DE19513289C2

DE19513289C2 - X-ray tube with an adjustment unit

Info

Publication number: DE19513289C2
Application number: DE19513289A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Rer Nat Hell; Mathias Dipl Phys Hoernig; Helmut Dr Rer Nat Kuhn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2015-04-08
Also published as: DE19513289A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Anode, ei nem Elektronenemitter, von dem ein Elektronenstrahl ausgeht, der unter einem flachen Winkel zur Flächennormalen in einem Brennfleck auf die Auftrefffläche der Anode auftrifft, von dem ein Nutzröntgenstrahlenbündel ausgeht, und einer Ver stelleinheit, mittels derer der Winkel des Elektronenstrahls zur Flächennormalen veränderbar und/oder der Brennfleck auf der Auftrefffläche verlagerbar ist. Unter einem flachen Win kel soll ein Winkel verstanden werden, der größer als 45° ist.The invention relates to an X-ray tube with an anode, egg an electron emitter from which an electron beam emits, that at a flat angle to the surface normal in one Focal spot hits the anode's impact surface, from which runs out of a useful x-ray beam, and a ver actuator, by means of which the angle of the electron beam changeable to the surface normal and / or the focal spot the impact surface is shiftable. Under a flat win angle should be understood to be greater than 45 ° is.

Trifft ein Partikelstrahl, beispielsweise ein laminarer Elek tronenstrahl, unter einem großen Winkel zur Flächennormalen auf eine lokal begrenzte Fläche, dann besteht die Gefahr, daß bereits bei einem relativ geringen Versatz von Partikelstrahl bzw. Partikelquelle und Fläche bzw. dem mit der Fläche ver sehenen Bauteil die Partikel nicht in der an sich beabsich tigten Weise auf die Fläche auftreffen. Ein solcher schäd licher Versatz kann beispielsweise durch Montagefehler oder aufgrund von im Betrieb eines entsprechenden Gerätes auftre tenden Effekten, z. B. thermisch bedingten Ausdehnungen bzw. Kontraktionen, zustande kommen.Strikes a particle beam, for example a laminar elec electron beam, at a large angle to the surface normal on a locally limited area, there is a risk that even with a relatively small offset of the particle beam or particle source and surface or the ver with the surface component, the particles are not in the actual position hit the surface. Such damage Licher offset can be caused, for example, by assembly errors or due to the operation of a corresponding device tendency effects, e.g. B. thermal expansion or Contractions, come about.

Bei Röntgenröhren, bei denen wie im Falle der aus der WO 92/03837 A1 bekannten Röntgenröhre der Elektronenstrahl unter einem flachen Winkel zur Flächennormalen in dem Brenn fleck auf die Auftrefffläche der Anode auftrifft, kann es da her durch Verkippung und/oder Verschiebung des Elektronen emitters sowie durch radiale und/oder axiale Verschiebung der Anode dazu kommen, daß der Elektronenstrahl nicht oder nicht ordnungsgemäß auf die Auftrefffläche der Anode auftrifft. For X-ray tubes, as in the case of the from the WO 92/03837 A1 known X-ray tube of the electron beam at a flat angle to the surface normal in the focal If it hits the anode's impact surface, it may be there forth by tilting and / or shifting the electron emitters and by radial and / or axial displacement of the Anode come in that the electron beam is not or not impinges properly on the impact surface of the anode.

Es besteht zwar grundsätzlich die Möglichkeit, im Zuge der bei der Montage der Röntgenröhre durchzuführenden Justage der beteiligten Teile während dem Betrieb der Röntgenröhre auf tretende Verschiebungen bzw. Verkippungen des Elektronenemit ters und der Anode relativ zueinander bereits zu berücksich tigen, jedoch ist damit ein hoher zeitlicher und damit finan zieller Aufwand verbunden.Basically there is the possibility in the course of adjustment of the X-ray tube to be carried out involved parts during the operation of the X-ray tube occurring shifts or tiltings of the electron with ters and the anode relative to each other However, this is a high temporal and therefore finan associated effort.

Weiter besteht die Möglichkeit, eine Steuerelektrode vorzu sehen und an dieser eine Spannung anzulegen, die derart ein gestellt ist, daß der Elektronenstrahl ordnungsgemäß auf die Auftrefffläche der Anode auftrifft. Dies führt jedoch zu Stö rungen der beispielsweise durch eine Elektronenoptik bewirk ten Fokussierung des Elektronenstrahles.There is also the possibility of using a control electrode see and apply a voltage to this, which is a is that the electron beam properly on the Strikes the anode. However, this leads to disturbances For example, by electron optics focus of the electron beam.

Störungen der Fokussierung des Elektronenstrahles können auch bei einer aus der US 4 607 380 bekannten Röntgenröhre der eingangs genannten Art auftreten, die als Verstelleinheit ei nen Ablenkmagneten für den Elektronenstrahl enthält.Focusing of the electron beam can also occur in an X-ray tube known from US Pat. No. 4,607,380 occur at the outset, the egg as an adjusting unit contains a deflection magnet for the electron beam.

Auch im Falle einer aus der US 4 521 901 bekannten Röntgen röhre, die als Verstelleinheit eine Ablenkspule für den Elektronenstrahl enthält, können Störungen der Fokussierung des Elektronenstrah les auftreten.Also in the case of an X-ray known from US 4,521,901 tube that serves as an adjustment unit for a deflection coil contains the electron beam, can disturb the focus of the electron beam les occur.

