DE1802868C3

DE1802868C3 - X-ray machine

Info

Publication number: DE1802868C3
Application number: DE1802868A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. 8032 Lochham Hoppe; Manfred Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Menzel
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1968-10-12
Filing date: 1968-10-12
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE1802868B2; DE1802868A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgengerät mit Röntgenröhre, die in einem Vakuumkolben mit Strahlenaustritisfensier eine Kathode und eine an der Rückseite gekühlte Anode enthält, deren Dicke an tier Stellt· des Brennflecks durch die mechanische Festigkeit begn-n/t ist die durch den Druck des als Kühlmittel dienenden und mit einer Pumpe umgewälzten flüssigen Metalls bedingt ist.The invention relates to an X-ray device with an X-ray tube, which are in a vacuum flask with radiation exit fensier one cathode and one at the back Contains cooled anode, the thickness of which is placed on the Focal spot due to the mechanical strength begn-n / t is the result of the pressure of the liquid metal used as a coolant and circulated with a pump is conditional.

Ein derartiges Röntgengerät ist aus der GB-PS 716 405 bekannt. Die Wärmeübertragung von der Anode auf das flüssige Metallkühlmittel ist bei diesem Gerät um so besser, je dünner die Anode ist. Die Dicke der Anode kann jedoch dabei nur so weit verringert werden, daß ihre mechanische Festigkeit nicht beeinträchtigt wird, da die Anode sonst eine Undefinierte Lage einnimmt und die Fläche des Brennflecks, der einen Teil des Kollimaiorsystems bildet, verändertSuch an X-ray device is known from GB-PS 716 405. The heat transfer from the anode The thinner the anode, the better the liquid metal coolant in this device. The fat however, the anode can only be reduced to such an extent that its mechanical strength is not impaired is, since the anode otherwise occupies an undefined position and the area of the focal spot, the forms part of the collimator system

Davon ausgehend liegt die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bei einem solchen Röntgengerät darin eine konstante räumlich definierte Lage und eine konstante Fläche des Brennflecks auf der Anode während des Betriebes eines solchen Röntgengerätes sicherzustellen.Proceeding from this, the object on which the invention is based lies in such an X-ray device a constant spatially defined position and a constant area of the focal spot on the anode during to ensure the operation of such an X-ray device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß die Anode an der Stelle des Brennflecks als dünne, verformbare Metallfolie ausgebildet ist. die unter der Einwirkung des Kühlmittels dadurch eine definierte Lage einnimmt, daß ein geschlossener Kühlkreislauf verwendet ist. mit einem Rohr, das mit dem Röhrenkolben und den Elektroden einer elektromagnetischen Pumpe eine Baueinheit bildet, die in das Magnetfeld der Pumpe cinseizbar ist und daß Erregerstrom und -spannung der Pumpe stabilisiert sind.This object is achieved according to the invention in that the anode at the point of the focal point as thin, deformable metal foil is formed. which under the action of the coolant thereby a defined Assumes that a closed cooling circuit is used. with a tube that connects to the tubular piston and the electrodes of an electromagnetic pump form a unit which is immersed in the magnetic field the pump can be stimulated and that excitation current and voltage of the pump are stabilized.

Bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät wird somit das flüssige Metall durch die elektromagnetische Pumpe unter konstanten Strömungs-, Temperatur- und Druckbedingungen umgewälzt. Damit wird die Folie nur durch den Druck des umlaufenden Kühlmetalls belastet, der durch die Verwendung der elektromagnetischen Pumpe sehr genau konstant gehalten werden kann. Dadurch ist es möglich, die Anodenfolie an der Stelle des Brennflecks so dünn auszugestalten, daß sie verformbar ist, da ihr durch den konstant gehaltenen Druck des Kühlmittels eine gleichbleibende Auswölbung erteilt wird, die eine räumlich stabile Lage des Brennflecks sicherstellt. Gleichzeitig wird eine hohe Wärmeübertragung von der Anode auf das flüssige Kühlmittel erreicht.In the X-ray device according to the invention, the liquid metal is thus through the electromagnetic Pump circulated under constant flow, temperature and pressure conditions. This will make the slide only burdened by the pressure of the circulating cooling metal caused by the use of the electromagnetic Pump can be kept constant very precisely. This makes it possible to attach the anode foil to the Make the point of the focal spot so thin that it is deformable because you kept constant by the Pressure of the coolant a constant bulge is given, which a spatially stable position of the Ensures focal spot. At the same time there is a high heat transfer from the anode to the liquid Coolant reached.

