Patent DE-102015001440-A1 (DE)
Title: Miniaturisierte Röntgenröhre mit Kathode und Anode aus Koops-GranMat und mit Verzögerer
Inventor: KOOPS HANS WILFRIED PETER
IPC: H01J35/14
Filed: 2015-02-09
Abstract: Miniaturisierte Röntgenröhre mit einem Durchmesser von < 5 mm und 20 mm Länge, die wenigstens eine kalte Feldemissionkathode und eine Anode besitzt, die beide aus Koops-GranMat ®  hergestellt sind und in einem Vakuumraum verbaut sind, der mit einer miniaturisierten Orbitron-Pumpe gepumpt wird. Die Hochspannung für den Emitter, die Orbitron-Pumpe und die Anodenspannung werden in dem miniaturisierten Röntgenröhrensystem erzeugt und in Festkörperisolation eingebettet. Die Stromversorgung der Röhre besitzt ein flexibles Niederspannungskabel. Die Röntgenstrahlung wird mit Elektronen aus einer kalten Feldemission-Kathode erzeugt, die aus Koops-GranMat ®  (Pt/C) hergestellt wird. Sie werden herausgezogen mit einem ersten Hochspannungs-Sattelpunkt, der als Ionenspiegelpotential wirkt, und werden mit mehreren Hochspannungs-Doppelelektroden mit Ionenspiegelpotential weiter beschleunigt und schließlich auf die aus Koops-GranMat ®  (Pt/C, oder Au/C) hergestellte Anode fokussiert, und die Elektronen regen in der Anode charakteristische Röntgenstrahlung von den L-, M-, und N-Linien an. Elektronen, die die Anode nach der Röntgenstrahlerzeugung durch elastische und unelastische Streuung verlassen, werden durch Verzögerungsgitter mit negativem Potential verzögert, bevor sie auf die Innenwand der Röntgenröhre treffen und dabei wird die Erwärmung der Wand durch das Auftreffen der gestreuten Elektronen verringert, weshalb solche Röntgenquellen im Körper und in Gewebe für Röntgentherapie eingesetzt werden können.  Die Verwendung von Koops-GranMat ®  als Kathoden- und Anoden Material ermöglicht die Nutzung sehr viel höherer Quellenströme und die Verwendung sehr viel höherer Stromdichte zur Röntgenstrahlerzeugung an der Anode. Der Versorgungsstrom wird als Niederspannung von außen zugeführt, und die für die Pumpe und die Röntgenstrahlung benötigte Hochspannung wird in der Röhre mittels eines miniaturisierten Kaskadenverstärker erzeugt, die alle in Festkörperisolation eingebettet sind. Ein mehrstufiger Beschleuniger wird verwendet, um auf Hochspannung beschleunigte Elektronen zu liefern, wie sie für die Röntgenstrahlbildgebung, für die Röntgenstrahl-Phasenkontrast-Bildgebung und die zeitlich begrenzte medizinische Behandlung von Gewebe mit Röntgenstrahlung benötigt werden. Kennzeichnend für die Röntgenröhre wie auch für andere Standard Brachytherapie-Röntgenstrahl Quellen ist, dass die Strahlungsemission an- und ausgeschaltet werden kann. Der Vorteil gegenüber allen anderen Röntgenstrahlquellen und -Röhren ist die Verwendung der kalten Feldemissionsquelle, die eine viel höhere Helligkeit und einen viel höheren Emissionsstrom besitzen und dass im Beschleunigungsbereich eine Ionenspiegel Optik im Bereich der Kathode und Anode zum Einsatz kommt, um den Ionenstoß auf der Feldemissions-Kathode zu reduzieren, und indem ein Anodenmaterial verwendet wird, dass sich durch den Elektroneneinschlag nicht erhitzen kann, da das Photonenspektrum im Koops-GranMat ®  Anodenmaterial durch die Größe der Kristalle geometrisch quantiert ist auf 2 meV oder 23 K.