Einrichtung zur Erzeugung sehr schneller Kathodenstrahlen. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung sehr schneller Kathoden strahlen.
In Kathodenstrahlröhren lässt sich die Bildung positiver Ionen selbst durch sorg fältigste Entgasung nie ganz vermeiden. Liegt etwa eine Spannung von mehreren 100 kV an den Elektroden der Röhren, so hat dies zur Folge, dass durch das entsprechende zusätzliche Ionenbombardement der Kathode eine erhebliche Steigerung der Elektronen emission eintritt. 'Dieses Anwachsen der Elektronenemission kann so weit gehen, dass durch Selbstheizung der Röhre' labile Zu stände eintreten.
Kathodenstrahlröhren sehr hoher Span nung, bei denen sich der Ionenstrom beson ders bemerkbar macht, werden im allgemei nen derart gebaut, däss die' Spannung in der Art einer Kaskade auf mehrere Stufen un terteilt wird und-den Elektronen stufenweise unter Einwirkung der Spannung aufeihan- derfolgende Beschleunigungen erteilt werden.
Man hat versucht, bei derartigen Kathoden strahlröhren: für Höchstspannungen mit Un- terteilung der Spannung die nachteiligen Wirkungen der positiven Ionen dadurch zu vermeiden, dass man zwischen die einzelnen Röhren der Kaskade eine Metallfolie ein schaltete und so den: Übergang der positiven Ionen von der Endelektrode der einen Röhre in die Anfangselektrode der nächsten Röhre verhinderte. Diese Metallfolie ist dann für die weiter zu beschleunigenden Elektronen durchlässig, für die positiven Ionen aber un durchlässig.
Das beschriebene Verfahren besitzt jedoch erhebliche Nachteile. Die für die Ionen un durchlässige Metallfolie ruft auch bei den Elektronen, trotzdem sie sie hindurchlässt, einen Geschwindigkeitsverlust hervor. Dieser Geschwindigkeitsverlust bedingt eine erheb liche Erwärmung der- Metallfolien, insbeson dere bei den höheren Stufen der Spannungs- kaskade, die leicht das zulässige Mass über schreiten kann. Es kommt hinzu, dass an der Metallfolie unerwünschte Röntgenstrahlen entstehen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wer den die erwähnten Nachteile dadurch besei tigt, dass bei Einrichtungen zur Erzeugung sehr schneller Kathodenstrahlen, die aus mehreren zur kaskadenartigen Unterteilung der Spannung hintereinandergeschalteten Röhren bestehen, zwischen den aufeinander folgenden Röhren Mittel zur Erzeugung eines die Ionen und Elektronen in verschiedene Bahnen lenkenden magnetischen Feldes vor gesehen sind.
Zwischen den aufeinanderfol- genden Röhren können die Ionen durch das magnetische Feld auf sich lenkende Metall schirme angeordnet sein. An Stelle der Me tallschirme können natürlich auch die Ionen durch das magnetische Feld auf sich len kende Blenden angeordnet sein. Es ist vor teilhaft, an jeden Metallschirm das gleiche Potential wie das der beiden Elektroden zu legen, zwischen denen er angeordnet ist.
Die Achsen der Röhren sind vorteilhaft gegen- cinandergeneigt. Gegebenenfalls sind die Achsen der Kathodenstrahlröhren zueinander parallel verschoben. Diese Röhren können dann durch Rohre, deren Achsen zu den Ach sen der Röhren geneigt sind, verbunden sein. Es können ferner den Elektronenstrom vor Eintritt in das ihn ablenkende Magnetfeld konzentrierende Solenoide vorgesehen sein.
In den Zeichnungen sind einige Ausfüh rungsbeispiele dargestellt.
Abb. 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Röhren teilweise im Schnitt, Abb. 2 einen Teil aus Abb. 1 in grossem Massstab, . Abb. 3a und 3b je einen Schnitt durch einen Teil des Verbindungsrohres 15, Abb. 4 ein Lageschema für mehrere Röhren, Abb. 5 eine Teilansicht einer gaskade, Fig. 6 ein weiteres Lageschema der Röhren.
