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.