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In Entladungsröhren für hohe Spannungen, wie sie in der Röntgentechnik Verwendung finden, tritt häufig der Nachteil auf, dass sich auf der Wand elektrische Ladungen ansammeln, die manchmal zur Zerstörung dieser Wand führen. Es sind verschiedene Mittel bekanntgeworden, um diesen Nachteil zu beseitigen. Die wichtigsten dieser Mittel sind die Anordnung von Schirmen um die Entladungsbahn herum und die Schaffung eines Äquipotentialteiles in der Wandung, welche die Entladungsbahn umgibt.
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drische Ausführung der Röhrenwand und macht es möglich, die Spannung, welche zwischen den Elektroden herrscht, gleichmässig zwischen den beiden Röhrenhälften zu verteilen.
Werden die Röhren mit sehr hohen Spannungen (100 KV und höher) betrieben, so macht sich auch bei Anwendung der bisher bekannten Mittel die schädliche Wirkung der aus der eigentlichen Entladungsbahn heraustretenden, elektrisch geladenen Teilchen wieder geltend. Die auf den Schirmen sich bildenden Ladungen verursachen Funkenerseheinungen in der Röhre, welche die Wirkung beeinträeh- tigen oder die Röhre unbrauchbar machen können. Bei Röntgenröhren mit metallisch begrenztem Ent-
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lässig hoch oder er nimmt, wenn er isoliert gehalten wird, ein Potential an, bei dem die richtige Spannungverteilung verlorengeht.
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erfüllen die Aufgabe, den nachteiligen Einfluss der Wandaufladungen aufzuheben oder zu beschränken, verhindern aber nicht das Auftreten dieser Ladungen selbst.
Durch die nachfolgend beschriebene Erfindung wird dem obigen Nachteil dadurch abgeholfen, dass die Bildung von störenden elektrischen Ladungen auf der Wand oder auf einem Sehutzschirm überhaupt vermieden wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Tatsache, dass die erwähnten Aufladungen vor allen Dingen auf die von der positiven Elektrode der Röhre herausdiffundierenden Sekundärelektronen zurückzuführen sind. Diese Elektronen verlassen die wirksame Anodenfläehe mit einer grossen Geschwindigkeit, die annähernd gleich der Geschwindigkeit ist, mit der die von der negativen Elektrode ausgesendeten Elektronen auf die Anode auftreffen. Im Gegensatz zu den Primärelektronen sind sie aber nicht fokussiert und können also unter den verschiedensten Richtungen relativ zu der Anodenvorderfläche ihren Weg anfangen.
Ihre Anfangsgeschwindigkeit reicht nicht aus, um die negative Kathode zu
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Raum hinein und verfolgen eine auf der Wand des Entladungsraumes endende Bahn.
Gegenstand der Erfindung ist ein Hochspannungsentladungsgefäss mit gerichtetem Elektronenbündel, insbesondere eine Röntgenröhre, wobei der Potentialgefällraum zwischen zwei vorzugsweise parallelen Flächen liegt, von denen die anodisehe sich seitlich des Kathodenstrahlenbündels so weit ererstreckt, dass sie von den längsten Bahnen der aus dem Auftreffgebiet der Kathodenstrahlen auf der Anode herausdiffundierenden Sekundärelektronen geschnitten wird.
Es ergibt sich nämlich, dass die Bahnen der Sekundärelektronen unter dem Einfluss des von dieser Anodenfläche ausgehenden elektrischen Feldes zurückgebogen werden und schliesslich wieder auf die Anodenfläehe zurückfallen, wenn man die Anodenfläche nur gross genug macht.
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längerung der Anodenfläche wird nun ein anderes Prinzip angewendet und eine neue Bauart geschaffen. Früher sind Röntgenröhren gebaut worden, bei denen der Glühdraht in ein Metallgefäss tief zurückgezogen war, während ein Diaphragma nicht an der Anode dazu diente, die Elektronen auf eine kleine Auf- trefffläche zusammenzudrängen.