In der EP 0 471 627 A1 ist eine Röntgenröhre beschrieben, die es gestattet, ein Objekt mit von an unterschiedlichen Stellen der Auftrefffläche der Anode befindlichen Brennflecken aus gehenden Röntgenstrahlungsbündeln zu durchstrahlen. Um Brenn flecke an unterschiedlichen Stellen der Auftrefffläche reali sieren zu können, ist die Kathode derart schwenkbar angeord net, daß der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl je nach Schwenkstellung der Kathode unter unterschiedliche Win keln und damit an unterschiedlichen Stellen auf die Auftreff fläche auftrifft.EP 0 471 627 A1 describes an X-ray tube which it allows an object with from in different places focal spots located on the impact surface of the anode to radiate outgoing X-ray beams. To burn stains in different places on the impact surface reali To be able to sieren, the cathode is so pivotally arranged net that the electron beam emanating from the cathode ever after swiveling the cathode under different win and thus in different places on the impacts surface hits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf einfache und kostengünstige Weise sichergestellt ist, daß der Elektro nenstrahl im Betrieb der Röntgenröhre in der jeweils ge wünschten Weise auf die Auftrefffläche der Anode auftrifft.The invention has for its object an X-ray tube of the type mentioned in such a way that simple and inexpensive way is ensured that the electrical in the operation of the X-ray tube in the respective ge desired way strikes the impact surface of the anode.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels der Verstelleinheit der Elektronenemitter und die Anode im Sinne einer Änderung des Winkels des Elektronen strahls zur Flächennormalen und/oder einer Verlagerung des Brennfleckes auf der Auftrefffläche zumindest in einer den Elektronenstrahl und die Flächennormale der Auftrefffläche im Brennfleck enthaltenden Ebene relativ zueinander verstellbar sind. Da die Verstelleinheit auch bei bereits evakuierter Röntgenröhre arbeiten kann, ist man jederzeit in der Lage, sowohl auf thermisch bedingte axiale Verschiebungen der Anode als auch auf thermisch bedingte Verkippungen und/oder Ver schiebungen des Elektronenemitters durch Betätigung der Ver stelleinheit korrigierend einzuwirken. Die Montage der Rönt genröhre gestaltet sich also einfach, da keine besonderen Justagen erforderlich sind, um ein ordnungsgemäßes Auftreffen des Elektronenstrahles auf die Auftrefffläche der Anode sicherzustellen. Da der Elektronenemitter und die Anode mit tels der Verstelleinheit in einer den Elektronenstrahl und die Flächennormale der Auftrefffläche im Brennfleck enthal tenden Ebene relativ zueinander verstellbar sind, ist ein be sonders einfacher Aufbau der Verstelleinheit möglich. Dabei können der Elektronenemitter und die Anode im Sinne einer Parallelverschiebung wenigstens im wesentlichen in Richtung der Flächennormalen relativ zueinander verstellbar sein.According to the invention, this object is achieved in that by means of the adjustment unit of the electron emitter and the Anode in the sense of a change in the angle of the electron beam to the surface normal and / or a shift of the Focal spot on the impact surface in at least one of the Electron beam and the surface normal of the impact surface in the Focal spot containing plane adjustable relative to each other are. Since the adjustment unit is also used when the X-ray tube can work, you are always able to both due to thermal axial displacements of the anode as well as thermally induced tilting and / or ver shifts of the electron emitter by actuating the ver the corrective unit. The assembly of the X-ray Genre tube is therefore simple, since there are no special ones Adjustments are required to ensure proper impact of the electron beam on the impact surface of the anode ensure. Since the electron emitter and the anode with means of the adjustment unit in an electron beam and contain the surface normal of the impact surface in the focal spot tendency are adjustable relative to each other, is a be particularly simple construction of the adjustment unit possible. Here can the electron emitter and the anode in the sense of a Parallel displacement at least essentially in the direction the surface normals can be adjusted relative to each other.

Die Kosten für die Verstelleinheit sind gering, insbesondere wenn gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine piezoelektrische Verstelleinheit vorgesehen ist. Es können aber auch andere elektrische, mechanische oder elektromechanische Einheiten vorgesehen sein. Von besonderer Bedeutung ist die durch die Verstelleinheit gegebene Korrek turmöglichkeit, wenn der Elektronenstrahl unter sehr großen Winkeln zur Flächennormalen, beispielsweise unter Winkeln von bis 80° auf die Auftrefffläche der Anode trifft.The cost of the adjustment unit is low, in particular if according to a particularly preferred embodiment of the Invention provided a piezoelectric adjustment unit is. But other electrical, mechanical or Electromechanical units can be provided. Of special The correction given by the adjustment unit is important possibility if the electron beam is very large Angles to the surface normal, for example at angles from to 80 ° meets the impact surface of the anode.

In der Praxis wird es wegen der geringeren Masse bzw. dem ge ringeren Gewicht des Elektronenemitters zweckmäßig sein, die Verstelleinheit dem Elektronenemitter zuzuordnen, d. h. zur Erzielung der gewünschten Relativbewegung zwischen Elektro nenemitter und Anode nur den Elektronenemitter zu verstellen. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Verstelleinheit der Anode zuzuordnen und somit die gewünschte Relativbewegung allein durch Verstellung der Anode zu bewirken. Außerdem ist es auch möglich, sowohl dem Elektronenemitter als auch der Anode eine Verstelleinheit zuzuordnen und die gewünschte Relativbewegung durch Verstellung des Elektronenemitters und der Anode zu bewirken. Auch kann eine Verstelleinheit mehrere Verstellelemente, z. B. Elektromotore oder piezoelektrische Translatoren enthalten.In practice it is because of the lower mass or the ge lighter weight of the electron emitter may be appropriate Assigning the adjustment unit to the electron emitter, d. H. to Achieving the desired relative movement between electrical and the anode only to adjust the electron emitter. In principle, however, it is also possible to use the adjustment unit assign the anode and thus the desired relative movement only by adjusting the anode. Besides, is it is also possible to use both the electron emitter and the Assign an adjustment unit to the anode and the desired one Relative movement by adjusting the electron emitter and to effect the anode. One adjustment unit can also have several Adjustment elements, e.g. B. electric motors or piezoelectric Contain translators.

