CH348472A - Extra high voltage discharge tube - Google Patents

Extra high voltage discharge tube

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CH348472A
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CH
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discharge tube
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German (de)
Inventor
Eisl Anton Ing Dr
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Licentia Gmbh
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J5/00Details relating to vessels or to leading-in conductors common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J5/02Vessels; Containers; Shields associated therewith; Vacuum locks
    • H01J5/06Vessels or containers specially adapted for operation at high tension, e.g. by improved potential distribution over surface of vessel

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  • Particle Accelerators (AREA)

Description

  

      Höchstspannungsentladungsrühre            Linearbeschleuniger    für hohe Spannungen und  Leistungen haben in der letzten Zeit immer mehr an  Bedeutung gewonnen, insbesondere für Sterilisierung  von Drogen und Nahrungsmitteln, für die Bestrah  lung von Kunststoffen zwecks Änderung der Mate  rialeigenschaften     usw.    Am meisten haben sich neben  den Resonanztransformatoren die     Van    de     Graaff-          Generatoren    eingeführt, da hierbei unter anderem  eine technisch günstige Kombination von Röhre und  Generator relativ gut durchzuführen geht.

   Die Gene  ratoren, insbesondere für konstante kontinuierliche  Gleichspannung, nehmen, vor allem bei grösserer  Stromentnahme, immer umfangreichere Dimensionen  an, wodurch auch die Entladungsröhre übernormale  Baulängen erhält.  



       Höchstspannungsentladungsröhren    für ein oder  mehrere Millionen Volt werden, um die nötige Span  nungsfestigkeit zu erhalten, derart hergestellt,     dass    sie  in ihrer ganzen Länge durch     Spannungsteiler    unter  teilt sind, die gleichzeitig als Beschleunigungsstufen  für die Entladungselektronen dienen. Durch störende  Nebenentladungen und Vagabundieren der Ladungs  träger, die stets Wandladungen und     lonisationen    im  Vakuumraum verursachen, ist man gezwungen, der  Röhre grosse Ausmasse zu geben, um frei von jedem  Durchschlag zu sein.

   Das Bestreben der Fachleute  geht jedoch dahin, die Röhre so klein zu machen  wie eben möglich, das heisst, wie es ein Aussenüber  schlag noch gerade     zulässt.    Es soll also nicht mehr  wie bisher die Spannungsfestigkeit der Röhre ihre  Grösse bestimmen, sondern die Spannungsfestigkeit  der Röhre soll so weit beherrscht werden,     dass    ihre  Grösse nur noch vom Aussenüberschlag abhängt.  



  Erfindungsgemäss wird dies bei einer     Höchstspan-          nungsentladungsröhre    mit Zwischenelektroden da  durch erreicht,     dass    in unmittelbarer Nähe der Stoss  stelle     Metall-Isolator    an der Wandung die äussere    plane Fläche der Zwischenelektrode. parallel und in  geringem Abstand von der auf der Röhrenachse senk  recht stehenden Fläche des     Isolatorringes    angeord  net ist.  



  Durch diese Massnahme ist es möglich, eine  Röhre zu bauen für ein oder zwei Millionen Volt,  deren Höhe nur<B>900</B> mm beträgt, wenn sechzig Be  schleunigungsstufen von<B>je 15</B> mm Höhe verwendet  werden. Die auf jede Stufe entfallende Spannung wird  demnach bei einer Prüfspannung von<B>1,3</B> MV nur  etwa 22<B>kV,</B> bei<B>2,3</B> MV etwa<B>39</B>     kV    gross sein.<B>Ob</B>  diese Röhre zur Verwendung bei<B>1</B> oder 2 MV  kommt, hängt lediglich von der Kühlung ab.  



  Anhand der Figuren, die Ausführungsbeispiele  der Erfindung zeigen, sei die Röhre näher erläutert.  Die     Fig.   <B>1</B> und 2 zeigen Teilausschnitte aus der  Röhre, wobei nach     Fig.   <B>1</B> als Röhrenwandung ein  Giessharz, zum Beispiel     Araldit,    verwendet ist und  nach     Fig.    2 die Röhrenwandung aus Glas, vorzugs  weise Hartglas, besteht. Isolator<B>1</B> von etwa<B>70</B> mm  Innendurchmesser und 12 mm Höhe hat zwei     hoch-          vakuumdichte,    aufgesetzte Metallringe 2 und<B>3,</B> die  im Falle von Glas aus einer Eisenlegierung bestehen,  die den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das  Glas aufweisen. Beide Ringe werden mittels Giessharz  mit dem Isolator verbunden.

   Der Ring 2 hat oben  eine etwa<B>1, 1</B> mm tiefe und<B>5</B> mm breite     Ausneh-          mung,    in der die Beschleunigungselektrode 4, bei  spielsweise aus einem     1-mm-Nickelblech,    zu der ge  wünschten Form gedrückt, zu liegen kommt. Dadurch  wird die Elektrode nicht nur zur Röhrenachse zen  triert, sondern auch durch den     darüberliegenden     Ring<B>3</B> der nächsten Stufe in seiner Lage festgehal  ten, so     dass    sich Schrauben oder andere Befestigungs  arten erübrigen.

   Der äussere Teil des Isolators ist       koni.sch    verjüngt, um einen in zwei Hälften geteilten,  ebenfalls konischen     Gegenring   <B>5</B> aus Isoliermaterial      aufzunehmen, der in seinem Inneren die Verbindung  <B>9</B> zur jeweiligen Spannungszuführung enthält. Die  nächstfolgende Stufe wird stumpf auf die vorher  gehende gesetzt, wodurch die Voraussetzung für die       hochvakuumdichte    Verbindung der Stufen an den  sehr engen Trennspalt<B>6</B> gegeben wird. Solange die  Röhre zusammengebaut wird, werden die einzelnen  Beschleunigungssektoren mechanisch     gegeneinander-          gedrückt,    nach dem Evakuieren halten sie sich durch  den äusseren Luftdruck selbst zusammen.

   Die Trenn  fuge<B>6</B> wird durch einen unter Zugspannung befind  lichen     Weichgummiring   <B>7</B> von aussen her abgedeckt,  der seinerseits wieder durch ein um seinen Umfang  gelegten und festgezogenes, in den Figuren nicht dar  gestelltes Stahlband gegen die Metallringe 2 und<B>3</B>       gepresst    wird. Dadurch sind beide Stufen hoch va  kuumdicht miteinander verbunden. Die Ringe 2 und  <B>3</B> können auch von vornherein mit einem kalthär  tenden Giessharz direkt miteinander verbunden wer  den. Der grösste Durchmesser der Röhre, ist etwa  <B>160</B> mm.  



  Bekanntlich ist die am meisten gefährdete Stelle  der Röhre die an das Hochvakuum. grenzende innere  Stosskante<B>8</B> des Ringes 2 mit dem Isolator<B>1.</B> Eine  radial nach innen gerichtete Komponente des elektri  schen Feldes dieser negativen Elektrode     muss    ver  hindert werden, was durch das     Nachuntenziehen    der  Elektrode erreicht wird.

   Durch diese etwas ungewöhn  liche     Fornigebung    der Elektroden wird nicht nur der  Isolator vor dem     Beschuss    positiver oder negativer,  aus dem Entladungsraum kommender Ladungsträger  geschützt und somit Potentialverschiebungen inner  halb des Beschleunigungssystems, vermieden, sondern  auch die durch eventuellen direkten     Ionenbeschuss     aus den Elektroden freigemachten Elektronen im Be  reich langsamer Geschwindigkeiten in Bahnen<B>ge-</B>  lenkt, die selbst in die Hauptbahn des Primärstrahles  hineinführen und den Aufprall auf tiefer liegende  Elektroden verhindern.

   Der Primärstrahl     durchläuft     längs seines Weges keinen feldfreien Raum, sondern  wird durch die dicht     aufeinanderfolgenden    Linsen  von einem     Beschleunigungssystern    in das andere wei  tergegeben.  



  Der kleinste Abstand der einzelnen Linsen von  einander beträgt etwa<B>5</B> mm. Dieser Abstand reicht  aus für mindestens<B>60</B> bis<B>70 kV</B> Stufenspannung.    Man wird vorteilhaft den Querschnitt des Primär  strahles so klein wie möglich machen, was die     Ioni-          sierungswahrscheinlichkeit    weiterhin verringert. Vor  dem Auftreffen des Primärstrahles auf ein     Lenard-          Fenster    kann er durch zusätzliche Einrichtungen ent  weder elektrisch oder magnetisch zu einem Fächer  gewünschter Grösse verbreitert werden.



