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Röntgenröhre mit Glühkathode.
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Art gehören unter andern die von Wehnelt und Trenkle (Sitz.-Ber. d. phys.-med. Soz., Erlangen 37, 3] 2, 1905) sowie die von Coolidge gebauten.
Während bei der Röntgenröhre von Wehnelt und Trenkle das Vakuum nicht sehr hoch war, wird von Coolidge vorgeschrieben, die von ihm gebaute Röntgenröhre möglichst scharf zu evakuieren um Gasionisation vorzubeugen. Zu diesem Zwecke ist der Gasdruck in Coolidges Röntgenröhren annähernd O'OOOOo mm Quecksilbersäule und ist die äusserste Grenze 0'0006 me, somit weit niedriger als der Gasdruck in Röntgenröhren, bei denen die Wirkungsweise auf Gasionisation beruht, und bei denen der Gasdruck zwischen 0 001 und 0'01 mm Quecksilbersäule liegt. Man hat sogar, um sicher zu sein, dass die allerletzten Gasreste möglichst entfernt werden, vorgesehlagen, in die Röntgenröhre geeignete Stoffe (z. B.
Thorium, Zirkonium) einzuführen, die wenn erhitzt fähig sein sollen, die Gasreste zu binden.
Es wurde nun gefunden, dass die Nachteile der Gasionisation auch auf andere Weise als durch hohe Entlüftung der Röntgenröhre behoben werden können, und dass es möglich ist, eine Röntgenröhre mit Glühkathode auch dann richtig zu betreiben, wenn in ihr eine geeignet gewählte Gasfüllung vorhanden ist. Röntgenröhren mit Glühkathode nach der Erfindung enthalten eine Gasfüllung von Wasserstoff, Helium oder eines Gemenges dieser Gase unter einem solchen Drucke, dass eine störende Gasionisation nicht eintritt. In der Regel wird der Gasdruck über 0 0006 mm Quecksilbersäule gewählt.
Sehr gute Ergebnisse werden mit Röntgenröhren erzielt, bei denen während des Betriebes das Feld an der Antikathode sehr intensiv ist. Je kräftiger bei solchen Röntgenröhren das Feld an der Antikathode ist, desto höher liegt der Gasdruck, bei der die Gasionisation eine Rolle zu spielen anfängt.
Die Erfindung erstreckt sich somit auf Röntgenröhren, bei denen infolge Bauart und geometrischer
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Wahrscheinlich findet das Auftreten der Ionisation seinen Grund in dem Auftreten sekundärer Elektronen, die an der Antikathode ausgelöst werden. Dadurch, dass man das Feld nahe dem Brennfleck kräftig macht, dürften diese sekundären Elektronen nach der Antikathode zurückgezogen werden, ehe sie Gelegenheit gehabt haben, Moleküle der Gasfüllung zu ionisieren.
Zwecks Erzielung eines kräftigen Feldes an der Antikathode, kann man z. B. den Abstand zwischen Kathode und Antikathode sehr klein wählen. Auch kann man die Röntgenröhre derart bauen, dass beim Anlegen der Hochspannung das Feld sehr stark vor der Antikathode konzentriert wird und der ganze Spannungsunterschied zwischen Kathode und Antikathode praktisch nur in unmittelbarer Nähe vor der Antikathode liegt.
Im Allgemeinen werden Röntgenröhren nach der Erfindung die Bedingung erfüllen, dass beim Anlegen der Hochspannung, zwischen der kalten Kathode und der Antikathode kein Strom durch die Röhre geht. Tritt dennoch ein solcher Strom auf, so ist es möglieh, dass während des Betriebes der Röhre mit glühender Kathode Ionisationserscheinungen auftreten, die die Wirkung der Röntgenröhre beein- trächtigen. Man wird solche lonisationserseheinungen dadurch verhüten können, dass man die Abstände zwischen allen Teilen, zwischen denen Hochspannung liegt, sehr klein hält und die Bauart der Röhre am liebsten derart wählt, dass alle Kraftlinien über einen möglichst kleinen Abstand im Inneren der
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Röhre laufen.
Zu diesem Zwecke wird man diejenigen Teile der Röntgenröhre, die durch Wände aus Isoliermaterial umgeben sind, derart bauen und ihnen solche Abmessungen geben müssen, dass die Kraftlinien die Wände möglichst senkrecht treffen und der Abstand zwischen diesen Wänden klein ist.
