzelglühdrähte mit zueinander parallelen Achsen angeordnet sind, die parallel zur Achse eines Zylinders nebeneinander auf der Oberfläche seines Zylindermantels liegen, wobei die Teildrähte elektrisch parallel oder in Serie oder beides kombiniert geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 321952, 532 773, 817, 588 522, 683 559, 690 618, 934 002;

deutsche Patentanmeldung H 7853 VIIIc/21g (bekanntgemacht 12. März 1953);

schweizerische Patentschrift Nr. 103 540; französische Patentschrift Nr. 927 971.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen