Schaltungsanordnung mit .einer eine Hilfselektrode aufweisenden, wechselstrombetriebenen Röntgenröhre. Bekanntlich wird die Belastbarkeit ent lüfteter Röntgenröhren von -der Bedingung begrenzt, dass die Temperatur der Anode einen gewissen, von dem Anodenmaterial und von der Anwendungsweise der Röhre abhän gigen Wert nicht überschreiten darf.
Beim Betrieb mit Gleichspannung wird diese Höchsttemperatur durch die Forderung fest gelegt, dass die Anode nicht schmelzen und nicht merklich verflüchtigen darf. Beim. Be trieb mit Wechselspannung hingegen muss die strengere Forderung gestellt werden, dass die thermische Elektronenemission der Anode äusserst klein ist.
Ist dies nicht der Fall, so tritt in der negativen Phase der Wechsel spannung, wenn die Kathode positiv in bezug auf die Anode ist, Rückzündung auf, die häufig zur Zerstörung der Röhre führt.
Es ist bereits bekannt, Röntgenröhren mit Wechselspannung zu betreiben, die mit einer in der Nähe der Anode, in der Entladungs bahn angeordneten und als Schirm zwischen der Anode und der Kathode ausgebildeten Hilfselektrode versehen sind.
Dabei wurde zwischen der Kathode und dem Schirm eine gleichbleibende, im Verhältnis zur Röhren spannurig kleine, regelbare .Spannung ange legt, oder der Schirm war mit der Kathode verbunden. Diese Massnahme verhütet nicht das Auftreten von Rückzündung in der Ge genphase, der Spannung, wenn die Tempera tur der Anöde zur Erzeugung thermischer Elektronenemission hinreichend hoch ist.
Durch die Erfindung wird das Auftreten von Rückzündung in der negativen Phase der Anodenspannung beim Betrieb der Röntgen röhre :mittels Wechselspannung vermieden. Sie bezieht sich auf eine Schaltungsanord nung, die mit einer wechselstrombetriebenen Röntgenröhre versehen ist, die eine zwischen der Anode und der Kathode in der Ent ladungsbahn angeordnete und mit einer Öff nung zum Hindurchlassen des Elektronen bündels versehene Hilfselektrode enthält.
Die Hilfselektrode ist isoliert gegen die Anode angeordnet. Gemäss der Erfindung sind Mit tel vorhanden, welche bewirken, dass die Hilfselektrode vom Beginn der negativen Phase der Anodenspannung bis mindestens nahe zu deren Abschluss negativ in bezug auf die Anode ist. Die Hilfselektrode kann elektrisch leitend mit einem Anschluss des die Anodenspannung liefernden Gerätes verbunden sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung liegt zwischen diesem Anschluss und der Anschlussklemme der Anodenspan nung eine Wicklung, die mit der Wicklung für die Anodenspannung in Reihe geschaltet ist.
Dazu kann ein getrennter Transformator dienen, wobei besonders zu berücksichtigen ist, dass die Wicklung derart mit. der Hoch spannungswicklung verbunden ist, dass der Spannungsunterschied zwischen der Hilfs elektrode uud der Kathode grösser als zwi- sehen der Anode und der Kathode ist.
Diese, Ausführung hat aber nur Vorteile, wenn die Anode der Röhre geerdet ist, da sonst ein Transformator angewendet werden muss, des sen sekundäre und primäre Wicklung durch eine Hochspannungsisolierung voneinander getrennt sind.- Im allgemeinen wird es daher vorteilhaft sein, dass die Hilfswicklung einen Teil der Hochspannungswicklung des Speise- transformators bildet.
Während der Phase der Anodenspannung, in der die Anode positiv in bezug auf die Ka thode ist, kann die Hilfselektrode positiv in bezug auf die Anode sein. Der-verhältnis- mässig geringe, positive Potentialunterschied, den die Hilfselektrode in bezug auf die Anode besitzt, wird dabei keinen merklichen Einfluss auf den Verlauf der Elektronen aus üben, da die Geschwindigkeit der Elektronen in der Nähe- der Hilfselektrode bereits sehr gross -ist,
so dass dies mit Rücksicht auf die Pokussierung des Bündels nicht störend wirkt.