      Extra high voltage discharge tube linear accelerators for high voltages and power have recently become more and more important, especially for the sterilization of drugs and food, for the irradiation of plastics for the purpose of changing the material properties etc. Most of all, besides the resonance transformers, the Van de Graaff - Generators introduced because, among other things, a technically favorable combination of tube and generator can be carried out relatively well.

   The generators, especially for constant, continuous DC voltage, take on ever larger dimensions, especially with greater power consumption, which means that the discharge tube is also given abnormal overall lengths.



       Extra-high voltage discharge tubes for one or more million volts are made in order to obtain the necessary voltage strength, that they are divided in their entire length by voltage dividers, which also serve as acceleration stages for the discharge electrons. By disturbing secondary discharges and vagabonding of the charge carriers, which always cause wall charges and ionizations in the vacuum space, one is forced to give the tube large dimensions in order to be free of any breakdown.

   The endeavors of the experts, however, are to make the tube as small as possible, that is, as an external flashover still allows. The electric strength of the tube should no longer determine its size as before, but the electric strength of the tube should be controlled to such an extent that its size only depends on the external flashover.



  According to the invention, this is achieved in a high-voltage discharge tube with intermediate electrodes by the fact that the outer plane surface of the intermediate electrode is in the immediate vicinity of the metal-insulator joint on the wall. parallel and at a short distance from the perpendicular on the tube axis surface of the insulator ring is angeord net.



  This measure makes it possible to build a tube for one or two million volts, the height of which is only <B> 900 </B> mm, if sixty acceleration levels of <B> each 15 </B> mm height are used . The voltage applied to each stage is therefore only about 22 <B> kV at a test voltage of <B> 1.3 </B> MV, </B> at <B> 2.3 </B> MV about <B > 39 </B> kV. <B> Whether </B> this tube is used with <B> 1 </B> or 2 MV depends only on the cooling.



  The tube will be explained in more detail with reference to the figures, which show exemplary embodiments of the invention. FIGS. 1 and 2 show partial sections from the tube, with a casting resin, for example araldite, being used as the tube wall according to FIG. 1 and the tube wall according to FIG. 2 Glass, preferably hard glass, is made. Insulator <B> 1 </B> of about <B> 70 </B> mm inner diameter and 12 mm height has two highly vacuum-tight, attached metal rings 2 and <B> 3, </B> in the case of glass an iron alloy, which have the same coefficient of expansion as the glass. Both rings are connected to the insulator using cast resin.

   At the top, the ring 2 has a recess that is approximately <B> 1, 1 </B> mm deep and <B> 5 </B> mm wide, in which the acceleration electrode 4, for example made of a 1 mm nickel sheet, pressed to the desired shape comes to rest. As a result, the electrode is not only centered on the tube axis, but also held in place by the ring <B> 3 </B> located above it in the next step, so that screws or other types of fastening are not necessary.

   The outer part of the insulator is conically tapered in order to accommodate a likewise conical counter-ring, which is divided into two halves and made of insulating material, which in its interior forms the connection <B> 9 </B> for the respective voltage supply contains. The next step is butted on top of the previous one, which creates the prerequisite for the high vacuum-tight connection of the steps to the very narrow separation gap <B> 6 </B>. As long as the tube is being assembled, the individual acceleration sectors are mechanically pressed against each other; after evacuation, they hold themselves together due to the external air pressure.

   The parting line <B> 6 </B> is covered from the outside by a soft rubber ring <B> 7 </B> under tensile stress, which is in turn covered by a ring that is placed around its circumference and tightened, not shown in the figures Steel band is pressed against the metal rings 2 and <B> 3 </B>. As a result, both stages are connected to one another in a highly vacuum-tight manner. The rings 2 and <B> 3 </B> can also be connected directly to one another from the outset with a cold-curing casting resin. The largest diameter of the tube is about <B> 160 </B> mm.