Als Elektronenemitter kann übrigens ein sogenannter Niedrig temperatur-Emitter vorgesehen sein, d. h. ein Elektronenemit ter, der wenigstens im Bereich seiner Elektronen emittieren den Fläche aus einem Material mit im Vergleich zu dem übli cherweise als Kathodenmaterial verwendeten Wolfram niedriger Elektronenaustrittsarbeit gebildet ist und deshalb bereits bei im Vergleich zu Wolfram niedrigen Temperaturen emittiert. Es muß sich bei dem Elektronenemitter aber nicht notwendiger weise um einen Niedrigtemperatur-Emitter handeln.Incidentally, a so-called low can be used as the electron emitter temperature emitter can be provided, d. H. an electronemite ter who emit at least in the area of his electrons the surface of one material compared to the usual Tungsten typically used as the cathode material is lower Electron work function is formed and therefore already at low temperatures compared to tungsten. However, it does not have to be necessary with the electron emitter wise to act as a low temperature emitter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the accompanying Drawings shown. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre in schematischer Darstellung im Längsschnitt. Fig. 1 shows an X-ray tube according to the invention in a schematic representation in longitudinal section.

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen teilweisen Längs schnitt durch die Röntgenröhre gemäß Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged view of a partial longitudinal section through the X-ray tube shown in FIG. 1,

Fig. 3 den Brennfleck der Röntgenröhre gemäß den Fig. 1 und 2 in vergrößerter perspektivischer Darstellung, und Fig. 3 shows the focal spot of the X-ray tube shown in FIGS. 1 and 2 in perspective enlarged view, and

Fig. 4 den Schnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 3. Fig. 4 shows the section according to line IV-IV in Fig. 3.

In der Fig. 1 ist mit 1 das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre bezeichnet, das im Falle des beschriebenen Ausführungsbei spieles in bekannter Weise unter Verwendung von Metall und Keramik oder Glas - andere Materialien sind möglich - herge stellt ist. Innerhalb des Vakuumgehäuses 1 ist in einem rohr förmigen Gehäuseansatz 2 eine Kathodenanordnung 3 angebracht, die einen innerhalb einer rotationssymmetrischen Weh neltelektrode 4 aufgenommenen Elektronenemitter aufweist, der als Flachemitter in Form einer kreisscheibenförmigen Glüh kathode 5 ausgeführt und mittels einer Keramikscheibe 6 an der Wehneltelektrode 4 angebracht ist. Der Glühkathode 5 gegenüberliegend ist eine insgesamt mit 7 bezeichnete Dreh anode vorgesehen, die einen über eine Welle 8 mit einem Rotor 9 verbundenen Anodenteller 10 aufweist. Der Rotor 9 ist in in der Fig. 1 nicht dargestellter Weise auf einer mit dem Vaku umgehäuse 1 verbundenen Achse 11 drehbar gelagert. Im Bereich des Rotors 9 ist auf die Außenwand des Vakuumgehäuses 1 ein Stator 12 aufgesetzt, der mit dem Rotor 9 zur Bildung eines zum Antrieb der Drehanode dienenden Elektromotors zusammen wirkt.In Fig. 1, 1 denotes the vacuum housing of the X-ray tube, which in the case of the embodiment described is in a known manner using metal and ceramic or glass - other materials are possible - Herge is. Within the vacuum housing 1, a cathode assembly 3 is in a tubular housing attachment 2 is attached, which has a neltelektrode within a rotationally symmetrical Weh 4 electron emitter recorded, the cathode as a flat emitter in the form of a circular disc-shaped annealing carried out 5 and attached to the Wehnelt electrode 4 by means of a ceramic disc 6 is . Opposed to the hot cathode 5 is a rotating anode, generally designated 7 , which has an anode plate 10 connected to a rotor 9 via a shaft 8 . The rotor 9 is rotatably mounted in a manner not shown in FIG. 1 on an axis 11 connected to the vacuum housing 1 . In the area of the rotor 9 , a stator 12 is placed on the outer wall of the vacuum housing 1 and cooperates with the rotor 9 to form an electric motor that drives the rotating anode.

Beim Betrieb der Röntgenröhre wird dem Stator 12 über Leitun gen 13 und 14 ein Wechselstrom zugeführt, so daß der über die Achse 11 mit dem Rotor 9 verbundene Anodenteller 10 rotiert.During operation of the X-ray tube, an alternating current is supplied to the stator 12 via lines 13 and 14 , so that the anode plate 10 connected to the rotor 9 via the axis 11 rotates.

Die Röhrenspannung wird über Leitungen 15 und 16 angelegt. Die Leitung 15 ist mit der Achse 11 verbunden, die ihrerseits mit dem Vakuumgehäuse 1 elektrisch leitend verbunden ist. Die Leitung 16 ist mit einem Anschluß der Glühkathode 5 verbun den. Der andere Anschluß der Glühkathode 5 ist mit einer Lei tung 17 verbunden, über die der Glühkathode 5 ein Heizstrom zugeführt werden kann. Ist dies der Fall, geht von der Glüh kathode 5 ein Elektronenstrahl ES kreisförmigen Querschnitts aus. Während in Fig. 1 nur die Mittelachse des Elektronen strahls ES eingetragen ist, sind in den Fig. 2 und 3 auch dessen Konturen bzw. Begrenzungslinien angedeutet.The tube voltage is applied via lines 15 and 16 . The line 15 is connected to the axis 11 , which in turn is electrically conductively connected to the vacuum housing 1 . The line 16 is connected to a connection of the hot cathode 5 to the. The other connection of the hot cathode 5 is connected to a Lei device 17 through which the hot cathode 5 can be supplied with a heating current. If this is the case, the glow cathode 5 emits an electron beam ES of circular cross section. While only the central axis of the electron beam ES is entered in FIG. 1, its contours or boundary lines are also indicated in FIGS . 2 and 3.