Beim genannten Ausführungsbeispiel darf die Spannung an der Hilfselektrode nicht in bezug auf die Anodenspannung nacheilen. Dadurch wird vermieden, dass die Hilfselek- trode'während des ersten Teils der negativen Phase der Anodenspannung unwirksam ist. Obgleich die Spannung zwischen Kathode und Anode in diesem Zeitpunkt noch gering ist, könnte sie doch hinreichen, um die Rück zündung einzuleiten.
Dies kann durch An wendung von Schaltelementen vermieden werden, welche die Phase der Spannung an der Hilfselektrode in bezug auf die Röhren spannung verfrühen. Diese Bedingung kann dadurch erfüllt werden, dass in die Span- nungszuführungsleitung für die Hilfselek trode ein Widerstand eingefügt wird, wobei die Reihenschaltung der Hilfswicklung und des Widerstandes durch eine Selbstinduktion überbrückt wird.
Der Phasenunterschied zwi schen der Anodenspannung und der Span nung der Hilfselektrode gegen die Anode ist -\, om Spannungsverlust im Widerstand ab hängig. Zur Regelung des Phasenunterschie- des zwischen der Anodenspannung und der Spannung der Hilfselektrode gegen die Anode sind verschiedene andere Schaltungen unter Zuhilfenahme von Widerständen und Kondensatoren und/oder Selbstinduktionen möglich.
Bei der erfindungsgemässen ScUaltungs- anordnung kann eine Röntgenröhre verwen det werden, bei der die Hilfselektrode die Stirnfläche der Anode in Form einer Kappe umgibt. Die Kappe wirkt in diesem Fall als Sekundärelektronenfänger, wodurch vermie den wird, dass diese Elektronen auf die Röh renwand gelangen und ungewünsehte Ladun gen verursachen, die zum Durchschlag der Wand Anlass geben können.
Die Anode der Röhre kann als Träger der Kappe dienen und diese über ein Zwischenstück aus elektri schem Isoliermaterial an der Anode befestigt werden. Beim Gebrauch eines wärmeleitfähi gen Isoliermaterials, wie Porzellan oder Ka- lit, erreicht man, dass die Temperatur der Kappe dauernd unterhalb des Wertes bleibt, bei dem thermische Elektronenemission auf tritt.
Es sind bereits Röntgenröhren bekannt, bei denen derjenige- Teil der Anodenober- flache; auf den die Elektronen aufprallen, von einer aus Metall bestehenden Kappe umgeben ist, die von der Anode getragen wird und das gleiche Potential wie diese besitzt. Die Auf prallstelle der Elektronen, die auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, befindet sich hier bei in einem feldfreien Raum,
so dass die auf der Anode auf thermischem Wege freiwer denden Elektronen ungestört durch die öff- nung der Kappe in die Entladungsbahn ein- treten können, wo sie bei der Anwendung von Wechselspannung zum Betrieb der Röhre Rückzündung in der Röhre herbeiführen.
Die Erfindung ist auch bei Röntgenröh ren mit drehbarer Anode anwendbar und ist besonders beim Gebrauch einer Drehanode von Bedeutung, die aus einer dünnen Metall scheibe besteht, da diese erst voll belastet ist, wenn sie eine hohe Temperatur erreicht hat.
Es ist schon vorgeschlagen worden, die Stirnfläche einer drehbar angeordneten Anode durch einen Schirm zu bedecken (fran zösische Patentschrift Nr. 713190) ; es han delte sich dabei um eine Röhre für wissen schaftliche Prüfung mit charakteristischen Strahlen. Um die Bildung eines Niederschla ges auf der Stirnfläche' der Anode weit gehendst zu vermeiden, wurde diese mit Ausnahme des Brennflecks durch einen still- stehenden Schirm bedeckt.
Um dem Zweck zu entsprechen, zu dem dieser Schirm ver wendet wurde, musste dieser möglichst nahe zur Anodenfläche liegen. Es kann dabei vor kommen, dass der Schirm während des Be triebes der Röhre so stark erhitzt wird; dass er selbst als Quelle thermischer Elek tronenemission zu wirken anfängt. Bei Drehanodenröhren soll deshalb der Hilfs elektrode ein genügender -Abstand von der Stirnfläche der Anode gegeben werden. Wenn sie z.