In Fig. 1 besteht das Entladungsgefäss aus zwei Glaskolben 1 und 2, die durch die Hälse 3 und 4 miteinander verbunden sind. Die Achsen der Glasröhren bilden einen Win kel von 120' zueinander. Auf diese Weise ist einerseits eine ausreichende Trennung der Bahnen der Ionen und Elektronen möglich, anderseits aber kommen die Enden der in Kaskade angeordneten einzelnen Röhren nicht in unzulässige Nähe zueinander, so dass etwa ein äusserer Überschlag einträte.
Die Hälse enthalten an den Stellen 5 und 6 je eine Elektrode, deren Potential zwischen demjenigen der Kathode 7 und der Anode 8 liegt. Die Elektroden 5. und 6 werden durch je einen kleinen Metallzylinder gebildet. Die Glühkathode 7, die in Fig. 2 grösser heraus gezeichnet ist, besteht aus einer Glühdraht- schleife 9, die mit den Stabeinschmelzungen 10 und 11 verschweisst ist, und einer Blende 12, die bezweckt, das Elektronenbündel zu sammeln. Die Klemmen 13 und 14 der Hoch spannungsquelle sind mit der Glühkathode 7 und der Anode 8 verbunden.
Die Hochspan nungsquelle besitzt in der Mitte eine An zapfung, die mit den Elektroden 5 und 6 verbunden wird und ein Potential führt, das dem halben Wert der Potentialdifferenz zwischen Kathode 7 und Anode 8 gleich kommt. Zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 ist die in Fig. 3a und 3b heraus gezeichnete Vorrichtung angebracht, die zur Trennung der Elektronen- und Ionenbahnen dient.
1-5 ist das Glasrohr, das die Hälse ver bindet, 16 sind die Polschuhe, zwischen denen sich das homogene Magnetfeld ausbil det, 19 das Joch des Eisenkernes, 17 die Erregerwicklung für das Magnetfeld. Sie kann durch eine isoliert "aufgestellte Batte rie gespeist werden. 20 sind zwei Blenden, die ebenfalls wie die Eisenspule auf das Potential der Elektroden 5 und 6 gebracht sind. Sie dienen dazu, die positiven Ionen aufzufangen.
Der Erfindung liegen die nachstehend dargestellten physikalischen Verhältnisse zu grunde. In einem homogenen magnetischen Feld der Stärke H bescheibt ein elektrisch geladenes Masseteilchen mit der Massem, das ein Spannungsgefälle p durchlaufen hat, eine Kreisbahn, deren Krümmungsradius ' r gegeben ist durch die Bezeichnung
EMI0003.0004
wobei e die Ladung des Teilchens ist.
Bei einem Magnetfeld von 280 Gauss und einer Spannung von 100 kV zwischen den Elek troden einer Kaskadenstufe erhält man durch Einsetzen der Werte für das Elektron bei spielsweise einen Krümmungsradius r = 3,8 cm.
Die positiven Ionen besitzen eine um mehrere Ordnungen grössere Masse als Elek tronen. So ist zum Beispiel die Masse des Wasserstoffions 2000 Mal so gross wie die Masse eines Elektrons. Bei gleicher Span nung zwischen den beiden Elektroden erfährt es eine Ablenkung, deren Radius 45 Mal grösser ist als der des Elektrons.
Dies bedeutet aber, dass alle Wasserstoff ionen, deren Geschwindigkeit nicht in der Nähe von '/41= 2,1 % der Geschwindigkeit der Elektronen liegt, in eine andere Richtung als die Elektronen gelenkt werden. Während die Elektronen auf der strichpunktierten Bahn abgelenkt laufen, werden die (Wasser stoff-)Ionen, deren Geschwindigkeit nicht um 2,1 % der Elektronengeschwindigkeit liegt, von den Blenden 20 aufgefangen, und zwar die mit grösserer Geschwindigkeit von den Blendenteilen an der Aussenseite, die mit kleinerer von den Blendenteilen an der Innen seite der Krümmung. 21, 22, 23 sind Sole noide, die zur Konzentration des Elektronen bündels dienen.
In Fig. 4 ist gleich hinter der Kathode eine Ablenkvorrichtung angebracht, da auf diese Weise die Kathode am wirksamsten geschützt werden kann. In dieser Figur ist eine Entladungsröhre skizziert, die ausser der Ablenkungsvorrichtung zum Schutze der Ka thode noch drei weitere Ablenkungen besitzt, deren Drehsinn wechselt. Auf diese Weise ist es möglich, däss das Rohr in einer Haupt richtung gebaut werden kann. Je nach den Erfordernissen des Verwendungszweckes kann die Kathode, eine Zwischenelektrode oder die Anode auf das Potential Null ge bracht werden.