Dieser tritt zunächst durch eine Fokussierungselektrode 19, die unter Zwischenfügung eines Isolators 21 an dem Vakuumge häuse 1 angebracht ist, dann durch die Blendenöffnung A einer mit dem Vakuumgehäuse 1 elektrisch leitend verbundenen und damit auf Anodenpotential liegenden, in einer wenigstens im wesentlichen rechtwinklig zu dem Elektronenstrahl ES liegen den Ebene angeordneten Lochblende 20 und trifft dann wie an gedeutet in einem mit BF bezeichneten Brennfleck auf eine Auftrefffläche 22 des Anodentellers 10 auf. Von dem Brenn fleck BF geht Röntgenstrahlung aus. Das Nutzröntgenstrahlen bündel, dessen Zentralstrahl und Randstrahlen in den Fig. 1 und 2 strichliert angedeutet und mit ZS bzw. RS bezeichnet sind, tritt durch ein Strahlenaustrittsfenster 23 aus. This first passes through a focusing electrode 19, the housing with the interposition of an insulator 21 on the Vakuumge 1 is mounted, then through the aperture A of an electrically conductively connected to the vacuum housing 1, and thus lying at anode potential, in an at least substantially perpendicular to the electron beam ES lie on the plane arranged pinhole 20 and then, as indicated in a focal spot denoted by BF, strikes a contact surface 22 of the anode plate 10 . X-rays emanate from the focal point BF. The useful X-ray beam, the central beam and marginal rays of which are indicated by dashed lines in FIGS . 1 and 2 and denoted by ZS or RS, emerges through a radiation exit window 23 .

Bei der Glühkathode 5 handelt es sich um einen sogenannten Niedrigtemperatur-Emitter aus einem Material mit im Vergleich zu dem üblicherweise als Kathodenmaterial verwendeten Wolfram niedriger Elektronenaustrittsarbeit und damit niedrigerer Be triebstemperatur. Die Glühkathode 5 ist als Sinterkörper aus Iridium und Cer (Ir-Ce) oder Iridium und Lanthan (Ir-La) oder aus Lanthanhexaborid (LaB₆) ausgeführt. Als Materialien für Niedrigtemperatur-Emitter eignen sich ganz allgemein Legie rungen aus Rhenium bzw. einem Metall der VIII. Vertikalreihe des Periodensystems und aus einem Element der Gruppe Bariumr Calcium, Lanthan, Yttrium, Gadolinium, Cer, Thorium, Uran. Außerdem eignen sich mit Lanthanoxid (La₂O₃) dotierte Wolf ram- oder Molybdän-Substrate. Weiter eignet sich thoriertes Wolfram als Material für Niedrigtemperatur-Emitter.The hot cathode 5 is a so-called low-temperature emitter made of a material with a lower electron work function and thus lower operating temperature than the tungsten usually used as the cathode material. The hot cathode 5 is designed as a sintered body made of iridium and cerium (Ir-Ce) or iridium and lanthanum (Ir-La) or made of lanthanum hexaboride (LaB ₆ ). Suitable materials for low-temperature emitters are generally alloys made from rhenium or a metal from the VIII. Vertical series of the periodic table and from an element from the group barium calcium, lanthanum, yttrium, gadolinium, cerium, thorium, uranium. Wolf ram or molybdenum substrates doped with lanthanum oxide (La ₂ O ₃ ) are also suitable. Thorated tungsten is also suitable as a material for low-temperature emitters.

Zwischen dem einen Anschluß der Glühkathode 5 und der Weh neltelektrode 4 liegt gemäß Fig. 1 die Wehneltspannung U_W an. Außerdem liegt gemäß Fig. 1 zwischen dem einen Anschluß der Glühkathode 5 und der Fokussierungselektrode 19 eine Fokus sierungsspannung U_F an.Between the one connection of the hot cathode 5 and the Weh nelt electrode 4, the Wehnelt voltage U _W is present according to FIG. 1. Also, the hot cathode 1 and 5 of the focusing electrode 19 is shown in FIG. Between the one terminal of a focus _F at U sierungsspannung.

Die Gestalt der für den Elektronenstrahl ES vorgesehenen rotationssymmetrischen Durchtrittsöffnung der Fokussierungs elektrode 19, die Fokussierungsspannung U_F und die Weh neltspannung U_W sind derart gewählt, daß sich ein virtueller Brennpunkt oder "cross over" des Elektronenstrahles ES er gibt, der von der Glühkathode 5 aus gesehen hinter der Auf trefffläche 22 liegt. Hierdurch ergibt sich ein laminarer Elektronenstrahl ES, d. h. zwischen der Glühkathode 5 und dem Brennfleck BF existieren im wesentlichen keine sich schnei denden Elektronenbahnen.The shape of the rotationally symmetrical passage opening of the focusing electrode 19 provided for the electron beam ES, the focusing voltage U _F and the wattage voltage U _W are chosen such that there is a virtual focal point or "cross over" of the electron beam ES which results from the hot cathode 5 seen from behind on the target area 22 . This results in a laminar electron beam ES, ie there are essentially no intersecting electron paths between the hot cathode 5 and the focal spot BF.

Um zu vermeiden, daß die thermische Belastung der Auftreff fläche die zulässigen Grenzen übersteigt, trifft der Elektro nenstrahl ES unter einem solchen Winkel α zur Flächennormalen N der Auftrefffläche 22 im Brennfleck BF auf, daß sich ein strichförmiger, genauer gesagt elliptischer Brennfleck BF ergibt (siehe Fig. 3). Die Breite B des Brennfleckes BF ent spricht dem Durchmesser D des Elektronenstrahles (siehe Fig. 4), der bei gegebener Geometrie der Glühkathode 5, der Wehneltelektrode 4, der Fokussierungselektrode 19 und der Lochblende 20 sowie bei gegebenem Heizstrom und gegebener Röhrenspannung von der Wehneltspannung U_W und der Fokussie rungsspannung U_F abhängt.In order to avoid that the thermal load on the impact surface exceeds the permissible limits, the electron beam ES hits the surface normal at an angle α to the surface normal N of the impact surface 22 in the focal spot BF in such a way that a line-shaped, more precisely elliptical focal spot BF results (see Fig. 3). The width B of the focal spot BF corresponds to the diameter D of the electron beam (see FIG. 4) which, given the geometry of the hot cathode 5 , the Wehnelt electrode 4 , the focusing electrode 19 and the pinhole 20, and for a given heating current and tube voltage, corresponds to the Wehnelt voltage U. _W and the focussing voltage U _F depends.

