Röntgenstrahler
Der Röntgenstrahler ist ein technischer Apparat zum Erzeugen von Röntgenstrahlen. Er besteht aus einer Röntgenröhre und einem Schutzgehäuse, deren Aufbau in der DIN 6814 Blatt 6 festgelegt sind.
Table of contents |
2 Schutzgehäuse 3 Anwendungen 4 spezielle Verfahren und Bauformen |
;Kathoden werden nach der Art der Elektronenerzeugung charakterisiert.
Thermische Emission: Die Kathode besteht aus einem Filament, welches normalerweise aus einem Wolframdraht besteht. Dieses Filament wird auf ca. 2000°C aufgeheizt bis die thermische Emission von Elektronen aus dem Metall beginnt. Die Elektronen bilden eine negativ geladene Elektronenwolke, die dem Austritt weiterer Elektronen entgegenwirkt. Erst über das Anlegen einer positiven Spannung an die Anode werden die Elektronen auf diese beschleunigt. Besteht die Röhre nur aus Kathode und Anode spricht man von einer Diode. Der Emissionsstrom wird allein durch den Heizstrom des Filaments bestimmt. In den meisten Fällen will man schneller und exakter den Röhrenstrom regeln. Deshalb wird ein Wehneltzylinder hinter das Filament geschaltet. Dieser ist negativ in Bezug auf das Filament und wirkt so dem ungehemmten Austritt der Elektronen entgegen. In diesem Fall spricht man von einer Triode.
Feldemission: Das Filament wird hier nur auf moderate Temperaturen je nach Material erhöht. Durch das Aufheizen ist noch keine Emission möglich. Jedoch befinden sich dadurch viele Elektronen auf einem erhöhten Energieniveau oberhalb der Fermilevel. Jetzt wird von Außen ein sogenanntes Extraktionsgitter über das Filament gelegt. Dieses ist positiv gegenüber dem Filament und erzeugt in dem Raum zwischen beiden sehr hohe Feldstärken von mehreren Volt pro Mikrometer. Dies führt dazu, dass Elektronen aus dem Filament gezogen werden. Das Potential der so genannten Vakuumlevel, des Potential welches ein Elektron erreichen muss, um wirklich frei vom ursprünglichen Festkörper zu sein, dieses Potential wird durch das starke äußere Feld mit zunehmenden Abstand von der Oberfläche des Metalls / Filaments abgesenkt. Die herausgezogenen Elektroenen durchtunneln das maximale Potential zur Vakummlevel und verlassen den Festkörper. Hinter dem Extraktionsgitter folgt wieder das negativ geladene Regelungsgitter, der Wehneltzylinder.
Fest- oder Stehanode:Feste Anode, bei der die Elektronen sehr lokal auf eine Fläche treffen. Im Bereich dieses Brennpunktes ist die Abnutzung des Anodenmaterials sehr hoch.
Drehanoden:Die Anode ist ein Teller, der mit Hilfe einer Achse an einem Rotor befestigt ist. Außerhalb der Röntgenröhre befindet sich der Stator zum Antrieb des Rotors. Die Elektronen treffen auf den Rand des Tellers auf, durch die Drehung des Tellers wird der elektronische Brennfleck auf dem Tellerrand verteilt. Dies führt zu einer längeren Lebenszeit der Anode und ermöglicht eine große Strahl-Intensität, die bei feststehender Anode zum Aufschmelzen des Anodenmaterials führen würde. Die Umdrehungszahl solcher Anoden hängt von ihrer Grösse ab: während koventionelle, 'kleine' Teller mit ca. 12cm Durchmesser mit 8000 bis 9000 Umdrehungen/Minute rotieren und meist nicht im Dauerbetrieb (Lagerbelastung!) tätig sind (der Teller wird beschleunigt und abgebremst), drehen Hochleistungsanoden mit ca. 20cm Durchmesser bei 3500 bis 400 Umdrehungen/Minute im Dauerbetrieb. Auf Grund einer starken Wärmeentwicklung (99% der aufgewendeten Energie werden zu Wärme) muss der Anodenteller gekühlt werden. Dies geschieht oft im Schaft des Tellers mit Wasser oder Öl.
Natürlich ist es notwendig, dass auch das Schutzgehäuse abgedichtet ist, ansonsten ist eine vollwertige Funktion (z.B. Drehung um 360° beim Computertomograph) durch herauslaufendes Öl nicht möglich.
Röntgenröhre
Aufbau
Eine Röntgenröhre besteht in ihrer einfachsten Form aus einer Kathode und einer Anode, die in einem Vakuum innerhalb eines abgedichteten Glasköper sitzen.
Im Laufe der Zeit wurden auch bei Röntgenröhren technische Verbesserungen vorgenommen, die allerdings am eigentlichen Prinzip der Erzeugung von Röntgenstrahlen nichts ändern.Funktion
Elektronen werden durch eine Hochspannung von der Kathode zur Anode beschleunigt und dringen in das Anodenmaterial ein. Dabei werden sie abgebremst und erzeugen die Röntgenstrahlen (Bremsstrahlung und charakteristische Röntgenstrahlung).Kathodenarten
Anodenarten
Schutzgehäuse
Das Schutzgehäuse eines Röntgenstrahlers hat drei Funktionen. Es schützt die Röntgenröhre vor mechanischer Belastung, es enthält Öl zur Kühlung der Röhre und es dient zum Schutz vor der unkontrollierten Ausbreitung der Röntgenstrahlung. Um die Umgebung vor den Röntgenstrahlen zu schützen, wird das Schutzgehäuse, welches aus Metall besteht, innen mit Blei ausgekleidet. Die benötigte Röntgenstrahlung wird durch ein Strahlenaustrittsfenster aus Glas oder Berylliumfolie nach außen geleitet. Anwendungen
Elektronik, Medizin, zerstörungsfreie Werkstoffprüfung