Zur Abdeckung unterschiedlicher Anwendungen und unterschiedlicher Leistungskategorien werden drei Typen von Mikrofokus-Röntgenröhren unterschieden. Im Bereich der hochauflösenden und hoch vergrößernden Analytik kommen Röntgenröhren mit Transmissionskopf zum Einsatz. Im Bereich höherer Leistungsanforderungen, z. B. bei der Analyse dichter - zumeist metallischer - Materialien werden Röntgenröhren mit gekühlten Reflexions- oder Direktstrahlköpfen eingesetzt. Zur Platzierung der Röntgenquelle an schwer zugänglichen Stellen - z. B. innerhalb mechanischer Baugruppen oder von Rohren - dient die Stabanodenröhre. Die drei Röntgenröhrentypen unterscheiden sich hauptsächlich im Bereich des Strahlkopfes, also am "Frontend" und werden auf den folgenden Seiten beschrieben.
Transmissionsröhren
Der Strahlkopf der Transmissionsröhre enthält ein scheibenförmiges "Target", auf welchem eine extrem dünne Wolfram-Schicht aufgebracht wird. Diese Schicht ist - je nach Aufgabenstellung - zwischen 1 und 10µm dick. Für spezielle Aufgabenstellungen werden auch andere Materialien eingesetzt, ebenso für das Trägermaterial. Welcher Target-Typ für ihre Anwendung optimal ist, erfahren Sie im Bereich "Target-Typen".
Das Transmissionstarget im Strahlkopf wird mit einem fokussierten Elektronenstrahl beschossen. Die Größe dieses Fokuspunktes (auch Brennfleck oder engl. focal spot) definiert die Unschärfe des Röntgenbildes. Es gilt: je größer der Fokuspunkt, desto größer die geometrische Unschärfe. Für die hoch auflösende Röntgenprüfung ist somit ein möglichst kleiner Brennfleck von hoher Wichtigkeit.
Geometrische Vergrößerung und geometrische Unschärfe
In der Wolfram-Schicht entsteht durch den Elektronenbeschuss Röntgenstrahlung. Diese breitet sich kugelförmig um den Aufschlagpunkt der Elektronen aus. Als Nutzstrahl wird ein Strahlenkegel verwendet, der durch das Target aus der Röhre austritt. Der Öffnungswinkel beträgt um die 170°, kann aber durch Blenden auf beliebige Winkel eingeschränkt werden.
Die Dicke des Targets hat großen Einfluss auf die maximal erreichbare Vergrößerung in der Röntgen-Mikroskopie, also der hoch vergrößernden 2-dimensionalen Röntgenprüfung. Je näher das zu untersuchende Teil an den Ausgangspunkt der Röntgenstrahlung herangebracht werden kann, desto höher ist die maximal erreichbare Vergrößerung.
Effektive Brennfleckgröße
Die maximale Leistung einer Transmissionsröhre wird durch die Wärmeleitfähigkeit des Targets bestimmt. Bei zu starker Fokussierung des Elektronenstrahles wird der Schmelzpunkt des Materials überschritten, was zu Einbränden in der Wolfram-Schicht und auch zu Löchern im Trägermaterial führen kann. Das Material mit maximaler Leitfähigkeit ist kristalliner Kohlenstoff (Diamant). Eine Trägerschicht aus Diamant definiert somit die maximale Leistungsfähigkeit einer hochauflösenden und hoch vergrößernden Transmissionsröhre. Transmissionsröhren von X-RAY WorX finden Sie hier.
Reflexions- oder Direktstrahlröhre
Die Reflexions- oder Direktstrahlröhre verfügt über ein innen liegendes massives Target. Aufgrund der integrierten Kühlung kann ein Reflexionstarget mit Elektronen wesentlich höherer Energie beschossen werden als ein Transmissionstarget. Als Nutzstrahl wird die vom Target in einem Winkel von etwa 60° reflektierte Röntgenstrahlung verwendet.
Der minimale Abstand des Fokuspunktes auf dem Target zur Außenseite der Röhre ist bei der Reflexionsröhre höher als bei der Transmissionsröhre. Die maximal mögliche Vergrößerung bei Verwendung einer Reflexionsröhre ist daher geringer als bei einer Transmissionsröhre. Reflexionsröhren von X-RAY WorX finden Sie hier.
Stabanode / Stabanodenröntgenröhre
Stabanodenröhren spielen in vielen Bereichen der Industrie eine Schlüsselrolle für die zerstörungsfreie Materialprüfung.
Ihre geringe Brennfleckgröße liefert Prüfergebnisse in höchster Auflösung. Besondere Anforderungen an die verwendeten Röntgenquellen ergeben sich z. B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie, im Rohrleitungsbau und der Gießerei-Industrie. Stabanodenröhren von X-RAY WorX finden Sie hier.