Die Erfindung umfasst auch eine Röntgenröhre mit Glühkathode, in der eine Gasfüllung von Wasserstoff, Helium oder ein Gemenge dieser Gase anwesend ist und bei der die Kathode innerhalb eines Metallgefässes angebracht ist, dessen Wandung ganz oder teilweise einen Teil der Röhrenhülle bildet und von dem die Antikathode durch eine Isolierung getrennt ist, die der Betriebspannung zwischen der Glühkathode und der Antikathode Widerstand bieten kann, wobei das Metallgefäss und die Antikathode derart gestaltet und in bezug aufeinander angeordnet sind, dass die Kathodenstrahlen die Antikathode nur auf einer kleinen Fläche treffen können.
Ein Vorteil der Röntgenröhren gemäss der Erfindung liegt in dem Umstande, dass man sie wie die Erfahrung gezeigt hat, besser als Röntgenröhren mit Hochvakuum mit Wechselstrom betreiben kann, ohne Gefahr zu laufen, dass die Antikathode durch Elektronenanprall auf eine derartige Temperatur gebracht wird, dass ein Gegenstrom in der Röhre entsteht.
Dies mag vielleicht auch darauf zurückzuführen sein, dass die Kühlung der Antikathode durch die Wärmeleitung der Gasfüllung befördert wird ; zumal wenn man Wasserstoff als Gasfüllung benutzt, wird die Antikathode während des Betriebes der Röhre eine weniger hohe Temperatur erreichen als es bei Röntgenröhren mit Glühkathode der bisher üblichen Art der Fall war und hiedurch dürfte auch die Gefahr des Einbrennens der Antikathode durch das scharf konzentrierte Kathodenstrahlenbündel verringert werden.
In Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele von Röntgenröhren nach der Erfindung veranschaulicht.
In einem Glaskörper 1 (Fig. 1) ist eine Glühkathode 2 und eine Antikathode 3 angebracht. Die
Glühkathode kann aus Wolfram bestehen und ist mit in den Glaskörper eingeschmolzenen Stromzu- führungsdrähten 4 und 4'verbunden. Die Kathode ist durch eine Sammelvorrichtung 5 zur Herbeiführung einer Konvergenz der Kathodenstrahlen umgeben, die elektrisch leitend mit der Kathode verbunden ist und von Stützdrähten 6 und 6'getragen wird. Diese Sammelvorrichtung besteht aus einem Metal1zylinder, an dem ein Metallteil in der Form einer Halbkugel befestigt ist. Die Antikathode 3 kann aus Wolfram bestehen, das in Kupfer befestigt ist ; dieses Kupfer kann mittels Platins in den Glaskörper eingeschmolzen werden.
Sie ist derart angeordnet, dass die Kathodenstrahlen sie nur auf einem Teil ihrer Oberfläche treffen können. Da der Gasdruck in einer Röntgenröhre nach der Erfindung verhältnismässig hoch sein darf, ist es nicht nötig, die Entfernung der in der Röhre enthaltenen Luft mit Hilfe einer Hochvakuumpumpe vorzunehmen ; eine gut wirkende Ölpumpe genügt vollkommen für die Zwecke der Erfindung. Man muss in diesem Falle die Röhre während des Auspumpens der Luft fortwährend mit dem Gase spülen, mit dem man die Röntgenröhre schliesslich füllen will.
Ferner ist es nötig, den Glaskörper und auch die Antikathode durch Erhitzen zu entgasen, da sie im allgemeinen Gase enthalten, die während des Betriebes der Röntgenröhre eine schädliche Wirkung ausüben können. Sind diese störenden Gase mittels des stets durchströmenden Gases, das man als Gasfüllung wünscht, möglichst entfernt, so wird die Gasfüllung auf den gewünschten Druck gebracht. Betreibt man darauf die Röntgenröhre einige Zeit, so wird in vielen Fällen infolge des Betriebs, Gas aus der Röhre verschwinden und der Gasdruck abnehmen. Dadurch, dass man wiederholt Gas in die Röhre strömen lässt, und auf diese Weise den gewünschten Gasdruck wiederherstellt, ist es möglich, einen Zustand hervorzurufen, bei dem während des Betriebes der Gasdruck sich nicht, mehr in störender Weise ändert.
Ist dieser Zustand erreicht, so wird die Röntgenröhre von der Pumpe abgeschmolzen.
Mit einer Röhre der beschriebenen Bauart, bei der der Abtsand zwischen der Kathode und der Antikathode nur 0'8 cm beträgt, bei der somit bei einer Spannung von 100.000 Volt das Feld von der Antikathode sehr intensiv ist und die eine Wasserstoffüllung von O'Ol ? ? ? Quecksilbersäule enthält, werden vorzügliche Ergebnisse erzielt. Der Röhrenstrom bleibt während einer photographischen Aufnahme von einigen Minuten vollkommen konstant und es ist nicht möglich, nach einigen Hunderten von Aufnahmen eine Verringerung der guten Eigenschaften der Röntgenröhre festzustellen.