Obgleich der Abstand zwischen den Elektroden solcher Röhren bis-
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erfüllt, was schon daraus hervorgeht, dass gerade für diese Röhren vorgeschlagen wurde, Mittel zur Verhinderung des Auftreffens von Elektronen auf die Wand anzuwenden.
Man hat ferner vorgeschlagen, das elektrische Feld an der Anode sehr stark zu machen, um in gasgefüllten Glühkathodenröhren die Gefahr der Ionisation durch Sekundärelektronen zu verhindern. Der Gedanke dabei war, die Elektronen, nachdem sie einmal die Anode verlassen haben, durch ein kräftiges Feld zu zwingen, auf die Anode zurückzukehren, bevor sie Gelegenheit hatten, eine Stossionisation hervorzurufen. Diese Vorschrift, obgleich der Grundgedanke an sich richtig ist, genügt nicht, um für alle Fälle die Rückkehr der Sekundärelektronen auf die Anode zu bewirken. Erst eine hinreichend grosse Anodenvorderfläche führt zum Ziel ; denn wenn die Anode eine zu geringe Ausdehnung hat, kann das elektrische Feld, wie stark es auch sei, den gewünschten Erfolg nicht bringen.
Ist der Potentialgefällraum zwischen planparallelen Flächen eingeschlossen, so ist die obige Bedingung erfüllt, wenn sich die anodische Fläche seitlich des Kathodenstrahlenbündels über mindestens das Doppelte des gegenseitigen Abstandes der beiden Flächen erstreckt und ihr die kathodisehe Fläche
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Je höher die zwischen den Elektroden anzulegende Spannung ist, desto grösser muss wieder ihre gegenseitige Entfernung sein, um zu verhindern, dass sogenannte Autoelektronen aus den kalten Teilen der negativen Elektrode unter dem Einfluss des elektrischen Feldes ausgelöst werden, die die Wirkung der Röhre beeinträchtigen.
Dies würde eine erhebliche Verbreiterung der Elektrodenflächen erfordern, deren Grösse ausser der Breite der Auftreffstelle der Primärelektronen mindestens den vierfachen gegen-
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tronen verhindern will. Diese grosse Breite würde einen grösseren Durchmesser der Röhre und eine grössere Metallmasse beanspruchen, als zweckmässig für die Herstellung der Röhre notwendig wäre.
Diese Schwierigkeit kann aber in vielen Fällen in ganz einfacher Weise dadurch behoben werden, dass man die anodische Fläche konkav und die ihr gegenüberliegende kathodisehe Fläche dementsprechend konvex ausbildet. In dieser Ausführung lassen sich die einander gegenüberliegenden Elektrodenfläehen zweckmässig als konzentrische Kugelkalotten ausbilden.
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ein Ausführungsbeispiel einer Röntgenröhre nach der Erfindung mit planparallelen Flächen darstellen. Fig. 6 stellt eine Gleichrichterröhre dar, wie sie beispielsweise entsprechend der Erfindung ausgeführt werden kann, und Fig. 8 stellt einen Teil der Elektroden eines Entladungsgefässes dar, wobei die Flächen in Form von Kugelkalotten ausgebildet sind.
In Fig. 1 sei 1 die anodische Fläche und 2 die kathodische Fläche. Zwischen diesen beiden liegt der Potentialgefällraum. Das elektrische Feld in diesem Raum treibt die von der Kathode ausgesendeten Elektronen auf die Anode. Aus der durch das Auftreffen der Elektronen erhitzten Anode werden leicht Sekundärelektronen ausgelöst, die mit einer Anfangsgeschwindigkeit, die nach allgemein bekannten physikalischen Gesetzen nicht grösser sein kann als die der auftreffenden Elektronen, aus der Oberfläche 1 herausfliegen. Ein Elektron, das gerade in der Richtung zur Kathode 2 hin herausfliegt, kann bis nahe
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heraustritt, z. B. in der durch den Pfeil 3 angegebenen Richtung, beschreibt eine bogenförmige Bahn 4, die zwischen der Anode und der Kathode hindurch in den Aussenraum ausläuft.