Fig. 5 zeigt im grösseren Massstabe eine Einzelheit aus einer beispielsweisen Ausfüb- rungsform der neuen Kathodenstrablröhren- anordnung. Nach der in Fig. 5 dargestellten Anordnung werden die Teile 3 und 4 der Kaskade getrennt voneinander evakuiert und erst an Ort und Stelle zusammengesetzt.
In der Zeichnung sieht man die Enden zweier Kaskadenteile 3 und 4, die durch behelfs mässige Glaswände 24 und 25 abgeschlossen werden. Über das Verbindungsrohr 26 sind die Rohre 3 und 4 an ein Abzweigrohr<B>27</B> angeschlossen, das über die Falle für flüs sige Luft 28 nach einer Hochvakuumpumpe, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. führt. Das Rohrstück 26 wird nun während des Pumpvorganges auf eine Temperatur von etwa<B>500'</B> C gebracht. Sobald der Pump vorgang abgeschlossen ist, wird das Rohr 26 bei 30 abgeschmolzen. Hierauf werden die behelfsmässigen Glaswände 24 und 25 mit- telst des im Halse des Rohres 4 befindlichen Eisenstückes 31 zerstört.
Die Reste der zer störten Glaswände 24, 25, sowie das Eisen stück 31 werden hierauf in den Kohlebeutel 32 gebracht, so dass der Weg zwischen den Röhren 3 und 4 vollkommen frei ist.
In Fig. 6 ist eine Anordnung angegeben. bei der zwei parallel zueinanderliegende Rohre gegeneinander versetzt und durch ein zur Röhrenachse schräg liegendes Rohrstück verbunden sind.
Device for generating very fast cathode rays. The invention relates to a device for generating very fast cathode rays.
The formation of positive ions in cathode ray tubes can never be completely avoided, even with the most careful degassing. If, for example, a voltage of several 100 kV is applied to the electrodes of the tubes, the result is that the corresponding additional ion bombardment of the cathode results in a considerable increase in electron emissions. 'This increase in electron emission can go so far that unstable conditions arise due to the self-heating of the tube.
Cathode ray tubes of very high voltage, at which the ion current is particularly noticeable, are generally constructed in such a way that the voltage is divided into several stages in the manner of a cascade and successive stages of the electrons under the action of the voltage Accelerations are granted.
Attempts have been made in such cathode ray tubes to: for maximum voltages with subdivision of the voltage to avoid the negative effects of the positive ions by inserting a metal foil between the individual tubes of the cascade and thus: the transition of the positive ions from the end electrode which prevented one tube from entering the starting electrode of the next tube. This metal foil is then permeable for the electrons to be accelerated further, but impermeable for the positive ions.
However, the method described has considerable disadvantages. The metal foil, which is impermeable to the ions, causes the electrons to lose their speed even though they let them through. This loss of speed causes the metal foils to heat up considerably, especially in the higher stages of the voltage cascade, which can easily exceed the permissible level. In addition, unwanted X-rays are generated on the metal foil.
According to the present invention, the disadvantages mentioned are eliminated by the fact that in devices for generating very fast cathode rays, which consist of several tubes connected in series to split the voltage in a cascade, means for generating the ions and electrons in different paths between the successive tubes directing magnetic field are seen before.
The ions can be arranged between the successive tubes due to the magnetic field deflecting metal screens. Instead of the metal screens, the ions can of course also be arranged by the magnetic field on them len kende aperture. It is advantageous to put the same potential as that of the two electrodes between which it is arranged on each metal screen.
The axes of the tubes are advantageously inclined towards one another. The axes of the cathode ray tubes may be shifted parallel to one another. These tubes can then be connected by tubes whose axes are inclined to the axes of the tubes. Furthermore, solenoids concentrating the electron flow before it enters the magnetic field which deflects it can be provided.
Some examples are shown in the drawings.
Fig. 1 shows two adjacent tubes partially in section, Fig. 2 shows a part of Fig. 1 on a large scale. FIGS. 3a and 3b each show a section through a part of the connecting pipe 15, FIG. 4 a diagram of the position of several tubes, FIG. 5 a partial view of a gas cascade, FIG. 6 a further diagram of the position of the pipes.