Der hier verwendete Gasdruck von 0'01 man ist sogar grösser als er bei Röntgenröhren üblich ist, deren Wirkungweise auf Gasionisation beruht ; es ist jedoch auch möglich, Röntgenröhren nach der Erfindung mit einer Gasfüllung unter einem wesentlich höheren Druck als 0-01 mm zu bauen.
In Fig. 2 ist eine Röntgenröhre mit Metallhülle veranschaulicht. Bei dieser durchaus geeigneten Ausführungsform ist die Glühkathode 9 innerhalb eines Metallgefässes 7 angebracht. An der Wandung des Metallgefässes ist ein Metalldeckel 8 befestigt, der eine Öffnung besitzt, vor der die Antikathode 10 mit einem Teil ihrer Oberfläche angeordnet ist. Dieser Antikathode gegenüber befindet sich im Metallgefäss ein Fenster zum Durchlassen der ausgelösten Röntgenstrahlen. Dieses Fenster besteht aus einer luftdicht mit der Metallwandung verschmolzenen Glaskappe 11, während eine ringförmige Metallplatte 12 aus Eisen, z. B. an der die Zuführungsdrähte der Glühkathode befestigt sind, die Röntgenstrahlen abschirmt.
Der Zuführungsdraht für die Glühkathode ist isoliert durch den Metallring. ? 2 hindurch- geführt und ist in die Glaskappe 11 eingeschmolzen. Der andere Zuführungsdraht wird von der leitenden Verbindung des Poles 14 mit dem Metallring 12 und von der MetallhüUe 7 gebildet. Die Glühkathode
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wird von einer Batterie 17 gespeist, mit der ein Regelungswiderstand 18 in Reihe geschaltet ist.
Vor der Lötstelle 15 ist ein mit der Metallhülle 7 verschmolzener Metallzylinder 16 angebracht, der dazu dient, die Lötstelle 15 vor aufprallenden Elektronen und auf diese Weise vor elektrostatischen Ladungen zu schützen. Der Abstand zwischen der Antikathode und der Metallplatte 7, dem Metalldeckel 8 und dem Metallzylinder 16 ist überall so klein, dass bei dem verwendeten Gasdruck eine Entladung zwischen diesen Metallteilen beim Anlegen der Hochspannung nicht zu befürchten ist.
Die Röntgenröhre ist mit Wasserstoff oder Helium unter einem zwischen O'O1 und 1 mm Queck- silbersäule liegenden Drucke gefüllt.
Die von der Glühkathode ausgesandten Kathodenstrahlen können die Antikathode, infolge der besonderen Form der Wandung und des Deckels 8 des Metallgefässes und der Anordnung der Antikathode in bezug auf diesen Deckel, nur auf einer kleinen Fläche treffen. Tatsächlich ergibt sich bei einer Deckel- öffnung von 20 mm Durchmesser, ein Brennfleckdurchmesser von nur annähernd 2 mm.
Wird nun zwischen der Kathode und der Antikathode Hochspannung angelegt, so wird, da das
Metallgefäss 7 ein Potential hat, das dem der Kathode nahezu gleich kommt oder niedriger ist, das ganze
Feld zwischen Kathode und Antikathode in einen kleinen Raum vor der Antikathode konzentriert und es hat sich gezeigt, dass eine Röntgenröhre der beschriebenen Ausführungsform in vorzüglicher Weise wirkt.
Es ist einleuchtend, dass ausser den hier beschriebenen Beispielen noch viele Ausführungsformen von Röntgenröhren anzugeben wären, auf die sich die Erfindung gleichfalls erstreckt. Ferner kann man, falls die Abmessungen der Röntgenröhre derart gewählt sind, dass das Feld vor der Antikathode noch stärker konzentriert wird, als es bei der in Fig. 2 dargestellten Röhre der Fall ist, zu höheren Drucken als 1 mm übergehen.
In vielen Fällen kann es erwünscht sein, ein Trocknungsmittel in den Glaskörper der Röntgen- röhre einzuführen.
PATENT. ANSPRÜCHE :
1. Röntgenröhre mit Gliihkathode, gekennzeichnet durch eine Gasfüllung von Wasserstoff, Helium oder einem Gemenge dieser Gase unter solch einem Drucke über 0'0006 mm Quecksilbersäule, dass keine störende Gasionisation eintritt.