RÖNTGENTECHNIK : RÖHRE RÖNTGENTECHNIK : RÖHRE RÖNTGENTECHNIK : RÖHRE RÖNTGENTECHNIK : RÖHRE DIE DREHANODEN-RÖHRE DIE DREHANODEN-RÖHRE
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1 DIE DREHANODEN-RÖHRE DIE DREHANODEN-RÖHRE Grundsätzlicher Aufbau einer Drehanodenröhre. Der Anodenteller (1) aus Wolfram ist über eine Molybdänwelle (2) mit dem kugelgelagerten Rotor (3) verbunden. Der Rotor ist der rotierende Teil eines Asynchronmotors (der Stator, der das Drehfeld erzeugt, ist nicht gezeichnet). Die Kathode (4) ist fest mit dem Glaskolben (5) verbunden. Der Röntgenstrahler besteht aus dem Röntgenröhren-Schutzgehäuse und der eingebauten Röntgenröhre. Im Bild ist zugleich ein die Anodentellertemperatur überwachendes Gerät eingezeichnet. Folie 1 Folie 2 DIE STEHANODEN-RÖHRE DIE HOHLANODEN-RÖHRE Hohlanodenröhre als Weichstrahlröhre für niedrige Spannungen (5 bis maximal 100 kv). Das Berylliumfenster ist für weiche Röntgenstrahlen wegen der kleinen Ordnungszahl (N = 4) sehr durchlässig. Folie 3 Folie 4
2 OPTISCHER ELEKTRONISCHER - BRENNFLECK OPTISCHER ELEKTRONISCHER - BRENNFLECK Folie 5 Folie 6 DER HEEL-EFFEKT H Isodosenkurve Richtungsabhängige Intensitätsverteilung ±10% Folie 7 Folie 8
3 ANODENWINKEL - AUSLEUCHTUNG ANODENWINKEL - DOSISLEISTUNG Folie 9 Folie 10 BRENNFLECK - ASTIGMATISMUS MÜF-ERMITTLUNG EINES 100kW-BRENNFLECKS (1) Photometrische Auswertung der Spaltkameraaufnahmen Folie 11 Folie 12
4 MÜF-ERMITTLUNG EINES 100kW-BRENNFLECKS (2) M = 1,3 Randbedingungen: Röhrenspannung 200 kv Brennfleck-Nennwert 0,1 Spaltkamera-Aufnahmen (Länge und Breite) MÜF γ g1 () γ = K () γ M = F ( M 1) l MÜF-BESTIMMUNG NACH IEC sin γ γ g 12 = π γ γ γ g 2 g 12 = F b M ( M 1) MÜF = Modulationsübertragungsfunktion K = Kontrast M = Vergrößerung F l = Fokuslänge γ = Ortsfrequenz F b = Fokusbreite γ g = Grenzortsfrequenz Dichtewerte aus Spaltaufnahmen (Mikrodensitometer) Intensitätsverteilung (optischer Brennfleck) Fouriertransformation Betragsbildung Angaben Nennwert < 0,6: M = 2 Nennwert 0,6: M = 1,3 Folie 13 Folie 14 Brennfleck- Anwendung Brennfleck- Nennwert Diagnostik Nennleistung EXTRAFOKALSTRAHLUNG 0,1 < 0,2 (Stereo-) Vergrößerungstechnik < 12 kw M < 4, Mammographie 0,3 Vergrößerungstechnik M < 2 < 20 kw Mammographie 0,4 < 0,7 Allg. und digitale Aufnahmetechnik < 60 kw für dünnere bis mitteldicke Objekte 0,8 < 1,2 Allg. und digitale Aufnahmetechnik für < 80 kw dickere Objekte. (Schnell-) Serientechnik > 1,2 Allgemeine Aufnahmetechnik, < 100 kw Schwerlastaufnahmen Folie 15 Folie 16
5 PRINZIPIELLER AUFBAU AUFBAU KATHODENKOPF mit überlagerten Brennflecken Folie 17 Folie 18 BRENNFLECK - FOKUSSIERUNG DIE GITTERGESTEUERTE RÖHRE Bei der gittergesteuerten Röntgenröhre ist der Elektronenemitter von der Fokussierungseinrichtung isoliert. Beim Betrieb der Röhre wird der Elektronenemitter mit der Fokussierungseinrichtung verbunden (a). Soll der Röhrenstrom trotz anliegender Hochspannung gesperrt werden, dann wird zwischen Elektronenemitter und Fokussierungseinrichtung eine negative Hilfsspannung angelegt (b). Folie 19 Folie 20
6 VERBUNDANODEN-MATERIALIEN Material Schmelzpunkt Eigenschaft / Bemerkung DIE METALL-GRAPHIT-VERBUNDANODE Wolfram W 3370 C schwer, hart, warmfest, (kalt-)spröde, (höchster Schmelzpunkt aller Metalle) korrosionsbeständig Molybdän Mo 2610 C halb so schwer wie W, guter Wärmeleiter und Wärmespeicher, Mammogr.: charakt. Strahlung Rhenium Re 2440 C W-Legierungsbestandteil für konstante Dosis, ermöglicht kleine Anodenwinkel Graphit C 3650 C sehr leicht (10% von W), sehr hohe Wärmespeicherfähigkeit und abstrahlung (ε ~ 0,8) Niob Nb 2470 C Mammographie: Mo-Legierungsbestandteil, ähnlicher Effekt wie Re in W Rhodium Rh 1965 C Mammographie: charakteristische Strahlung Vanadium V 1890 C Mammographie: Mo-Legierungsbestandteil, ähnlicher Effekt wie Re in W Folie 21 Folie 22 AUFBAU DREHANODENTELLER DOSISVERLUST IST ERKENNBAR Folie 23 Folie 24
7 DER WERKSTOFF RHENIUM RÖHRENBELASTUNG: DER EINFLUSS DER AUFNAHMEFREQUENZ Röhrenbelastung P in Abhängigkeit von der Aufnahmezeit t und von der Anzahl der Bilder je Serie mit einem Fokus Bi3RG (0,2 mm) bei 150 Hz Rotationsfrequenz und 6-Puls-Betrieb. Folie 25 Folie 26 EMISSIONSSTROM I: DER EINFLUSS DES HEIZSTROMES Richardson-Gleichung: e 0 W k T 2 j = A T e W = Austrittsarbeit W: 4,5 ev k = Boltzmann-Konstante 1, J/K T = Temperatur in Kelvin A 0 = Material-Konstante für W: 60 A cm -2 K -2 j e = Emissionsstromdichte EMISSIONSSTROM I: DER EINFLUSS DER SPANNUNG bei niedrigen Spannungen Raumladungsgesetz: 4 I A = ε 9 I A = Anodenstrom ε 0 = Influenzkonstante e = Ladung e - m = Masse e - U A = Anodenspannung d = Kathoden/Anoden-Abstand bei niedrigen Spannungen schirmt die e - -Wolke das anliegende Feld partiell ab. I A = limitiert 0 2 e m U d 3 2 A 2 bei hohen Spannungen: I S = j e A E j e = Emissionsstromdichte A E = Oberfläche Emitter I S = Sättigungsstrom Folie 27 Folie 28
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