In FIG. 1, the discharge vessel consists of two glass bulbs 1 and 2 which are connected to one another by necks 3 and 4. The axes of the glass tubes form an angle of 120 'to each other. In this way, on the one hand, a sufficient separation of the paths of the ions and electrons is possible, on the other hand, however, the ends of the individual tubes arranged in a cascade do not come in impermissible proximity to one another, so that an external flashover would occur.
The necks each contain an electrode at points 5 and 6, the potential of which lies between that of the cathode 7 and the anode 8. The electrodes 5 and 6 are each formed by a small metal cylinder. The hot cathode 7, which is drawn larger out in FIG. 2, consists of a filament loop 9 which is welded to the rod seals 10 and 11, and a diaphragm 12 which aims to collect the electron beam. The terminals 13 and 14 of the high voltage source are connected to the hot cathode 7 and the anode 8.
The high voltage source has a tap in the middle, which is connected to the electrodes 5 and 6 and carries a potential that is half the value of the potential difference between cathode 7 and anode 8 equal. The device shown in FIGS. 3a and 3b is attached between the two electrodes 5 and 6 and serves to separate the electron and ion paths.
1-5 is the glass tube that connects the necks, 16 are the pole shoes between which the homogeneous magnetic field is ausbil det, 19 the yoke of the iron core, 17 the excitation winding for the magnetic field. It can be fed by an isolated battery. 20 are two diaphragms which, like the iron coil, are brought to the potential of electrodes 5 and 6. They serve to collect the positive ions.
The invention is based on the physical relationships shown below. In a homogeneous magnetic field of strength H, an electrically charged mass particle with massem, which has passed through a voltage gradient p, describes a circular path whose radius of curvature r is given by the designation
EMI0003.0004
where e is the charge on the particle.
With a magnetic field of 280 Gauss and a voltage of 100 kV between the electrodes of a cascade stage, by inserting the values for the electron, for example, a radius of curvature r = 3.8 cm is obtained.
The positive ions have a mass several orders of magnitude greater than that of electrons. For example, the mass of the hydrogen ion is 2000 times the mass of an electron. With the same voltage between the two electrodes, it is deflected with a radius 45 times larger than that of the electron.
This means, however, that all hydrogen ions whose speed is not in the vicinity of 1/41 = 2.1% of the speed of the electrons are directed in a different direction than the electrons. While the electrons are deflected on the dash-dotted path, the (hydrogen) ions, whose speed is not 2.1% of the electron speed, are captured by the diaphragms 20, namely those with greater speed by the diaphragm parts on the outside, those with the smaller of the diaphragm parts on the inside of the curve. 21, 22, 23 are sole noids that serve to concentrate the electron bundle.
In Fig. 4, a deflection device is attached immediately behind the cathode, since this is the most effective way of protecting the cathode. In this figure, a discharge tube is sketched which, in addition to the deflection device to protect the Ka method, also has three other deflections, the direction of which changes. In this way it is possible that the pipe can be built in one main direction. Depending on the requirements of the intended use, the cathode, an intermediate electrode or the anode can be brought to zero potential.
FIG. 5 shows, on a larger scale, a detail from an exemplary embodiment of the new cathode tube arrangement. According to the arrangement shown in FIG. 5, the parts 3 and 4 of the cascade are evacuated separately from one another and only assembled on site.
In the drawing you can see the ends of two cascade parts 3 and 4, which are closed by temporary glass walls 24 and 25. The pipes 3 and 4 are connected via the connecting pipe 26 to a branch pipe 27 which, via the trap for liquid air 28, follows a high vacuum pump, which is not shown in the drawing. leads. The pipe section 26 is now brought to a temperature of approximately <B> 500 '</B> C during the pumping process. As soon as the pumping process is complete, the tube 26 is melted at 30. The makeshift glass walls 24 and 25 are then destroyed by means of the iron piece 31 located in the neck of the pipe 4.
The remnants of the zer disrupted glass walls 24, 25, and the iron piece 31 are then brought into the carbon bag 32 so that the path between the tubes 3 and 4 is completely free.
An arrangement is given in FIG. in which two pipes lying parallel to one another are offset from one another and connected by a pipe section which is inclined to the pipe axis.