Analytische Methode zur multikriteriellen Optimierung von Komponenten einer hochbrillanten Mikrofokus-Röntgenröhre

Die vorliegende Arbeit beschreibt am Beispiel der Entwicklung von Komponenten einer Röntgenröhre die Erweiterung der klassischen Konstruktionsmethodik um einen analytischen Aspekt am Beispiel der Komponenten einer Röntgenröhre. Die Integration der multikriteriellen Optimierung in die Vorentwurfsphase ermöglicht einen früheren Eingriff in die dafür ausreichend gereifte Struktur des Entwicklungsprozesses.
Die Brillanz-Maximierung der Röntgenröhre bildet in dieser Arbeit das wichtigste Zielfunktional und somit Kernpunkt der dargestellten Untersuchungen und Ergebnisse. Diese zieht den schöpferischen Teil der Arbeit als roter Faden durch. Sie hat die höchste Priorität und wurde als physikalisches Kriterium für die Röntgenstrahlausbeute in den Fokus gesetzt. Die anderen Zielfunktionen des jeweiligen Simulationsblocks wurden in Hinsicht der Brillanz-Maximierung entsprechend behandelt und angepasst. Die sekundären Zielfunktionen, wie Durchschlagfestigkeit, thermische und mechanische Belastung, optische Elektronenspot-Größe und -Struktur nach GAUß, werden durch die Anwendung der multikriteriellen Optimierung in Bezug auf zulässige Grenzen berücksichtigt. Aufgrund großen Geometrieänderungen wurden bei Simulationskaskaden ableitungsfreie Methoden verwendet.
Die Abbildung von Zielfunktionen in Abhängigkeit voneinander und vor allem zur Brillanz wurde als dreidimensionale Pareto-Fronten dargestellt. Die Zielfunktionen aus den früheren Simulationsblöcken werden durch die vorgeschriebenen geometrischen, physikalischen und werkstofflichen Restriktionen zu den eigenen Restriktionen der dominierenden Brillanz-Zielfunktion nivelliert. Die Zielfunktionen, die ein Maximum annehmen, wurden entsprechend invertiert, damit ein globales Minimum als Punkt oder als Front repräsentiert werden kann.