Im Hinblick auf die üblicherweise angestrebten Brennfleckab messungen ist der Winkel α so gewählt, daß sich bei einem Durchmesser D des Elektronenstrahles ES von 0,1 bis 2,0 mm eine Länge L des Brennfleckes zwischen 1 und 15 mm ergibt. Der angegebene Durchmesserbereich gilt für den Durchmesser des Elektronenstrahles ES hinter der Lochblende 20.In view of the usually aimed focal spot measurements, the angle α is chosen so that with a diameter D of the electron beam ES of 0.1 to 2.0 mm, a length L of the focal spot results between 1 and 15 mm. The specified diameter range applies to the diameter of the electron beam ES behind the pinhole 20 .

Die Lage des Strahlenaustrittsfensters 23 ist so gewählt, daß der Winkel β des Zentralstrahles ZS des Nutzröntgenstrahlen bündels zur Flächennormalen N der Auftrefffläche 22 im Brenn fleck BF wenigstens im wesentlichen gleich dem Winkel α ist. In Richtung des Zentralstrahles des Nutzröntgenstrahlenbün dels gesehen ergibt sich ein für eine hohe Abbildungsqualität günstiger wenigstens im wesentlichen kreisförmiger Fokus.The position of the beam exit window 23 is chosen so that the angle β of the central beam ZS of the useful X-ray beam to the surface normal N of the incidence surface 22 in the focal spot BF is at least substantially equal to the angle α. Viewed in the direction of the central beam of the useful X-ray beam, there is an at least substantially circular focus that is favorable for high imaging quality.

Infolge des kreisförmigen Querschnittes des Elektronenstrah les ES ist zunächst die Voraussetzung dafür gegeben, daß sich im Brennfleck BF eine gaußkurvenähnliche Intensitätsvertei lung der Röntgenstrahlung für beliebige Richtungen ergeben kann. Da der Elektronenstrahl ES durch die zwischen der Glüh kathode 5 und dem Anodenteller 10 angeordnete, auf Anoden potential liegende Lochblende 20 tritt, ist sichergestellt, daß der Elektronenstrahl ES auch in unmittelbarer Nähe des Anodentellers 10 noch seinen kreisförmigen Querschnitt auf weist. Infolge der auf Anodenpotential liegenden Lochblende 20 befindet sich nämlich zwischen der Lochblende und dem Anodenteller 10 ein feldfreier Raum, in dem also keine feld bedingten Verzerrungen der Querschnittsgeometrie des Elektro nenstrahles ES mehr auftreten, mit der Folge, daß auf die Auftrefffläche 22 tatsächlich ein Elektronenstrahl ES kreis förmigen Querschnittes auftrifft. Damit ist eine an das gauß kurvenförmige Ideal gut angenäherte Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung im Brennfleck BF gewährleistet, und zwar in beliebigen Richtungen gesehen. Eine solche Intensitätsver teilung wäre trotz der Verwendung einer Kathodenanordnung 3, die einen Elektronenstrahl ES kreisförmigen Querschnittes er zeugt, bei Abwesenheit der Lochblende 20 nicht gewährleistet, da der auf die Auftrefffläche 22 auftreffende Elektro nenstrahl ES dann hinsichtlich seiner Querschnittsgeometrie deutlich von einem kreisförmigen Querschnitt abweichen würde.As a result of the circular cross section of the electron beam ES, the prerequisite is initially given that a Gaussian-like intensity distribution of the X-rays for any direction can result in the focal spot BF. Since the electron beam ES passes through the arranged between the glow cathode 5 and the anode plate 10 , on anode potential perforated aperture 20 , it is ensured that the electron beam ES also in the immediate vicinity of the anode plate 10 still has its circular cross-section. As a result of the pinhole 20 lying at the anode potential, there is a field-free space between the pinhole and the anode plate 10 , in which therefore no field-related distortions of the cross-sectional geometry of the electron beam ES occur, with the result that an electron beam ES actually hits the impact surface 22 circular cross section. This ensures an intensity distribution of the X-rays in the focal spot BF that is well approximated to the Gaussian ideal, as seen in any direction. Such Intensitätsver distribution would not be ensured, despite the use of a cathode assembly 3, the electron beam ES circular cross-section it bears witness, in the absence of the aperture plate 20 because the light incident on the incident surface 22 electric would nenstrahl deviate ES respect to its cross-sectional geometry substantially from a circular cross-section .

Da der Elektronenstrahl ES ein laminares Strahlprofil be sitzt, wird eine nochmals verbesserte Annäherung an das gauß kurvenförmige Ideal der Intensitätsverteilung der Röntgen strahlung im Brennfleck BF erreicht.Since the electron beam ES be a laminar beam profile sits, is a further improved approach to the gauss curve-shaped ideal of the intensity distribution of the X-ray radiation in focal spot BF reached.

