AT93424B - Hochvakuumröhre. - Google Patents

Description

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  Hochvakuumröhre. 



   Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine vom Erfinder neu entdeckte Hochvakuumentladung, d. h. auf eine Entladung, welche im höchsten erreichbaren Vakuum stattfindet, ohne dass irgendwelche Ionisationserscheinungen (Glimmentladung, Lichtbogen, Funkenentladung und ähnliches) auftreten. Die Entladung ist vielmehr der heutigen physikalischen Auffassung entsprechend als reine Elektronenentladung zu bezeichnen. Das charakteristische Unterscheidungsmerkmal der Entdeckung gegenüber andern bekannten Hochvakuumentladungen ist, dass der Stromübergang im Hochvakuum von einer kalten,   unbeheizten Kathode aus stattfindet.

   In der Tat ist vom Erfinder gefunden worden, dass, genügende   Gasfreiheit und hoher Reinheitsgrad der Elektroden vorausgesetzt, der gekennzeichnete Stromübergang im Hochvakuum verwirklicht wird, wenn der Abstand zwischen Kathode und Anode genügend gering gewählt ist. 



   Beispiele von Anordnungen, an welchen die Beobachtung gemacht werden kann, sind in den Fig. 1 bis 3 wiedergegeben. In einer hochevakuierten Glashülle A sind die beiden Elektroden Bund C angeordnet. 



  An ihren einander zugekehrten Enden sind Schneiden D und E aus einem hochschmelzenden Metall wie Platin, Wolfram, Tantal befestigt. Der Abstand der Schneiden sei im kalten Zustande etwa 3 mm ; er kann beliebig verringert werden. Zu diesem Zwecke werden, wie in Fig. 1 beide Elektrodenstiele oder einer von ihnen, vorzugsweise der die Anode'tragende, hohl ausgestaltet (aus Kupfer-oder Eisenrohr gemacht) und es wird in der Höhlung ein kleiner Heizkörper H untergebracht, der die Elektrode bis auf 
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 sich so deformieren lässt, dass dadurch die Elektrodenentfernung eingestellt wird. Es kann auch die eine der Elektroden so an einem Eisenkern befestigt werden, dass ihre Lage von aussen mit Hilfe eines magnetischen Feldes eingestellt werden kann. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 3 wiedergegeben. 



  Der aus vakuumtechnischen Gründen   zweckmässig   in die Glashülle K eingeschlossene Eisenkern J ist mit der Elektrode fest verbunden. Das Ganze hängt an einer kräftigen, hitzebeständigen Feder L, z. B. aus Wolfram, und stellt sich je nachdem wie der Elektromagnet M durch von einem   sekundär   zu primär hochisolierten Transformator T gelieferten Strom erregt wird, in grösserer oder geringerer Entfernung von der zweiten Elektrode ein. Um die Entlüftung zu erleichtern, kann in der Röhre ausser den eigentlichen Elektroden noch eine aus Tantal oder Wolfram bestehende   Glühlampenschleife     S   angebracht sein, wie in Fig. 1 beispielsweise angedeutet ist. Diese Schleife wird nur während des Pumpprozesses benutzt und ist unter Umständen überhaupt entbehrlich.

   Die zur   Überbrückung   des Spaltes erforderliche Spannung beträgt bei dem Versuchsrohre bei   0'5-lMmm Spaltbreite   einige zehntausend Volt. Sie wächst mit zunehmender Entfernung und ist von den Änderungen der Gasdichte unabhängig, vorausgesetzt, dass das Rohr genügend evakuiert ist. 



   Der Stromübergang ist von einer intensiven Emission von Röntgenstrahlen begleitet, wobei ein deutlich ausgeprägtes Emissionszentrum in nächster Umgebung der Schneiden zu beobachten ist. Ausser dem kontinuierlichen, blaugrauen Brennflecklichte, welches freilich nur bei genügender Spannung und genügender Entladungsstromdichte sichtbar wird, ist mit dem Auge keinerlei Strahlung wahrzunehmen, insbesondere kein diskontinuierliches Spektrum, welches auf das Leuchten der Teilchen des Gasrestes oder etwaiger den Elektroden entrissener Metallteilchen zurückzuführen wäre.