  It is well known that the most endangered part of the tube is that of the high vacuum. bordering inner abutting edge <B> 8 </B> of the ring 2 with the insulator <B> 1. </B> A radially inwardly directed component of the electrical field of this negative electrode must be prevented, which is done by pulling the electrode downwards is achieved.

   This somewhat unusual shape of the electrodes not only protects the insulator from the bombardment of positive or negative charge carriers coming from the discharge space, thus avoiding potential shifts within the acceleration system, but also the electrons in the load that may be released by direct ion bombardment from the electrodes richly slow speeds in paths that lead into the main path of the primary beam and prevent the impact on electrodes lying deeper.

   The primary beam does not pass through a field-free space along its path, but is passed on from one acceleration system to the other by the closely spaced lenses.



  The smallest distance between the individual lenses is approximately <B> 5 </B> mm. This distance is sufficient for at least <B> 60 </B> to <B> 70 kV </B> step voltage. The cross-section of the primary beam is advantageously made as small as possible, which further reduces the probability of ionization. Before the primary beam hits a Lenard window, it can be widened by additional devices, either electrically or magnetically, to form a fan of the desired size.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH</B> Höchstspannungsenladungsröhre mit Zwischen elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittel barer Nähe der Stossstelle Metall-Isolator an der Wandung die äussere plane Fläche der Zwischenelek trode parallel und in geringem Abstand von der auf der Röhrenachse senkrecht stehenden Fläche des Iso- latorringes angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE <B>1.</B> Entladungsröhre nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Aussenränder der Zwi schenelektroden zwischen zwei Ringen aus Isolier material vakuumdicht eingelegt und befestigt sind. 2. <B> PATENT CLAIM </B> Ultra-high voltage charge tube with intermediate electrodes, characterized in that in the immediate vicinity of the metal-insulator joint on the wall, the outer flat surface of the intermediate electrode is parallel and at a small distance from the surface of the tube that is perpendicular to the tube axis Isolator ring is arranged. SUBClaims <B> 1. </B> Discharge tube according to patent claim, characterized in that the outer edges of the intermediate electrodes are inserted and secured in a vacuum-tight manner between two rings made of insulating material. 2. Entladungsröhre nach Patentanspruch und Un teranspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenränder der Zwischenelektroden zwischen zwei Metallringen, von denen einer eine Aussparung zur Aufnahme des Zwischenelektrodenrandes aufweist, eingelegt und befestigt sind. <B>3.</B> Entladungsröhre nach Patentanspruch und Un teransprüchen<B>1</B> und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelektrode an der inneren Wandung der art verformt ist, dass der nächste zu dem positiven Pol hin liegende Isolierring gegen Ladungsträger ab geschirmt ist. 4. Discharge tube according to patent claim and sub-claim <B> 1 </B> characterized in that the outer edges of the intermediate electrodes are inserted and fastened between two metal rings, one of which has a recess for receiving the intermediate electrode edge. <B> 3. </B> Discharge tube according to patent claim and sub-claims <B> 1 </B> and 2, characterized in that the intermediate electrode is deformed on the inner wall in such a way that the next one lies towards the positive pole The insulating ring is shielded from load carriers. 4th Entladungsröhre nach Patentanspruch und Un teransprüchen<B>1</B> bis<B>3,</B> dadurch gekennzeichnet, dass ringförinige Zwischenelektroden an ihrem inneren Rand V-förmig ausgebildet sind und diese V-förmi gen Ringe sich überlappen. <B>5.</B> Entladungsröhre nach Patentanspruch und Un teransprüchen<B>1</B> bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierringe nach aussen konisch verjüngt sind und der Raum zwischen zwei Isolierringen durch einen ebenfalls entsprechenden konischen Gegenring aus Isoliermaterial ausgefüllt ist. Discharge tube according to patent claim and subclaims <B> 1 </B> to <B> 3, </B> characterized in that annular intermediate electrodes are V-shaped on their inner edge and these V-shaped rings overlap. <B> 5. </B> Discharge tube according to patent claim and sub-claims <B> 1 </B> to 4, characterized in that the insulating rings are conically tapered outwards and the space between two insulating rings is formed by a likewise corresponding conical counter ring Is filled with insulating material.
CH348472D 1956-07-17 1957-05-17 Extra high voltage discharge tube CH348472A (en)

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