Gewünschtenfalls kann der Kühlkreislauf, da er geschlossen ist, ebenso wie der Kolben der Röntgenröhre evakuiert werden, so daß die Lu'tdruckbeanspruchung der Anodenfolie entfällt, was einen zusätzlichen Vorteil des gemäß der Erfindung ausgebildeten Röntgengeräts darstellt.If desired, the cooling circuit, as it is closed, can be used, as can the piston of the X-ray tube evacuated, so that the air pressure on the anode foil is eliminated, which is an additional advantage of the X-ray device designed according to the invention.

Wegen ihrer niedrigen Viskosität bei Zimmertemperatur und der guten Wärmeleitfähigkeit wird vorzugsweise als flüssiges Kühlmetall eine Natrium-Kalium-Legierung verwandt, die 16 bis 30%, vorzugsweise 22.75% Natrium enthält. Daß eine Natrium-Kalium-Legierung mit einem Natriumanteil von etwa 22% einen besonders niedrigen Schmelzpunkt aufweist, ist bereits aus »Chemie-Lexikon«, von H. R ö m ρ ρ , 6. Aufl., 1966, Bd. II, Spalten 3118 und 3119, bekannt. Da bei einer solchen Legierung die Schicht der laminaren Strömung an der zu kühlenden Fläche sehr dünn wird und bei hinreichendem Volumendurchfluli bis etwa 12 l/min größtenteils turbulente Strömung erhalten wird, die bekanntlich dann für den Wärmeübergang besonders wichtig ist. wenn auftretende Siedebläschen sofort weggerissen werden sollen, ist ein solches Kühlmittel besonders geeignet.Because of its low viscosity at room temperature and good thermal conductivity, is preferred a sodium-potassium alloy is used as the liquid cooling metal, which is 16 to 30%, preferably Contains 22.75% sodium. That a sodium-potassium alloy with a sodium content of about 22% one has a particularly low melting point, is already from "Chemie-Lexikon", by H. R ö m ρ ρ, 6th edition, 1966, Vol. II, columns 3118 and 3119, known. Since with one such an alloy the layer of laminar flow on the surface to be cooled becomes very thin and with Sufficient volume flow up to about 12 l / min largely turbulent flow is obtained, which is known is then particularly important for the heat transfer. if boiling bubbles appear immediately are to be torn away, such a coolant is particularly suitable.

Die Gleichmäßigkeit der Umwälzung des flussigenThe evenness of the circulation of the liquid

Metalls kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß die Temperaturdifferenz konstant gehalten wird, wozu ein Wärmetauscher, etwa eine an den Kühlkreislauf angelegte öl- oder Wasserkühlung, verwandt werden kann. Ferner wird diese Gleichmäßigkeit durch Ver-Wendung magnetischer Stabilisatoren für den Strom der elektromagnetischen Pumpe gefördert.Metal can be further improved by keeping the temperature difference constant, for which purpose a heat exchanger, such as an oil or water cooling system attached to the cooling circuit, can be used can. Furthermore, this uniformity is achieved by using magnetic stabilizers for the current promoted by the electromagnetic pump.