   Neben dem Bestehen 

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 des hohen Vakuums und der gekennzeichneten Unabhängigkeit von der Gasdichte sind diese letzteren Tatsachen dafür beweisend, dass die Entladung nicht durch eine etwaige Ionisation der Gasreste veranlasst 
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 troden und Zerstörung der Elektroden ist, sondern dass das Arbeiten der Röhre auf einem davon abweichenden Prinzip beruht. Würde nämlich im vorliegenden Falle eine gewöhnliche, durch Stossionisation aufrecht erhaltene Gasentladung bestehen, so würde die Entladung die Spaltränder nicht bevorzugen, sondern sie geradezu meiden. Denn wenn die bei der Gasdichte der gewöhnlichen gashaltigen   Röntgenröhre   stattfindende Gasentladung die Wahl hat, zwischen zwei einander nahegelegenen Elektrodenflächen überzugehen oder einen längeren Umweg zu wählen, so tut sie stets das letztere.

   Dieses Verhalten wird in der Physik auf das Entstehen eines an Ionen sehr armen Gebietes in der Umgebung der Kathode zurück-   gefühlt und pflegt   in den Vorlesungen über Experimentalphysik an der seit Jahrzehnten bekannten 
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 dann würde nicht nur das Elektrodenmaterial im diskontinuierlichen Eigenspektrum aufleuchten, sondern es würden die Elektroden auch im Laufe des Betriebes zerstört werden. Das letztere ist aber nicht der Fall : man kann z. B. eine kathodische Spitze mit 10   M.   A. und mehr Hundert von Stunden belasten, ohne dass sich eine erhebliche Änderung an ihr einstellte. 



   Die beschriebene Anordnung nach Fig. 1 kann als technische   Röntgenstrahlenquelle   benutzt werden. 



  Es werden Röntgenstrahlen von den Spalträndern in ihrer ganzen Länge ausgesandt, so dass ein scharfes Bild nicht entstehen würde, wenn man annähernd senkrecht zu den Spalträndern beobachtete. Wird aber streifend, also annähernd in der Längsrichtung der Ränder beobachtet, so entsteht (infolge der projektiven Verkürzung der Ränder) ein hinreichend scharfes Bild. Man hat dann ausserdem den Vorteil, die auf beiden Seiten eines jeden Randes ausgesandte Strahlenintensität auszunutzen. 



   Hinsichtlich der Befestigung der Elektroden ist zu bemerken, dass sie nicht unbedingt beide, eine jede an einem andern Ende, an der äusseren Glashülle befestigt sein müssen, wie dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Es können auch beide Elektroden starr aneinander montiert sein, so dass sie beide gleichzeitig durch einen gemeinsamen Elektrodenhals in die äussere Glashülle eingeführt und dann in der üblichen Weise am Halse festgemacht werden. In diesem Falle ist eine der Elektroden vermittels eines isolierenden, beispielsweise aus Quarz bestehenden Gestelles an der anderen Elektrode oder an deren Hals befestigt. Diese Anordnung hat für den Fall, dass mit konstanter Elektrodenentfernung gearbeitet werden solletwa für Zwecke der   Tieftherapie-, den Vorteil,   dass diese Entfernung nui wenig oder gar nicht mit der Temperatur sich zu ändern braucht. 



   Die Elektroden müssen nicht unbedingt die Gestalt zweier einander gegenüberstehenden Schneiden besitzen. Es können auch beliebige andere Formen benutzt werden, so Halbkugeln, mit den Scheiteln einander gegenüberstehende paraboloidähnliche Formen (Fig. 2) u. dgl. Sollen aber in einer Ebene angeordnete Schneiden benutzt werden, so kann die eine Elektrode eine kreisrunde, bzw. elliptische Scheibe sein, die andere aber ein entsprechender Ring. Alle symmetrischen Anordnungen haben den Vorteil, dass sie nicht nur mit Gleichspannung, sondern auch mit Wechselspannung betrieben werden können. 