Die Lochblende 20 schützt die Glühkathode 5 auch vor Ionenbe schuß. Da nämlich im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre die durch den Beschuß des Anodentellers 10 mit dem Elektro nenstrahl ES produzierten Ionen im feldfreien Raum entstehen, können nur diejenigen zur Glühkathode 5 gelangen, die durch die Lochblende 20 in den nicht feldfreien Raum zwischen Loch blende 20 und Glühkathode 5 treten. Es gelangt also nur ein vergleichsweise geringer Teil der produzierten Ionen zu der Glühkathode 5, so daß im Falle der erfindungsgemäßen Rönt genröhre eine erhöhte Lebensdauer der Glühkathode 5, und da mit der Röntgenröhre, im Vergleich zu einer Röntgenröhre ohne Lochblende erreicht wird. Der Vorteil des als Glühkathode 5 verwendeten Niedrigtemperatur-Emitters gegenüber einem her kömmlichen Elektronenemitter, z. B. aus Wolfram infolge der niedrigeren Betriebstemperatur eine höhere Lebensdauer errei chen zu können, kann also erst voll zum Tragen kommen, da ein vorzeitiger Ausfall der Glühkathode 5 infolge Ionenbeschuß vermieden ist.The pinhole 20 also protects the hot cathode 5 from ionic shots. Since namely in the case of the X-ray tube according to the invention, the ions produced by the bombardment of the anode plate 10 with the electron beam ES are generated in the field-free space, only those can reach the hot cathode 5 which pass through the pinhole 20 into the non-field-free space between the pinhole 20 and the hot cathode 5 kick. So there is only a comparatively small part of the ions produced to the hot cathode 5 , so that in the case of the X-ray tube according to the invention an increased life of the hot cathode 5 , and since the X-ray tube compared to an X-ray tube without pinhole is achieved. The advantage of the low-temperature emitter used as a hot cathode 5 over a conventional electron emitter, z. B. from tungsten as a result of the lower operating temperature can achieve a longer lifespan, so it can only be fully effective since a premature failure of the hot cathode 5 due to ion bombardment is avoided.

Da der Elektronenstrahl ES unter einem flachen Winkel α zur Flächennormalen N der Auftrefffläche 22 im Brennfleck BF auf trifft und die Lochblende 20 in einer zu dem Elektronenstrahl ES wenigstens im wesentlichen rechtwinklig verlaufenden Ebene angeordnet ist, weist die Blendenöffnung A der Lochblende 20 eine Größe auf, die geringer ist, als wenn ein Elektronenstrahl zur Erzeugung eines Brennflecks gleicher Ab messungen unter einem spitzen Winkel zur Flächennormalen N der Auftrefffläche 22 im Brennfleck BF auftrifft. Dies ist vorteilhaft, da die Wahrscheinlichkeit, daß Ionen zu der Glühkathode 5 gelangen, um so geringer ist, je kleiner die Blendenöffnung A ist. Da der Elektronenstrahl ES außerdem einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ergibt sich für eine gegebene Querschnittsfläche des Elektronenstrahles ES und einen gegebenen Winkel α eine minimale Größe der Blen denöffnung A der Lochblende 20.Since the electron beam ES strikes the focal spot BF at a flat angle α to the surface normal N of the impact surface 22 and the pinhole 20 is arranged in a plane at least substantially perpendicular to the electron beam ES, the aperture A of the pinhole 20 has a size, which is less than when an electron beam for generating a focal spot of the same dimensions strikes the focal spot BF at an acute angle to the surface normal N of the impact surface 22 . This is advantageous since the smaller the aperture A is, the less likely the ions will reach the hot cathode 5 . Since the electron beam ES also has a circular cross section, for a given cross-sectional area of the electron beam ES and a given angle α there is a minimum size of the aperture A of the pinhole 20 .

Zwischen der Innenseite des Wandabschnittes eines den Gehäu seansatz 2 verschließenden Keramikteiles 24 und einem die Wehneltelektrode 4 mit der Glühkathode 5 aufnehmenden Kera mikrohr 25 sind zwei piezoelektrische Translatoren 26, 27 vorgesehen, bei denen es sich im wesentlichen um Piezo-Kri stalle handelt. Die piezoelektrischen Translatoren 26, 27 dienen zum einen der mechanischen Verbindung der Kathodenan ordnung 3 mit dem Gehäuseansatz 2. Zum anderen dienen sie da zu, zu Justagezwecken die Glühkathode 5 und die Drehanode 7 im Sinne einer Änderung des Winkels α des Elektronenstrahls ES zur Flächennormalen N der Auftrefffläche 22 und einer Ver lagerung des Brennfleckes BF auf der Auftrefffläche 22 rela tiv zueinander zu verstellen. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die Glühkathode 5 und die Drehanode 7 in einer den Elektronenstrahl ES und die Flächen normale N enthaltenden Ebene relativ zueinander verstellt werden können. Between the inside of the wall section of a housing part 2 closing ceramic part 24 and a Wehnelt electrode 4 with the hot cathode 5 receiving Kera micro tube 25 , two piezoelectric translators 26 , 27 are provided, which are essentially piezo crystals. The piezoelectric translators 26 , 27 serve, on the one hand, for the mechanical connection of the cathode arrangement 3 to the housing attachment 2 . On the other hand, they serve to adjust the hot cathode 5 and the rotating anode 7 in the sense of a change in the angle α of the electron beam ES to the surface normal N of the incidence surface 22 and a displacement of the focal spot BF on the incidence surface 22 relative to one another. This is achieved in a simple manner in that the hot cathode 5 and the rotating anode 7 can be adjusted relative to one another in a plane containing the electron beam ES and the surfaces N normal.

Dazu sind die piezoelektrischen Translatoren 26, 27 derart eingebaut, daß sie bei Veränderungen der an ihnen anliegenden Spannungen eine Längenänderung im wesentlichen in Richtung der Flächennormale N erfahren.For this purpose, the piezoelectric translators 26 , 27 are installed such that they experience a change in length essentially in the direction of the surface normal N when the voltages applied to them change.

