Was ist eine Anode?
In diesem Artikel:
- Die Anode in einer Röntgenröhre dient als Ziel für Hochgeschwindigkeitselektronen und wandelt deren kinetische Energie beim Aufprall in Röntgenstrahlen und Wärme um.
- Wolfram ist aufgrund seiner hohen Ordnungszahl und seines extrem hohen Schmelzpunktes (~3400 °C) das bevorzugte Anodenmaterial, da es eine effiziente Röntgenstrahlengenerierung und thermische Beständigkeit unterstützt.
- Nur ein kleiner Teil der Elektronenenergie (nur 0,1 %) wird in Röntgenstrahlen umgewandelt; der Rest wird in Wärme umgewandelt, was robuste Kühlmethoden wie Wärmeleitung, Konvektion oder Zwangsumwälzung erforderlich macht.
- Der Brennpunkt auf der Anode – wo die Elektronen auftreffen – ist entscheidend für die Bildschärfe; seine Größe und sein Winkel bestimmen die effektive Brennpunktgröße, die bei der radiografischen Bildgebung verwendet wird.
- Die Steuerung der Brennpunktbelastung und der Wärmeableitung ist unerlässlich, um Schäden an der Anode zu vermeiden und hochauflösende, leistungsstarke zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) durchzuführen.
Das Ziel besteht typischerweise aus Wolfram. Dies ist nicht nur in seiner hohen Atomzahl, sondern auch seinem hohen Schmelzpunkt (ungefähr 3400 ˚C) begründet. Die Verwendung eines Materials mit hohem Schmelzpunkt ist entscheidend, da bei der Konzentration (Fokussierung) des Elektronenbeschusses auf einer sehr kleinen Oberfläche eine erhebliche Wärmemenge freigesetzt wird. Nur ein kleiner Teil (ungefähr 0,1 % bei 30 keV; 1 % bei 200 keV; 40 % bei 30 bis 40 MeV) der kinetischen Elektronenenergie wird in Röntgenstrahlung, der Rest in Wärme umgewandelt.
Kühlung der Anode: Mit der Erzeugung der Röntgenstrahlung geht eine ganz erhebliche Wärme einher, sodass die Anode gekühlt werden muss. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen: 1. durch natürliche Strahlung 2. durch Konvektion 3. durch Zwangsumlauf von Flüssigkeit oder Gas 4. durch Ableitung
Der Brennpunkt: Der von den Elektronen getroffene Zielbereich, siehe Abbildung 2-4, wird als Brennpunkt oder „Fokus“ bezeichnet. Um eine lokale Überhitzung zu vermeiden, die die Anode beschädigen kann, ist es wichtig, dass dieser Bereich eine ausreichende Größe aufweist. Vom radiografischen Standpunkt aus, muss der Fokus jedoch so klein wie möglich sein, um die maximale Schärfe des Röntgenbildes zu erzielen. Diese „fokale Belastung“ wird in Joule/mm2 angegeben. Ein Wolframziel kann einer maximalen Belastung von 200 Joule/mm2 standhalten. Eine höhere Belastung kann die Anode beschädigen.
Effektive Brennfleckgröße: Die Projektionen des Brennflecks auf einer Oberfläche senkrecht zur Achse des Röntgenstrahls wird als „effektive Brennfleckgröße“ oder „Fokusgröße“ bezeichnet, siehe Abbildung 2-4. Die effektive Brennfleckgröße ist einer der Radiographieparameter, siehe Abschnitt 11-1. Die effektive Brennfleckgröße muss so klein wie möglich sein, um die maximale Schärfe des Röntgenbildes zu erzielen. Die Abmessungen des Fokus sind vorgegeben durch: 1. Die Größe des Brennpunkts und 2. Den Wert des Winkels α, siehe Abbildung
Es ist zu beachten, dass wenn in der Radiographie von der „Fokusgröße“ die Rede ist, sofern dies nicht genauer spezifiziert wird, normalerweise die effektive Brennpunktgröße gemeint ist. Konventionelle Röntgenröhren weisen effektive Brennpunktgrößen im Bereich von 4 x 4 mm bis 1 x 1 mm auf. Es gibt Feinfokusröhren mit Brennpunktgrößen ab 0,5 x 0,5 mm und Mikrofokusröhren mit Brennpunktdurchmessern von 50 μm oder sogar weniger. Die effektive Brennpunktgröße wird in Übereinstimmung mit dem in EN 12543 festgelegten Verfahren bestimmt. Ein praktisches Alternativverfahren wird in einem späteren Abschnitt dargelegt.