  Im letzten Falle ist jede der beiden Elektroden abwechselnd Anode und Kathode, was aber bei der geringen Entfernung der zwei verschiedenen, sich daraus ergebenden Brennfleck nicht störend empfunden wird. 



   Unsymmetrische Elektrodenanordnungen bevorzugen naturgemäss die eine Stromrichtung, besitzen also Ventilwirkung und können auch als Ventile benutzt werden. Als Röntgenstrahlenquelle ist aber eine solche unsymmetrische Anordnung von besonderem Interesse, bei welcher die eine Elektrode die Gestalt eines die zweite Elektrode umhüllenden Hohlkörpers hat (Fig. 3), also beispielsweise eine in einen Zylinder oder in einen Hohlkegel hineinragende Scheibe, zwei gleichachsige Zylinder oder Kegel u. dgl. Der Vorzug einer solchen Anordnung besteht darin, dass die hohle Elektrode gleichzeitig als Strahlenschutz ausgestaltet werden kann, indem man ihr eine grössere Wandstärke verleiht und sie aus gut absorbierendem Material macht.

   Dadurch wird für therapeutische Zwecke unerwünschte Strahleneinwirkung vermieden, für Aufnahmezwecke aber gewährleistet, dass die Platten von Streustrahlen nicht verschleiert werden. 



   Soll aber für Zwecke der Tieftherapie eine an weichen Komponenten tunlichst arme Strahlung erzeugt werden, dann wird die Entfernung der Elektroden zweckmässig so gross gewählt, dass nur die Scheitelwerte der Spannung für die Erzeugung der Röntgenstrahlen in Frage kommen. Besonders beim Betrieb mit höherer Frequenz als derjenigen des bis zu 125 Perioden pulsierenden technischen Wechselstromes ist es vorteilhaft die Entfernung so zu wählen, dass die jedesmalige Scheitelspannung gerade in der Um-   gabung   desjenigen Grenzwertes liegt, bei welchem Stromübergang einsetzt. Es entsteht dann bei geringem Energieaufwand und entsprechend geringer Erwärmung der Elektroden eine verhältnismässig intensive und harte Strahlung. 



   Die Tatsache des   Stromübergangs zwischen   nahe aneinander befindlichen Flächen im Hochvakuum kann ferner auch zur Herstellung einer Zündentladung in einer nach Art der Lilienfeldröhre gebauten Röhre benutzt werden. Zu diesem Zwecke wird in der Bohrung der Kathode B (Fig. 4) einer Lilienfeldröhre eine mit geringem Spielraum in sie hineinpassende Hilfselektrode C angeordnet. Q sind vermittels des Gewindes G und der Feder   H   im Stielrohr von B zusammengehaltene Ringe aus hitzebeständigem 

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 Isolator (Quarz), welche   Bund 0 zu   einer starren, die Kathode bildenden Einheit verbinden. Diese Kathode wird mit Hilfe der Drahtsehleifen S und der Feder F unverrückbar an den Kathodenstiel   K   der äusseren   Röhrenhülle   befestigt.

   Zwischen den beiden Elektroden B und C wird nun die Zündentladung auf eine der   bekanntenArten,   sei es mit Hilfe eines Zündtransformators Z (Fig. 4) oder eines Hochspannungwiderstandes, der als Spannungsteiler für die Spannung des Röntgentransformators   R   benutzt wird, eingeleitet. Die in der Öffnung freiwerdenden Elektronen werden von dem zwischen Antikathode D und Kathode B-C bestehenden Hochspannungsfelde erfasst und durch den zylindrischen Ansatz J gerichtet, auf den Antikathodenspiel geschleudert, wobei ein je nach den Abmessungen kleinerer oder grösserer gut definierter Brennfleck entsteht. Die Spannung des   Röntgentransformators R   kann dabei gleichgerichtet sein oder nicht.