B. derart ausgebildet ist, dass sie die Anode in Form einer Kappe umgibt; so kann sie ausser zur Verhütung einer Rückzündung gleichzeitig zum Abbremsen von Sekundär elektronen wirksam sein.
Bei isolierter Anordnung muss die Hilfs elektrode fähig sein, die von der Anode aus gestrahlte und von ihr abgefangene Wärme durch Strahlung abzugeben. Es ist daher empfehlenswert, dass die Oberfläche der Hilfselektrode ein. grosses Wärmestrahlungs- vermögen besitzt. Zu diesem Zweck kann sie an der Aussenseite z. B. mit einer schwarzen Haut überzogen werden.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung und Fig. 2 eine Ausführung der Röntgen röhre mit stillstehender Anode.
Die Röntgenröhre ist in Fig. 1 sehr sche matisch dargestellt, wobei 1 die Kathode, 2 die .Anode und 3 die Hilfselektrode bezeich nen. Diese Elektroden sind gemäss Üig. 2 in einem geschlossenen gläsernen Gefäss 4 ent halten, das mit einem Metallteil 5 versehen sein kann, der die Entladungsbahn umgibt.
Die Hilfselektrode 3 besteht aus einem Zy linder 6, der die Anode 2 umschliesst und in Richtung der Kathode 1 mittels einer Blende 7 abgeschlossen ist, die sich zwischen der Anode und der Kathode in die Entladungs bahn erstreckt und mit einer Öffnung 8 zum Hindurchlassen der von der Kathode aus gesandten Elektronen versehen ist.
Die Ab schirmwirkung vom Feld der Kathode mit tels der Blende ist um so besser, je kleiner diese Öffnung gewählt wird, so dass es emp fehlenswert ist, dass die Öffnung nicht grö sser ist, als dies mit Rücksicht auf das Hin- durchlassen des Elektronenbündels notwen dig ist.
Die Spannung zwischen der Anode 2 und der Kathode 1 der Röhre wird von der Se kundärwicklung 9 eines Hochspannungs- transformators 10 geliefert, dessen Primär- wicklung 11 an die Klemmen 12 und 13 an geschlossen ist, die mit den Spannungsregel und Einstellteilen verbunden sind. Diese sind in, der Fig. 1 nicht dargestellt.
Die Energie zur Heizung der Kathode 1 wird von einem '.heil 18 der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators geliefert. Am andern Ende der Hochspannungswicklung sind eine Anzahl Windungen 14 in Reihe mit der Hochspannungswicklung 9 geschaltet.
Die ,'l nodenkappe 3 ist über den Widerstand 15 mit dem Ende dieser Windungen verbunden, wobei die Anschlussklemmen der Kappe 3 und der Anode 2 von einer Selbstinduktion 1.6 überbrückt sind.
Die Anwendung dieser Selbstinduktion hat den Zweck, etwaige durch die Selbstinduktion der Transformator spulen bedingte Nacheilung der Spannung zwischen Kappe und Anode gegenüber der Anodenspannung zu beheben. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass die Spannung an der Kappe nicht hinter der Spannung an der Anode in der Phase zurücksteht.
Eilt sie ein wenig vor, so kann während des Endes der negativen Phase ein Elektronenstrom von der Anode zur Kathode zu fliessen anfangen, der, da er erst entsteht;
wenn der Spannungs- unterschied zwischen der Anode und der Ka thode nur noch einen kleinen Wert besitzt, nicht mehr zur Rückzündung und Zerstör rang der Röhre führen wird. .Sogar wenn z. B.
die Anode eine starke thermische.Elektronen- emission hat, wird eine Spannung von einigen hundert bis -höchstens einigen tausend Volt an der Hilfselektrode hinreichen, um das Feld der Kathode an der Stelle der Anode völlig abzuschirmen.
Die Kappe 3 ist an- der Anode 2 unter Zu hilfenahme eines Zwischenstückes 17 aus Iso liermaterial befestigt, das zweckmässig aus einem Stoff besteht, der fähig ist, als Wärmeleiter wirksam zu sein, so dass etwaige Temperaturunterschiede zwischen der Kappe und der Anode ausgeglichen werden und keine Gefahr besteht, dass die Kappe bis zu einer Temperatur erhitzt wird,
die hinrei chend hoch zum Eintreten thermischer Elek- tronenemission ist.