Dadurch entstehen die gefürchteten Wandaufladungen.
In Fig. 2 ist schematisch angegeben, wie man, insbesondere bei Röhren, in denen einer ebenen Anodenfläehe eine ebene Kathodenfläehe parallel gegenüberliegt, die Bahnen der Sekundärelektronen in dem Potentialgefällraum zwischen den Elektroden einschliessen kann. Bekanntlich erhält man bei Steinwürfen die grösste Reichweite, wenn die Elevation 45 beträgt. Mit dem Schwerkraftfelde, das die Bahn eines geworfenen Steines bestimmt, kann man nun das elektrische Feld vergleichen, das die Elektronen steuert. In einem homogenen Felde kommen diejenigen Elektronen am weitesten, die unter einem Winkel von 450 aus der Anodenoberfläche heraustreten.
Bei einer ebenen Anodenfläche, der eine Kathoden- fläehe parallel gegenüberliegt, wird nun die grösste Reichweite das Doppelte des Abstandes, über den sich das Potentialgefälle zwischen den Elektroden erstreckt, betragen. Ist nun das Auftreffgebiet der Elektronen bei einer Röntgenröhre, also der Brennfleck, ein Kreis mit dem Radius a, so kann höchstens ein Punkt der Elektrode, der von dem Mittelpunkt dieses Kreises einen Abstand a + 2b hat, von Sekundärelektronen getroffen werden, wenn b der Elektrodenabstand ist. Die diesen Grenzkreis erreichenden Elektronen gehen von dem Rand des Auftreffgebietes unter einem Winkel von 450 mit der Anodenoberfläche aus. Ihre Bahn ist mit 5 bezeichnet. Ein Elektron, das eine steilere Bahn 6 oder eine flachere
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Bahn 7 hat, kommt weniger weit.
Die Anodenfläche soll sieh also über mindestens das Doppelte des Elektrodenabstandes b erstrecken, wenn das Austreten von Elektronen völlig vermieden werden soll. Ist die gegenüberliegende Fläche der Kathode weniger ausgedehnt, wie in Fig. 3 angegeben, so ist das Feld zum Teil nicht mehr homogen, und die Elektronenbahnen sind daher weniger gekrümmt. Ein Elektron, das im homogenen Felde z. B. die Bahn 8 beschreiben würde, kommt nun weiter und folgt der Bahn 9.
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beanspruchung die Gleichheit der Durchmesser der Anodenvorderfläelle und der Vorderfläche des Kathodengebildes bedingt wird.
Bei Röntgenröhren mit seitlich austretendem wirksamen Strahlenbündel, bei welchem der ebenen Anodenvorderfläche eine ebene Vorderfläche der Sammelvorrichtung parallel gegenüberliegt, hat die neue Ausgestaltung der Elektroden zur Folge, dass nur ein schmales Bündel durch den Spalt zwischen der Anode und der Sammelvorrichtung austreten kann. Erfindungsgemäss wird nun der Teil der Sammelvorrichtung, der von Röntgenstrahlen noch getroffen wird, die unter einem für den Strahlenkegel von Röntgenröhren gebräuchlichen Winkel (20 oder weniger) aus der Trefffläehe austreten, für diese Strahlen gut durchlässig gemacht.
Eine Röntgenröhre mit diesen Merkmalen zeigt Fig. 4 im Durchschnitt. Es ist hier 11 die Anode, 12 der Glühdraht der Kathode und 13 die metallene Sammelvorrichtung, die aus Chromeisen bestehen kann. Die Sammelvorrichtung hat eine schräg verlaufende ebene Vorderfläche 14, die der Anodenstirn- fläche. M parallel gegenüberliegt und mit einer Austrittsöffnung 16 zum Durchlassen der Kathodenstrahlen versehen ist. Die einander benachbarten Flächen 14 und 15 sind gleich gross und erstrecken sich seitlich des Brennfleckes, d. h. seitlich der Austrittsöffnung 16 (siehe auch Fig. 5) über einen Abstand, der in der gezeichneten Durchschnittsebene etwas mehr als das Doppelte ihres gegenseitigen Abstandes ist.