Bei der elektromagnetischen Pumpe beruht die Pumpwirkung darauf, daß durch das flüssige Metall in einem begrenzten, von einem Magnetfeld durchfluteten Bereich ein elektrischer Strom fließt, wodurch das flüssige Me'.Hll in Bewegung gesetzt wird. Bei einer bekannten Ausführungsform wird ein stationäres Magnetfeld benutzt und fließt der zum Pumpen notwendige Strom zwischen in Bereich des Magnetfeldes an· geordneten Elektroden. [Eine solche elektromagnetische Pumpe ist aus »Lexikon der Physik« von H. F r a η k e . 2. Auflage. 1959. Bd. II, S. 1119. rechte Spalte, bekanntIn the electromagnetic pump, the pumping action is based on the fact that the liquid metal in A limited area flooded by a magnetic field flows an electric current, causing the liquid Me'.Hll is set in motion. With a well-known Embodiment, a stationary magnetic field is used and flows the necessary for pumping Current between electrodes arranged in the area of the magnetic field. [Such an electromagnetic Pump is from "Lexikon der Physik" by H. F r a η k e. 2nd Edition. 1959. Vol. II, p. 1119. right column, known

Vorzugsweise besteht die Anodenfolie aus einer Trägerfolie aus einem mechanisch stabilen, gut wärmeleitenden Material, z. B. aus Molybdän, auf die eine sirahlenemittierende Metallschicht aufgebracht ist.The anode foil preferably consists of a carrier foil made of a mechanically stable, highly thermally conductive one Material, e.g. B. made of molybdenum, on which a sirahlenemitting metal layer is applied.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnung eine beispielsweise bevorzugte Ausführungsform der Erfindung -"> naher erläinert.In the following, an example is given on the basis of the drawing preferred embodiment of the invention - "> explained in more detail.

F i g. 1 zeigt eine Ausfuhrungsform des erfindungsgcmäßen Röntgengerates in einer teilweise perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht;F i g. 1 shows an embodiment of the invention X-ray device in a partially perspective and partially sectioned view;

F 1 g. 2 zeigt in eine" Schnittatisicht eine Vorrichtung yo zum Verschließen des Strahleiiaustrittsfensters.F 1 g. 2 shows, in a sectional view, a device yo for closing the beam exit window.

In F i g. 1 ist durch strichpunktierte Linien der die Röntgenröhre umfassende Bereich 1. der im wesentlichen den Kühlkreislauf 2 umfassende Bereich und der die elektromagnetische Pumpe 3 umfassende Bereich y_ abgegrenzt. Die Röntgenröhre 4 enthält in dem vakuumdiehten Glaskolben 5 die in bekannter Weise ausgebildete Kathode 6 mit der Glühwendel 7 und ihr gegenüber die Anode 8. Diese besteht aus einer 0.0b mm dikken Molybdänfolie, die zusammen mit der sie außerhalb des Brennflecks Sb abstützenden und vom Kühlkreislauf durchsetzten Metallplatte 8a das der Kathode β gegenüberliegende Ende des Rohrenkolbens 5 abschließt. In der Seitenwand der Röhre 4 ist das 0,5 mm dicke Strahlenaustrittsfenster 9 aus Beryllium vakuum- -45 dicht eingesetzt. Die aus 0,4 mm starkem Wolframdraht bestehende Glühwendel 7 ist mittels der Stromquelle 10 mit einer Spannung von 6 V bei einem Strom von 4 Λ geheizt. Zur Erzeugung der Beschleunigungsspannung zwischen der Kathode 6 und der Anode 8 ist die so von 20 bis 100 kV regelbare Hochspannungsquelle Il an der Kathode und an der geerdeten Anode angeschlossen. Mit 12, 13 sind die Erdungen bezeichnet.In Fig. 1, the area 1 comprising the X-ray tube, the area essentially comprising the cooling circuit 2 and the area y_ comprising the electromagnetic pump 3, are delimited by dash-dotted lines. The X-ray tube 4 includes in the vakuumdiehten glass bulb 5, formed in a known manner cathode 6 having the filament coil 7, and its 8 towards the anode which consists of a 0.0b mm-thick molybdenum foil, the supporting them together with the outside of the focal spot Sb and from the cooling circuit penetrated metal plate 8a closes off the end of the tubular piston 5 opposite the cathode β. In the side wall of the tube 4, the 0.5 mm thick beam exit window 9 made of beryllium is inserted vacuum-45 tight. The incandescent filament 7, which consists of 0.4 mm thick tungsten wire, is heated by means of the power source 10 with a voltage of 6 V and a current of 4. To generate the acceleration voltage between the cathode 6 and the anode 8, the high-voltage source II, which can be regulated from 20 to 100 kV, is connected to the cathode and to the grounded anode. With 12, 13 the grounds are designated.

