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Hochspannungsentladungsröhrp.
In Hochspannungsentladungsröhren mit äquipotentialem Wandteil, wie Röntgenröhren oder
Entladungsröhren zum Gleichrichten von Wechselstrom, werden als Isolator dienende Teile dort, wo sie sich an den Rand des äquipotentialen Wandteiles anschliessen, verhältnismässig stark elektrisch belastet. An dem Rand des äquipotentialen Wandteiles werden die elektrischen Kraftlinien zusammengedrängt, wodurch ein starker Potentialgradient entsteht. Das Spannungsgefälle pro Längeneinheit ist am Rande des äquipotentialen Randteiles am stärksten und nimmt in der Richtung seiner Ebene ab.
Nun erstreckt sich bei Entladungsröhren, bei denen sich an einen äquipotentialen Wandteil ein isolierender Wandteil anschliesst, dieser meistens ungefähr in der Verlängerung des äquipotentialen Wandteiles. So bilden bei Entladungsröhren, welche einen Metallzylinder besitzen, der mit den gläsernen Teilen der Wand luftdicht verschmolzen ist, diese meistens die geometrische Fortsetzung des Metallzylinders. Bisweilen ist der Durchmesser des Zylinders etwas grösser oder kleiner als der Durchmesser der angeschmolzenen Glasteile ; doch ändern diese verhältnismässig geringen Unterschiede nichts daran, dass an dem Schmelzrand das Glas viel höher beansprucht wird als an Punkten, die in einiger Entfernung von dem Schmelzrand liegen.
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsentladungsröhre mit äquipotentialem Wandteil, bei der von dem Rand dieses Teiles ab ein Teil der isolierenden Wand die durch die Röhrenachse gehenden Ebenen in je einer Kurve mit ungefähr konstantem Potentialgefälle pro Längeneinheit schneidet, das kleiner ist als das in der Verlängerung des äquipotentialen Wandteiles nahe seinem Rande auftretende Potentialgefälle.
Bei einer Hochspannungsentladungsröhre mit an einem Metallzylinder angeschmolzenen, isolierenden Verschlussteilen, welche als Hochspannungsisolatoren dienen und zusammen mit dem Metallteil den Vakuumraum der Röhre umschliessen, sind zweckmässig pilzförmig gewölbt und mit einwärts gekrümmten Rand an der Aussenseite des Metallzylinders vor dessen Ende angeschmolzen, um wenigstens angenähert den oben aufgestellten Bedingungen zu entsprechen.
In der Zeichnung dienen Fig. 1 und 2 zur näheren Erläuterung des Wesens der Erfindung ; Fig. 3 ist eine Aussenansicht eines Ausführungsbeispieles einer Hochspannungsentladungsröhre nach der Erfindung.
Fig. 1 stellt einen Teil eines Hochspannungsentladungsgefässes von gebräuchlicher Ausführung in Längsschnitt dar. Die Wand des Gefässes enthält einen Metallteil 1. An dem Rand dieses Metallteiles ist ein gläserner Teil 2 angeschmolzen, der sich in der Verlägerung des Metallteiles 1 erstreckt und einen zurückgebogenen Teil 3 hat, dessen Rand durch Verschmelzung an der Elektrode 4 befestigt ist. Zwischen den Teilen 1 und 4 besteht eine hohe Potentialdifferenz. Die gestrichelten Linien 5 deuten Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes an. Diese Flächen schneiden die durch die Symmetrieachse der Röhre gehende Zeichenebene in den Linien 5.
In dem ringförmigen Raum zwischen dem Metallzylinder 1 und der Elektrode 4 bilden diese Flächen konzentrische Zylinder und biegen sich um den Rand
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der Abstand der Flächen mit bestimmter Potentialdifferenz dicht an dem Schmelzrand viel kürzer ist als etwas weiter von diesem Rande entfernt, d. h. dass das Potentialgefälle pro Längeneinheit, das am Rand sehr hoch ist, in der Richtung des Glasteiles 2 stark abnimmt.
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Die Potentialdifferenz V zwischen dem Metallteil und den verschiedenen Punkten des Glasteiles 2 wird z. B. durch die Kurve a in Fig. 2 als Funktion des Abstandes von dem Schmelzrand dargestellt. Die Neigung der Berührungslinie an dieser Kurve gibt den Potentialgradient an. Die stärkste Neigung hat die Kurve in ihrem Ursprung C. Die Gerade d gibt den grössten Potentialgradient an. Über eine Länge ! i findet ein Spannungsgefälle Bi statt.