Die auf der Anode zu erzeugenden Röntgenstrahlen können durch das in einem metallenen Wandteil 17 angeordnete Fenster 18 die Röhre verlassen. An den metallenen Wandteil 17 sind gläserne Wandteile 19 und 20 angeschlossen.
Damit der volle, durch das Fenster begrenzte Strahlenkegel benutzt werden kann, ist, wie aus der schaubildlichen Darstellung des die Sammelvorrichtung bildenden Hohlkörpers 18 in Fig. 5 besser ersichtlich, ein Teil des Hohlkörpers 18 ausgeschnitten und durch einen aus dünner Metallfolie, z. B. aus Chromeisen oder Aluminium, gefertigten Ansatz 21 ersetzt, den die Röntgenstrahlen leicht durchdringen können. Es kann auch der Hauptteil des Hohlkörpers 18 und der Teil 21 aus einem Stück bestehen, indem z. B. durch Hämmern oder Schleifen eine örtliche Schwächung der Wandstärke herbei-
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Die Gleichrichterröhre nach Fig. 6 besteht aus einem hoehevakuierten oder gegebenenfalls mit einer nicht ionisierten Gasfüllung versehenen Glasgefäss 22, in dem eine Anode 23 und eine Kathode mit Glühdraht 24 und Sammelvorrichtung 25 angeordnet sind. Dadurch, dass die Elektronenbahnen durch das Vorhandensein der Sammelvorriehtung gerichtet sind, können keine Primärelektronen auf die Glaswand auftreffen.
Um auch dem Auftreffen auf die Wand von Sekundärelektronen vorzubeugen, ist die Anodenvorderfläche und dementsprechend die Kathodenvorderfläche durch eine Platte 26 bzw. 27 vergrössert, u. zw. so weit, dass, von dem Rand des Auftreffgebietes der Primärelektronen an gerechnet, die einander gegenüberliegenden Flächen sich über mehr als das Doppelte ihres gegenseitigen Abstandes in radialer Richtung erstrecken. Wegen des Fehlens eines Äquipotentialteiles in der die Entladungsbahn umgebenden Wand ist auch für derartige Gleichrichter trotz der verhältnismässig niedrigen Spannungen. die bei positiver Anode zwischen ihren Elektro. den im normalen Betriebe herrschen, die beschriebene Anordnung von Bedeutung.
Die Platten 26 und 27 sind zur Vermeidung von Spitzenentladungen umgebördelt. Sie bestehen zweckmässig aus Chromeisen, einem Material, das eine verhältnismässig geringe Emissionsfähigkeit hat.
Die Anode 2. 3 ist mittels eines Stabes 28 an einem Chromeisenplättchen 29 befestigt, an dem das Glas der Wand 22 luftdicht angeschmolzen ist. Auf der andern Seite dieses Plättchens ist ein Stromleiter angelötet. Auf der Kathodenseite ist die Wand mit einer Einstülpung an dem Rand des die Sammelvorrichtung bildenden Hohlkörpers 25 angeschmolzen. Durch den Boden des Hohlkörpers ist einer der beiden Stromzuführungsdrähte 80 des Glühdrahtes luftdicht und isolierend mittels eines angeschmolzenen Glasstäbchens hindurchgeführt. Der andere Draht ist mit dem Hohlkörper 25 leitend verbunden, mit dem auch ein Ende des Glühdrahtes 24 in Verbindung steht.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der die Durchmesser der Elektrodenflächen dadurch, dass diese eine gebogene Gestalt besitzen, verringert sind. Die konkave anodische Fläche 1 und die konvexe
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