Mit der Röhre selbst ist der Kühlkreislauf 2 fest verbunden. Er besteht im wesentlichen aus einem Rohr 14 und der an der Rückseite der Anode 8 liegenden und der Ausdehnung des Brennflecks 86 angepaßten, flachen Kammer 15, deren eine Wand durch die Anodenfolie 8 gebildet wird. Das Rohr 14 weist einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von 10 mm auf. während der Durchmesser der flachen Kammer !5 0,7 mm bei einer Breiie von 20 mm beträgt. Das Rohr 14 bildet eine ringförmig geschlossene Kühlmittelführung, an der als Wärmetauscher ein Wasserkühler 16 angebracht ist. Als flüssiges Metall ist eine Natrium-Kalium-Legierung eingefüllt, die 77,25% Kalium und 22,75% Natrium enthält. Die Legierung weist bei Zimmertemperatur eine dynamische Viskosität von 0,546 Centipoises auf, die bei der vorhandenen Abmessung der flachen Kammer 15 eine zur Kühlung hinreichende turbulente Strömung zuläßt.The cooling circuit 2 is firmly connected to the tube itself. It essentially consists of a tube 14 and the flat one lying on the rear side of the anode 8 and adapted to the extent of the focal spot 86 Chamber 15, one wall of which is formed by the anode foil 8. The tube 14 has a circular shape Cross-section with a diameter of 10 mm. while the diameter of the flat chamber! 5 0.7 mm with a slurry of 20 mm. The tube 14 forms an annularly closed coolant duct, on which a water cooler 16 is attached as a heat exchanger. As a liquid metal is a sodium-potassium alloy filled, which contains 77.25% potassium and 22.75% sodium. The alloy exhibits at room temperature has a dynamic viscosity of 0.546 centipoises, which is the given dimension the flat chamber 15 allows a sufficient turbulent flow for cooling.

Die elektromagnetische Pumpe besteht aus dem Magneten 17 und den quer dazu liegenden Elektroden 18, 19, die mit einer Gleichstromquelle 20 verbunden sind. Die Elektroden 18 und 19 sind an das hier abgeflachte Rohr angeschweißt, das einen 2 mm dicken Kanal bildet, dessen Breite derjenigen des Magnetfeldes annähernd entspricht. Das magnetische Feld von 10 000 Gauß des Permanentmagneten 17 erstreckt sich vertikal mii dem Nordpol oben und dem Südpol unten, also qi'cr zu dem an die Elektroden 18, 19 angelegten, in horizontaler Richtung fließenden elektrischen Strom von 1000 A bei einer Spannung von 0,2 V, in dem der positive Pol der Gleichspannung<uielle 20 an der Elektrode 18 und der negative Pol an der Elektrode 19 liegt. Die Flußrichtung ergibt sich dann entsprechend Pfeil 21 in der Zeichenebene von links nach rechts mit einer Pumpleistung von 12 l/min.The electromagnetic pump consists of the magnet 17 and the electrodes 18 lying across it, 19 connected to a DC power source 20. The electrodes 18 and 19 are flattened on the one here Welded on a pipe that forms a 2 mm thick channel, the width of which approximates that of the magnetic field is equivalent to. The magnetic field of 10,000 Gauss of the permanent magnet 17 extends vertically with the North Pole above and the South Pole below, so qi'cr to that applied to the electrodes 18, 19, in horizontal direction flowing electrical current of 1000 A at a voltage of 0.2 V, in which the positive pole of the direct voltage <uial 20 at the electrode 18 and the negative pole is on the electrode 19. The direction of flow then results according to the arrow 21 in the plane of the drawing from left to right with a pump output of 12 l / min.