Die piezoelektrischen Translatoren 26, 27 sind gemäß Fig. 2 an eine Bedieneinheit 28 angeschlossen. Je nachdem, ob ein mit x bezeichneter Drehknopf 29a oder ein mit α bezeichneter Drehknopf 29b betätigt wird, werden die piezoelektrischen Translatoren 26 und 27 gleichsinnig oder gegensinnig ange steuert. Im Falle einer gleichsinnigen Ansteuerung ergibt sich je nach Ansteuerungssinn eine Parallelverschiebung des Elektronenstrahles ES in Richtung der Flächennormalen N in der einen oder anderen Richtung. Bei gegensinniger Ansteue rung ergibt sich eine Änderung des Winkels α des Elektronen strahles ES zur Flächennormalen N in der einen oder anderen Richtung.The piezoelectric translators 26 , 27 are connected to an operating unit 28 according to FIG. 2. Depending on whether a rotary knob 29 a designated with x or a rotary knob 29 b designated with α is actuated, the piezoelectric translators 26 and 27 are controlled in the same direction or in opposite directions. In the case of a control in the same direction, depending on the control direction, there is a parallel displacement of the electron beam ES in the direction of the surface normal N in one direction or the other. With opposite control, there is a change in the angle α of the electron beam ES to the surface normal N in one direction or the other.

Die piezoelektrischen Translatoren 26, 27 bilden also eine Verstelleinheit, die es ermöglicht, innerhalb der Verstell grenzen der piezoelektrischen Translatoren 26 und 27 die Aus richtung der Kathodenanordnung 3 und der Drehanode 7 relativ zueinander so zu justieren, daß der Brennfleck BF die jeweils gewünschte Position einnimmt.The piezoelectric translators 26 , 27 thus form an adjustment unit which makes it possible to adjust the direction of the cathode arrangement 3 and the rotary anode 7 relative to one another within the adjustment limits of the piezoelectric translators 26 and 27 so that the focal spot BF assumes the desired position .

Diese Justiermöglichkeit ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Winkel zwischen der Flächennormalen N und dem Elek tronenstrahl ES sehr groß ist, beispielsweise 80°, da dann schon geringe Fehljustagen dazu führen könnten, daß der Elek tronenstrahl ES infolge von während des Betriebes der Rönt genröhre auftretenden, thermisch bedingten, axialen Verschie bungen der Drehanode 7 und infolge von thermisch bedingten Verkippungen und/oder Verschiebungen der die Glühkathode 5 enthaltenden Kathodenanordnung 3 die Auftrefffläche 22 ver fehlt. This adjustment is particularly important when the angle between the surface normal N and the electron beam ES is very large, for example 80 °, since even minor misalignments could lead to the electron beam ES due to the tube during operation of the X-ray tube occurring, thermally induced axial displacement of the rotary anode environments 7 and the incident surface 22 ver missing as a result of thermally induced tilting and / or displacements of the hot cathode 5 containing cathode assembly. 3

Da die piezoelektrischen Translatoren 26 und 27 auch bei be reits evakuierter Röntgenröhre mittels der Bedieneinheit 28 betätigt werden können, ist man jederzeit in der Lage, sowohl im Falle von thermisch bedingten, axialen Verschiebungen der Drehanode 7 als auch im Falle von thermisch bedingten Verkip pungen und/oder Verschiebungen der die Glühkathode 5 enthal tenden Kathodenanordnung 3 durch entsprechende Betätigung der piezoelektrischen Translatoren 26 und 27 korrigierend einzu greifen. Die Montage der Röntgenröhre gestaltet sich also einfach, da keine besonderen Justagen erforderlich sind, um ein ordnungsgemäßes Auftreffen des Elektronenstrahles auf die Auftrefffläche 22 der Drehanode 7 sicherzustellen.Since the piezoelectric translators 26 and 27 can be actuated by means of the control unit 28 even when the X-ray tube has already been evacuated, one is always able, both in the case of thermally induced axial displacements of the rotating anode 7 and in the case of thermally induced tilting and / or to intervene to correct the displacements of the cathode arrangement 3 containing the hot cathode 5 by appropriate actuation of the piezoelectric translators 26 and 27 . The assembly of the x-ray tube is thus simple since no special adjustments are required to ensure that the electron beam hits the impact surface 22 of the rotating anode 7 properly.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels sind im Hin blick auf die geringen Kosten piezoelektrische Translatoren 26 und 27 vorgesehen. Es können aber auch andere elektrische, mechanische oder elektromechanische Verstellelemente vorgesehen sein.In the case of the described embodiment, piezoelectric translators 26 and 27 are provided in view of the low cost. However, other electrical, mechanical or electromechanical adjustment elements can also be provided.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die durch die piezoelektrischen Translatoren 26 und 27 gebildete Ver stelleinheit der Kathodenanordnung 3 wegen deren geringerer Masse bzw. deren geringerem Gewicht zugeordnet. Das heißt, daß zur Erzielung der gewünschten Relativbewegung zwischen Kathodenanordnung 3 und Drehanode 7 allein die Kathodenanord nung 3 verstellt wird. Es ist aber grundsätzlich auch mög lich, die Verstelleinheit der Drehanode 7 zuzuordnen und so mit die gewünschte Relativbewegung allein durch Verstellung der Drehanode 7 zu bewirken. Außerdem ist es auch möglich, sowohl der Kathodenanordnung 3 als auch der Drehanode 7 eine Verstelleinheit zuzuordnen und die gewünschte Relativbewegung durch Verstellung der Kathodenanordnung 3 und der Drehanode 7 zu bewirken. Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels enthält die Verstelleinheit mehrere Verstellelemente, nämlich die beiden piezoelektrische Translatoren 26, 27. Unter Um ständen kann es aber genügen, wenn die Verstelleinheit nur ein Verstellelement enthält.In the case of the exemplary embodiment described, the adjusting unit formed by the piezoelectric translators 26 and 27 is assigned to the cathode arrangement 3 because of its lower mass or its lower weight. This means that only the cathode arrangement 3 is adjusted in order to achieve the desired relative movement between cathode arrangement 3 and rotating anode 7 . In principle, however, it is also possible to assign the adjusting unit to the rotating anode 7 and thus to effect the desired relative movement solely by adjusting the rotating anode 7 . Moreover, it is also possible to assign a 7 both adjustment of the cathode assembly 3 and the rotating anode and to effect the desired relative movement by adjustment of the cathode assembly 3 and the rotating anode. 7 In the case of the exemplary embodiment described, the adjustment unit contains a plurality of adjustment elements, namely the two piezoelectric translators 26 , 27 . Under circumstances it may be sufficient if the adjustment unit contains only one adjustment element.