   Im ersten Falle gehen beide Wechsel durch die Röhre, ganz gleichgültig, ob mit Zündtransformator nach Fig. 4 oder mit Abzweigwiderstand, wie oben erwähnt, gearbeitet wird. Die durch die Röhre gehende Milliamperezahl ist durch den Betrag des Zündstromes zwischen B und C, die Strahlenhärte durch die Spannung am   Röntgentransformator   R gegeben. Beide können ganz nach Bedarf momentan verändert und eingestellt werden. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1.   Hochvakuumröhre,   insbesondere Röntgenröhre, Ventilröhre, Senderöhre oder Verstärkungsröhre, bestehend aus einer so hoch evakuierten Hülle, dass Ionisationsphänomene (Glimmentladung, Funkenentladung, Lichtbogenentladung u.   dgl.)   während des Arbeitens der Vorrichtung nicht in Erscheinung treten, gekennzeichnet durch eine keine Heizvorrichtung für Elektronenemission enthaltende Kathode, welche von der Anode durch einen so geringen Zwischenraum getrennt ist, dass eine bestimmte. zur Verfügung stehende Spannung eine Entladung bewirkt.

Claims (1)

1. 2. Hochvakuumröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Elektroden (die Kathode) oder beide Elektroden mit Flächen von geringerem Krümmungsradius (Schneiden, Spitzen) versehen sind und vorzugsweise aus schwer schmelzbarem Metall z. B. Tantal hergestellt sind, wobei die Flächen von geringem Krümmungsradius die eigentlich aktiven Elektrodenteile bilden.

   3. Hochvakuumröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der beiden Elektroden geregelt wird, indem entweder eine oder beide Elektroden erhitzt werden können und ihre Wärmeausdehnung zur Regelung des Abstandes benutzt wird oder eine oder beide Elektroden mit einem deformierbaren Körper verbunden sind oder die Elektrodenentfernung mit Hilfe der Einwirkung eines Elektromagnets auf einen Eisenkern bewirkt wird, der zweckmässigerweise in eine besondere luftdicht abgeschlossene Glashülle eingeschlossen sein kann.

   4. Hochvakuumröhre nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die nahe aneinander befindlichen Flächen symmetrisch derart angeordnet sind, dass bei Betrieb mit Wechselspannung zwei dicht aneinander gelegene, gleichberechtigte Brennfleck entstehen, wobei die Elektroden die Gestalt paralleler Schneiden, durch konzentrische Kreise begrenzter Flächen, von Halbkugeln oder Paraboloiden besitzen können.

   5. Hochvakuumröhre nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksamen Elektrodenteile derart ausgestaltet sind, dass der eine von ihnen ein den anderen umschliessender Hohl- EMI3.1 andere scheibenförmig ausgeführt sein kann.

   6. Hochvakuumröhre gemäss Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung der im Zündstromkreise verwendeten Elektronen gemäss Anspruch 1 erfolgt, wobei die Elektroden nach Anspruch 2 geformt sein können, derart, dass in der Bohrung der Lochkathode ein konaxialer, von ihr isolierter Körper angeordnet ist, wobei Kathodenstrahlen streifend zu den in der Lochkathode angeordneten Oberflächen nach Einleitung einer Entladung zwischen ihnen austreten und in einer beispielsweise hohl- zylindrischen Sammelvorrichtung zusammengedrängt auf den Brennfleck gelangen.

   7. Ventilanordnung unter Benutzung der Kathodenstrahlenquelle nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden sehr unsymmetrisch gestaltet sind, z. B. ebene Platte und Schneide, ebene Platte und Spitze, allgemein eine Elektrode mit grossem und eine mit sehr kleinem Krümmungradius.

   8. Röntgenröhre nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Elektroden vermittels eines vorzugsweise aus hitzebeständigem Isolator (Quarz) bestehenden Gestelles an der andern Elektrode besfetigt ist, zu dem Zwecke eine genaue und unveränderliche Einstellung des Elektrodenabstandes zu gewährleisten.