Circuit arrangement with .einer an auxiliary electrode having, AC-powered X-ray tube. As is well known, the loading capacity of vented X-ray tubes is limited by the condition that the temperature of the anode must not exceed a certain value, which depends on the anode material and the way in which the tube is used.
When operating with direct voltage, this maximum temperature is determined by the requirement that the anode must not melt and not noticeably volatilize. At the. When operating with alternating voltage, however, the more stringent requirement must be that the thermal electron emission of the anode is extremely small.
If this is not the case, then in the negative phase of the alternating voltage, when the cathode is positive with respect to the anode, flashback occurs, which often leads to the destruction of the tube.
It is already known to operate X-ray tubes with alternating voltage, which are provided with an auxiliary electrode arranged in the vicinity of the anode, in the discharge path and designed as a screen between the anode and the cathode.
A constant, adjustable voltage was applied between the cathode and the screen, which was small in relation to the tubes, or the screen was connected to the cathode. This measure does not prevent the occurrence of flashback in the opposite phase, the voltage, when the temperature of the anode is high enough to generate thermal electron emission.
The invention prevents the occurrence of flashback in the negative phase of the anode voltage during operation of the X-ray tube: by means of alternating voltage. It relates to a Schaltungsanord voltage, which is provided with an AC-powered X-ray tube, which contains an arranged between the anode and the cathode in the Ent charge path and provided with an opening for the passage of the electron bundle auxiliary electrode.
The auxiliary electrode is arranged insulated from the anode. According to the invention, means are present which have the effect that the auxiliary electrode is negative with respect to the anode from the beginning of the negative phase of the anode voltage to at least close to its end. The auxiliary electrode can be connected in an electrically conductive manner to a connection of the device supplying the anode voltage.
In one embodiment of the arrangement according to the invention, there is a winding between this connection and the connection terminal for the anode voltage, which winding is connected in series with the winding for the anode voltage.
A separate transformer can be used for this, it being particularly important to take into account that the winding is also the high voltage winding is connected so that the voltage difference between the auxiliary electrode and the cathode is greater than that between the anode and the cathode.
However, this design only has advantages if the anode of the tube is earthed, otherwise a transformer must be used, the secondary and primary windings of which are separated from one another by high-voltage insulation. In general, it will therefore be advantageous for the auxiliary winding to have one Forms part of the high-voltage winding of the feed transformer.
During the phase of the anode voltage in which the anode is positive with respect to the cathode, the auxiliary electrode can be positive with respect to the anode. The relatively small positive potential difference that the auxiliary electrode has in relation to the anode will not have any noticeable influence on the course of the electrons, since the speed of the electrons in the vicinity of the auxiliary electrode is already very high,
so that this does not have a disruptive effect with regard to the focusing of the bundle.
In the exemplary embodiment mentioned, the voltage on the auxiliary electrode must not lag behind the anode voltage. This prevents the auxiliary electrode from being ineffective during the first part of the negative phase of the anode voltage. Although the voltage between the cathode and anode is still low at this point in time, it could still be sufficient to initiate the re-ignition.
This can be avoided by using switching elements that premature the phase of the voltage on the auxiliary electrode with respect to the tube voltage. This condition can be fulfilled by inserting a resistor into the voltage supply line for the auxiliary electrode, the series connection of the auxiliary winding and the resistor being bridged by self-induction.
The phase difference between the anode voltage and the voltage between the auxiliary electrode and the anode is dependent on the voltage loss in the resistance. Various other circuits with the aid of resistors and capacitors and / or self-inductions are possible for regulating the phase difference between the anode voltage and the voltage of the auxiliary electrode against the anode.
In the circuit arrangement according to the invention, an X-ray tube can be used in which the auxiliary electrode surrounds the end face of the anode in the form of a cap. In this case, the cap acts as a secondary electron trap, which prevents these electrons from getting onto the tube wall and causing undesired charges that can cause the wall to break down.
The anode of the tube can serve as a support for the cap and this can be attached to the anode via an intermediate piece made of electrical insulating material. When using a thermally conductive insulating material, such as porcelain or potassium, one achieves that the temperature of the cap remains permanently below the value at which thermal electron emission occurs.