Bei der im Ausführungsbeispiel als Kühlmittel verwendeten Legierung aus Alkalimetall ist es bekanntlich gefährlich, wenn atmosphärische Luft Zutritt erhält. Zur Sicherung der Umgebung ist es daher vorteilhaft, der Röhre 1 einen Schieber zuzuordnen, der bei Zerstörung der dünnen Anodenfolie 8 das Strahlenaustrittsfenster 9 der Röhre abdeckt, weil dieses wegen der erwünschten Strahlendurchlässigkeit eine schwache Stelle in der Wand des Röhrenkolbens darstellt. Der Schieber der Schutzvorrichtung kann durch eine Feder offengehalten werden und wird bei Zusammenbruch des Vakuums automatisch, elektromagnetisch betätigt. Die in F i g. 2 dargestellte spezielle Ausführungsform des Schiebers besteht aus einem Keil 22, der bei Einführen in einen keilförmigen Schlitz 23 gegen die Ringdichtung 24 drückt und so bei Zerstörung des Strahlenaustrittsfensters 9 dieses Fenster abdeckt.In the case of the alkali metal alloy used as a coolant in the exemplary embodiment, it is known dangerous if atmospheric air is allowed in. To secure the environment, it is therefore advantageous to to assign a slide to the tube 1 which, if the thin anode foil 8 is destroyed, the radiation exit window 9 covers the tube because this is a weak point because of the desired radiation permeability represents in the wall of the tubular flask. The slide of the protection device can be kept open by a spring are and is activated automatically, electromagnetically when the vacuum breaks down. the in Fig. 2 shown special embodiment of the slide consists of a wedge 22, which upon insertion presses into a wedge-shaped slot 23 against the ring seal 24 and so when the beam exit window is destroyed 9 covers this window.

Hierzu 2 Blatt ZeichnurmenFor this purpose 2 sheets of drawing cords

Claims

Patent claims:

1. X-ray machine with X-ray tube, which is in a vacuum flask with a radiation exit window Cathode and an anode, cooled on the back, whose thickness is at the location of the focal point is limited by the mechanical strength caused by the pressure of the coolant and is conditioned with a pump circulated, liquid metal, characterized in that the anode (8) is designed as a thin, deformable metal foil at the location of the focal point, which under the action of the coolant thereby assumes a defined position that a closed Cooling circuit (2) is used, with a tube (14) that connects to the tubular piston (5) and the electrodes (18,19) an electromagnetic pump? a unit forms, which can be used in the magnetic field of the pump (3), and that excitation current and voltage: o «1 pump are stabilized.

2. X-ray device according to claim 1, characterized in that the liquid cooling metal is a sodium-potassium alloy is that 16 to 30%. preferably contains 22.75% sodium.

3. X-ray device according to claim 1, characterized in that that means for keeping the temperature difference of the liquid metal constant are provided.

4. X-ray device according to claim 1 or the following, characterized in that magnetic stabilizers are provided that keep the current of the electromagnetic pump constant to ± 1%.

5. X-ray device according to one of the preceding claims, characterized in that the anode foil consists of a carrier film to which a radiation-emitting metal layer is applied.

6. X-ray device according to claim 5, characterized in that the carrier film consists of a 0.06 mm thick molybdenum foil.

7. X-ray device according to claim 2 and b, characterized in that the closed circuit (2) from a closed tube (14) with a diameter of 10 mm and one of the Extension of the focal spot adapted, flat chamber (15) with a thickness of 0.7 mm and a Width of 20 mm, one wall of which is formed by the anode foil.

8. X-ray device according to one of the preceding claims, characterized in that the ab so cover the radiation exit window (9) of the X-ray tube (1) a slide is attached. the off consists of a wedge and when inserted into a wedge-shaped slot together with a ring seal the radiation exit window seals, and that an electromagnetic device is provided which is controlled depending on the vacuum in the X-ray tube and if the anode foil is destroyed (8) actuates the slide.

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