Alternativ zu der beschriebenen Ausbildung der Glühkathode 5 als Sinterkörper besteht auch die Möglichkeit, die Glüh kathode 5 aus einem Grundkörper und einer im Bereich der zur Elektronenemission vorgesehenen Fläche auf dem Grundkörper angebrachten Beschichtung aufzubauen. Dabei besteht die Be schichtung aus einem Material, das im Vergleich zum Material des Grundkörpers eine geringe Elektronenaustrittsarbeit auf weist. Als Material für den Grundkörper kommt beispielsweise Wolfram oder Molybdän, als Material für die Beschichtung Lanthanhexaborid (LaB₆) in Frage.As an alternative to the described design of the hot cathode 5 as a sintered body, there is also the possibility of constructing the hot cathode 5 from a base body and a coating applied to the base body in the area of the area provided for electron emission. The coating consists of a material that has a low electron work function compared to the material of the base body. For example, tungsten or molybdenum can be used as the material for the base body and lanthanum hexaboride (LaB ₆ ) as the material for the coating.

Weiter besteht die Möglichkeit, die Glühkathode 5 aus einem Grundkörper und einer Beschichtung aufzubauen, die den Grund körper außer im Bereich seiner zur Elektronenemission vorge sehenen Fläche bedeckt und aus einem Material besteht, das eine im Vergleich zu dem Material des Grundkörpers hohe Elek tronenaustrittsarbeit aufweist. Als Material für den Grund körper eignet sich beispielsweise LaB₆, als Material für die Beschichtung Wolfram oder Molybdän.There is also the possibility of constructing the hot cathode 5 from a base body and a coating which covers the base body except in the area of its surface provided for electron emission and consists of a material which has a high electron work function in comparison with the material of the base body. LaB ₆ , for example, is suitable as the material for the base body, and tungsten or molybdenum as the material for the coating.

Wenn ein gegen Ionenbeschuß unempfindlicher Elektronenemitter vorgesehen ist, kann anstelle der Lochblende 20 auch eine an dere auf Anodenpotential liegende Elektrode vorgesehen sein, durch die sichergestellt ist, daß der Elektronenstrahl ES tatsächlich mit kreisförmigem Querschnitt auf die Auftreff fläche 22 auftrifft.If an electron emitter insensitive to ion bombardment is provided, instead of the pinhole 20 , an electrode at the anode potential can also be provided, by which it is ensured that the electron beam ES actually strikes the impingement surface 22 with a circular cross section.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Drehanoden-Röntgenröhre. Die Erfindung kann aber auch bei Röntgenröhren mit Festanode Anwendung finden.In the embodiment described above it is a rotating anode x-ray tube. The invention can but can also be used for X-ray tubes with a fixed anode.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles ist der Elektronenemitter durch eine direkt beheizte Glühkathode ge bildet. Anstelle einer direkt beheizten Glühkathode kann aber auch ein anderer Elektronenemitter, z. B. eine indirekt be heizte Kathode oder eine Elektronenstrahlkanone, z. B. nach Pierce verwendet werden. Falls als Elektronenemitter eine direkt beheizte Glühkathode verwendet wird, muß diese nicht notwendigerweise wie im Falle des beschriebenen Ausführungs beispieles als Flachemitter ausgebildet sein. Vielmehr kann auch ein insbesondere konkav gekrümmter Elektronenemitter Verwendung finden.In the case of the described embodiment, the Electron emitter through a directly heated hot cathode forms. Instead of a directly heated hot cathode, however another electron emitter, e.g. B. an indirect be heated cathode or an electron beam gun, e.g. B. after Pierce can be used. If as an electron emitter directly heated hot cathode is used, it does not have to necessarily as in the case of the described embodiment example, be designed as a flat emitter. Rather can also a particularly concave curved electron emitter Find use.

Claims

1. X-ray tube with an anode ( 7 ), an electron emitter ( 5 ), from which an electron beam (ES) emits, which at a flat angle (α) to the surface normal (N) in a focal spot (BF) on the impact surface ( 22 ) the anode ( 7 ) strikes, from which a useful X-ray beam emanates, and an adjusting unit ( 26 , 27 ) by means of which the angle (α) of the electron beam (ES) can be changed to the surface normal (N) and / or the focal spot (BF) the impact surface ( 22 ), is displaceable is characterized in that by means of the adjusting unit ( 26 , 27 ) the electron emitter ( 5 ) and the anode ( 7 ) in the sense of a change in the angle (α) of the electron beam (ES) to the surface normal ( N) and / or a displacement of the focal spot (BF) on the impact surface ( 22 ) at least in a plane containing the electron beam (ES) and the surface normal (N) of the impingement surface ( 22 ) in the focal spot (BF) containing plane adjustable relative to one another are.

2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the adjusting unit ( 26 , 27 ) can be actuated when the X-ray tube is evacuated.

3. X-ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that the X-ray tube has a piezoelectric adjustment unit ( 26 , 27 ).

4. X-ray tube according to one of claims 1 to 3, characterized in that by means of the adjusting unit ( 26 , 27 ) the electron emitter ( 5 ) and the anode ( 7 ) for shifting the focal spot (BF) on the impact surface ( 22 ) in the sense a parallel displacement at least essentially in the direction of the surface normal (N) are adjustable relative to each other.