Teil 2 - Anodenarten

Die Röntgenröhre (2)

kszeifert 14 Mar, 2012 10:00

Teil 2 Anodenarten

Ein wesentlicher Bestandteil einer Röntgenröhre und deren Belastbarkeit ist die Anode. Es wird unterschieden:

Röntgen-Festanode, Kupfer,
wassergekühlt, eingelassene
Wolframplatte mit starken
Gebrauchsspuren

A. Fest- oder Stehanoden

Schematische Darstellung
einer Stehanodenrohre

Bei einer feststehenden Anode treffen die Elektronen auf eine typischerweise 1 x 10 mm² große Fläche. Im Bereich dieses Brennpunktes kann die Abnutzung des Anodenmaterials sehr hoch werden. Man verwendet z. B. in Kupfer eingelassene Wolfram-Platten. Wolfram besitzt eine besonders hohe Konversionsrate von elektrischer Energie in Röntgenstrahlungsenergie bei gleichzeitig hohem Schmelzpunkt.
In der neueren Röntgendiagnostik spielen diese Anoden, wegen ihrer relativ geringen Belastbarkeit keine Rolle mehr. ...

B. Drehanodenröhren

Die Drehanode besteht üblicherweise aus einem Verbundteller aus einer Wolfram-Deckschicht und einer darunter liegenden, hoch wärmefesten Molybdän-Legierung, der über eine Welle an einem Rotor (Kurzschlussläufer) befestigt ist.

Schnittdarstellung einer Drehanodenröhre
im ölgefüllten Gehäuse

Außerhalb der Röntgenröhre befindet sich das Spulenpaket des Stators zum Antrieb des Rotors nach dem Prinzip eines Asynchronmotors. Die Elektronen treffen auf den Rand des Tellers auf.

Durch die Drehung des Tellers wird die Wärme aus dem Brennfleck auf dem Tellerrand verteilt. Dies führt zu einer längeren Lebenszeit der Anode und ermöglicht eine größere Strahlintensität, als sie bei feststehender Anode bis zum Aufschmelzen des Anodenmaterials erreichbar wäre.

Die Umdrehungszahl solcher Anoden ist verschieden:

Während Anodenteller mit ca. 8 bis 12 cm Durchmesser mit 8000 bis 9000 Umdrehungen /Minute meist nicht im Dauerbetrieb rotieren,(die Lebensdauer von Kugellagern beträgt im Vakuum nur wenige hundert Stunden; der Teller wird daher beschleunigt und nach der Aufnahme wieder abgebremst), drehen Hochleistungsanoden mit ca. 20 cm Durchmesser bei 3500 bis 6000 Umdrehungen/Minute im Dauerbetrieb und sind vorzugsweise auf verschleißfreien hydrodynamischen Gleitlagern montiert.

Auf Grund der starken Wärmeentwicklung (99 % der aufgewendeten Energie wird zu Wärme) muss der Anodenteller gekühlt werden.

Dies geschieht bei Röhren mit Kugellagern nur durch Wärmeabstrahlung und bei Röhren mit Flüssigmetall-Gleitlagern zusätzlich durch direkte Wärmeableitung ins Innere des Lagers und dann in das Kühlwasser oder Kühlöl hinein.

Ein weiterer Vorteil von hydrodynamischen Gleitlagern ist der verschleißfreie, fast geräuschlose Lauf, sodass auch aus diesem Grund die Beschleunigung und Abbremsung der Anode entfallen kann.

C. Drehkolben-Röhre

schematische Zeichnung einer
Drehkolben-Röhre

Eine neuere Entwicklung ist die Drehkolben-Röhre (rotating envelope tube). Bei dieser Technologie ist die Anode als Teil der Wandung der Röhre ausgeführt, und die ganze Röhre rotiert.Die Kathode sitzt mittig in der Drehachse der Röhre, und der Elektronenstrahl wird magnetisch auf die Kreisbahn der Anode gelenkt.

Durch diese Konstruktion ist es möglich, die Anode direkt mit Öl zu kühlen, da sie ein Teil des Gehäuses der Röhre ist. Dies erlaubt sehr leistungsstarke Röhren.

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Quelle: Die obige Beschreibung stammt aus dem Wikipedia-Artikel “Röntgenröhre“, lizenziert gemäß CC-BY-SA. Eine vollständige Liste der Autoren befindet sich hier.

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