In Fig. 1 ist von dem Rand des Metallzylinders 1 ab eine Kurve 6 gezogen, welche Punkte auf den Kurven 5 verbindet, die ungefähr denselben Abstand voneinander haben, mit andern Worten, eine Kurve, über die das Potentialgefälle pro Längeneinheit (Zentimeter) ungefähr konstant ist. Dabei ist der Potentialgradient viel kleiner als jener in der Glaswand 2 gewählt. Lässt man das Glas in einer entsprechend der Kurve 6 gekrümmten Fläche verlaufen, so ist die Zunahme des Spannungsunterschiedes im Glas viel günstiger. Das Glas kann weiter, wie gestrichelt angegeben, gegen die Elektrode 4 hingebogen sein. Bei derselben Spannung und derselben Isolierlänge erhält man z. B. den von der Kurve b (Fig. 2) dargestellten Spannungsverlauf. Der untere Teil dieser Kurve ist weniger geneigt als jener der Kurve a.
Man kann nun, vorausgesetzt, dass das Glas einen Potentialgradienten entsprechend der Linie b aushalten kann und auch das Vakuum der Röhre der stärkeren elektrischen Beanspruchung gewachsen ist, die Spannungsdifferenz erhöhen, bis die Spannungskurve c entsteht, die wieder von der Linie d im Ursprung berührt wird. Die Spannung kann somit von Ei-. Es erhöht werden, ohne dass die Überschlagsgefahr für die Glaswand grösser wird. Umgekehrt kann man dieselbe Spannung El mit einem kürzeren Glasteil von der Länge 12 isolierten. Die günstigere Form der Glaswand macht es also möglich, entweder bei gleichbleibender Spannung die Röhre kleiner auszugestalten oder bei gleichbleibender Isolierlänge eine höhere Spannung zuzulassen.
Dies ist besonders bedeutungsvoll für die Anwendung der Heilwirkung von Röntgenstrahlen, wobei sehr hohe Spannungen erforderlich sind. Die Unterschiede und Verhältnisse sind in Fig. 2 in übertriebenem Masse dargestellt, um die Figur deutlicher zu machen.
In der Praxis bringt es Schwierigkeiten mit sich, der Glaswand genau die theoretisch richtige
Wölbung zu geben, wie sie'z. B. die Kurve 6 in Fig. 1 darstellt. Diese Kurve ist auch nur als Vorbild aufzufassen. Eine gute Annäherung des idealen Falles erhält man schon mit der in Fig. 3 dargestellten Form. Diese Figur stellt eine Röntgenröhre dar, die, wie gebräuchlich, einen metallenen Mittelteil 7 in Form eines Zylinders hat. An der Aussenseite dieses Metallteiles, etwas vor den Enden, sind Glasteile 8 und 9 angeschmolzen, die mit dem Zylinder den Vakuumraum der Röhre einschliessen und Hoch- spannungsisolatoren bilden, von denen die Elektroden-M und. H getragen werden. Mit Mist ein von einer Glasschicht abgeschlossenes Fenster angegeben, durch das die Röntgenstrahlen aus dem Entladungsgefäss austreten können.
Die Glaskappen 8 und 9 sind topfförmig ausgewölbt, so dass sie einen Durchmesser p besitzen, der erheblich grösser ist als der Durchmesser q des Metallzylinders 7. Sie haben einen einwärts gebogenen Randteill3, 14, mit dem sie an der Aussenseite des Metallzylinders angeschmolzen sind. An der Ansehmelz- stelle steht der Rand der Glaskappen 8und und 9 ungefähr senkrecht zur Röhrenachse. Derfrei in den Vakuumraum hineinragende Rand des Metallzylinders ist, um Durchschläge durch das Vakuum zu vermeiden, in an sich bekannter Weise mit einem Glaswulst 15, 16 überdeckt. Um das Anschmelzen der Glasteile zu erleichtern, kann der Metallzylinder 7 ringförmig Ansätze haben, wie bei 17 angegeben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hochspannungsentladungsröhre mit äquipotentialem Wandteil, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Rand dieses Teiles ab ein Teil der als Hochspannungsisolator dienenden Wand die durch die Röhrenachse gehenden Ebenen in je einer Kurve mit ungefähr konstantem Potentialgefälle pro Längeneinheit schneidet, das kleiner ist als das in der Verlängerung des äquipotentialen Wandteiles in der Nähe seines Randes auftretende Potentialgefälle.