X-ray tubes are already known in which that part of the anode surface; on which the electrons impinge, is surrounded by a metal cap which is carried by the anode and has the same potential as it. The point of impact of the electrons, which is heated to a high temperature, is here in a field-free space,
so that the electrons released thermally on the anode can enter the discharge path through the opening of the cap undisturbed, where they cause flashback in the tube when AC voltage is used to operate the tube.
The invention is also applicable to Röntgenröh ren with a rotating anode and is particularly important when using a rotating anode, which consists of a thin metal disc, since it is only fully loaded when it has reached a high temperature.
It has already been proposed to cover the end face of a rotatably arranged anode by a screen (French patent No. 713190); it was a tube for scientific testing with characteristic rays. In order to avoid the formation of a precipitate on the face of the anode as far as possible, it was covered by a stationary screen with the exception of the focal point.
In order to meet the purpose for which this screen was used, it had to be as close as possible to the anode surface. It can happen that the screen is heated so much while the tube is in operation; that it itself begins to act as a source of thermal electron emission. With rotating anode tubes, the auxiliary electrode should therefore be given a sufficient distance from the face of the anode. If you z.
B. is designed such that it surrounds the anode in the form of a cap; in addition to preventing re-ignition, it can also be effective for braking secondary electrons.
In the case of an isolated arrangement, the auxiliary electrode must be capable of emitting the heat radiated by the anode and captured by it by radiation. It is therefore recommended that the surface of the auxiliary electrode be one. has great heat radiation capacity. For this purpose, it can on the outside z. B. be covered with a black skin.
In the accompanying drawing, an embodiment of the subject invention is shown.
Fig. 1 shows the circuit arrangement and Fig. 2 shows an embodiment of the X-ray tube with a stationary anode.
The X-ray tube is shown very cally in Fig. 1, where 1 denotes the cathode, 2 the .Anode and 3 the auxiliary electrode NEN. These electrodes are according to Üig. 2 hold ent in a closed glass vessel 4, which can be provided with a metal part 5 which surrounds the discharge path.
The auxiliary electrode 3 consists of a cylinder 6, which encloses the anode 2 and is closed in the direction of the cathode 1 by means of a diaphragm 7, which extends between the anode and the cathode in the discharge path and with an opening 8 for the passage of the the cathode is provided with sent electrons.
The shielding effect from the field of the cathode by means of the diaphragm is the better, the smaller this opening is chosen, so that it is recommended that the opening is not larger than is necessary with regard to the letting of the electron beam dig is.
The voltage between the anode 2 and the cathode 1 of the tube is supplied by the secondary winding 9 of a high-voltage transformer 10, the primary winding 11 of which is connected to the terminals 12 and 13, which are connected to the voltage regulating and setting parts. These are not shown in FIG. 1.
The energy for heating the cathode 1 is supplied by a '.heil 18 of the secondary winding of the high-voltage transformer. At the other end of the high-voltage winding, a number of turns 14 are connected in series with the high-voltage winding 9.
The node cap 3 is connected to the end of these turns via the resistor 15, the connection terminals of the cap 3 and the anode 2 being bridged by a self-induction 1.6.
The purpose of this self-induction is to eliminate any lag in the voltage between the cap and anode compared to the anode voltage caused by the self-induction of the transformer coils. This ensures that the voltage on the cap does not lag behind the voltage on the anode in phase.
If it moves a little ahead, an electron current can begin to flow from the anode to the cathode during the end of the negative phase, which is because it is only being created;
if the voltage difference between the anode and the cathode has only a small value, it will no longer lead to flashback and damage to the tube. .Even if z. B.
If the anode has a strong thermal electron emission, a voltage of a few hundred to several thousand volts at the most on the auxiliary electrode will be sufficient to completely screen the field of the cathode at the point of the anode.
The cap 3 is attached to the anode 2 with the aid of an intermediate piece 17 made of insulating material, which is suitably made of a substance that is capable of acting as a heat conductor so that any temperature differences between the cap and the anode are compensated and there is no risk of the cap being heated to a temperature
which is sufficiently high for thermal electron emission to occur.