DE1002896B

DE1002896B - Photoelektrische Roentgenroehre

Info

Publication number: DE1002896B
Application number: DEH19587A
Authority: DE
Inventors: Dr Bernhard Hess
Original assignee: BERNHARD HESS DR
Current assignee: BERNHARD HESS DR
Priority date: 1954-03-10
Filing date: 1954-03-10
Publication date: 1957-02-21

Description

DEUTSCHES

Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen werden zwei Röhrentypen benutzt: die Hochvakuumröntgenröhre, welche eine Glühkathode zur Elektronenerzeugung und eine Anode besitzt, ferner die Ionenröntgenröhre, bei welcher sich Anode und Kathode in einem Gasraum mit geringem Druck befinden. Die Röntgenröhre ist ein Apparat mit außerordentlich geringem Nutzeffekt. Nur ein geringer Teil der Elektronenenergie wird in Strahlungsenergie umgewandelt, und von dieser nach allen Richtungen abstrahlenden Strahlung wird üblicherweise wieder nur ein kleiner Raumwinkel für die Untersuchung verwendet. Die Lebensdauer der mit großen Herstellungskosten verbundenen abgeschmolzenen Hochvakuumröhre ist sehr beschränkt. Sie findet gewöhnlich ihr Ende mit dem Druchbrennen des Glühfadens.

Schließlich werden auch Röntgenröhren beschrieben, in welchen Röntgenstrahlen durch Elektronen erzeugt werden, die ihrerseits als Photoelektronen durch Röntgenstrahlung erzeugt wurden. Auf diesem Wege wurde z. B. versucht, bei einer vorgegebenen Hochspannung Röntgenstrahlung zu erzeugen, deren Grenzfrequenz der doppelten Röhrenspannung entspricht. Die Ausbeute der vorgeschlagenen Einrichtungen an der eben genannten kurzwelligen Strahlung ist jedoch sehr gering.

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, in welcher nach Einleitung der Entladung durch eine besondere Elektronenquelle die entstehenden Röntgenstrahlen die zur Aufrechterhaltung der Entladung erforderlichen Elektronen als Photoelektronen auf der Kathode erzeugen.

Die Erfindung besteht darin, daß die durch die Röntgenstrahlung ausgelösten Photo- und Comptonelektronen in einer aus mehreren Schichten bestehenden Kathode zu einem zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auf der Anode dienenden Elektronenstrom in einer oder mehreren Stufen durch Sekundärelektronen vervielfacht werden unter Ausnutzung ihrer kinetischen Energie oder durch Anbringung von Beschleunigungsspannungen zwischen den zur Vervielfachung dienenden Schichten.

Um viele Photo- und Comptonelektronen zu erhalten, wird die Kathode zweckmäßig' so ausgebildet und angeordnet (s. Fig. 1), daß die Kathode α die von der Anode b abstrahlende Röntgenstrahlung c über einen großen Raumwinkel umschließt und evtl. eine Aussparung d zum Durchtritt für das Nutzstrahlenbündel hat. Um viele äußere Photoelektronen e zu erzielen, wird die Kathode oder die der Anode zugewandte Seite der Kathode aus schweratomigem Material hergestellt oder aus einem Stoff, der bei der betreffenden Röntgenstrahlung einen großen selektiven äußeren Photoeffekt hat. Das Kathodenmaterial kann

Photoelektrische Röntgenröhre

Anmelder:

Dr. Bernhard Heß, Regensburg,
Schloß Prüfening

Dr. Bernhard Heß, Regensburg,
ist als Erfinder genannt worden

auch aus mehreren Stoffen zusammengesetzt sein. Der Photoeffekt dieser Kathoden wird vervielfacht durch Überziehen mit einer dünnen Schicht aus einem Stoff

ao mit guter Sekundärelektronenemission, so daß die aus dem Grundmaterial ausgelösten äußeren Photo- und Comptonelektronen in dieser Schicht vervielfacht werden.

Bei dem in Fig. 1 als Schnittzeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der Röntgenröhre nach der Erfindung besteht die Kathode aus Thorium. Sie hat die Form einer Halbkugelschale und ist auf der konkaven, also der der Anode zugewandten Seite mit einer dünnen Schicht / aus einem Material mit guter Sekundärelektronenemission überzogen. Nahe dem Mittelpunkt der Kugelschale ist die Anode aus Wolfram angebracht. Sie wird in der üblichen Weise mit Wasser gekühlt.

Bei dem in Fig. 2 schematisch wiedergegebenen Röhrentyp erfolgt noch eine Vervielfachung der aus der Kathodenschale α austretenden Elektronen e in mehreren Stufen. Vor der Kathode in Richtung zur Anode hin wird eine zweite Elektronenvervielfacherschicht g angebracht, die gegen die erste elektrisch isoliert ist und eine Zugspannung für Elektronen gegen diese hat. Auf die zweite Schicht folgt eine dritte, h, und eine vierte, i. Auf diese können noch weitere folgen. Bestehen diese Schichten je aus einem Drahtnetz mit einem dünnen Überzug aus einem Stoff mit starker Sekundärelektronenemission, so hat jedes Netz gegen das vorhergehende bzw. das erste gegen die Kathodenschale eine Zugspannung für Elektronen von einigen Hundert Volt. Bestehen die Schichten aus je einer dünnen Folie mit guter Sekundärelektronenemission, so ist die Zugspannung von Schicht zu Schicht wesentlich höher.

Schließlich können auch die Schichten zur Vervielfachung der Elektronen so angeordnet werden, daß der auftreffende Elektronenstrahl und der vervielfachte

509 836/386

•Χ

weiterzuleitende Elektronenstrahl auf derselben Seite der Sekundärelektronenschicht liegen, so wie es bei den üblichen Sekundärelektronenvervielfachern der Fall ist.

Γ- Von'jder"Größe. def von'"der !Cathode umschlossenen Raumwinfeels der -Röntgenstrahlung -und von dem* Material bzw; den Materialien und dem Aufbau der Kathode ist es. abhängig,,, welche Minimalspannung zur Erzeugung der Röntgenstrahlung notwendig ist, damit das Wechselsystöä^l|®pflW^eff^st^hlen—Elektronenstrahlen selbständig'aYfeter.,-■' ; ■' ..-Pie. Anzahl der an,laer.'Kathode erzeugten Photo- und Comptonelektronen ist abhängig von der Härte und- der intensität -der--Röntgenstrahlung.- Die Entladung kann stabilisiert werden, z. B. durch Wahl eines Transformators mit? passender" Leistung oder durch einen Widerstand im Primärkreis des Transformators" oder im Sekurfdärkreis. Es wird dadurch erreicht, daß bei Überschreiten einer bestimmten Stromstärke die Spannung-an der Röhre so weit sinkt, daß die Anzahl der von den Röntgenstrahlen ausgelösten Sekundärelektronen nicht mehr anwachsen kann. Die Entladung "kann auch stabilisiert werden durch ein oder mehrere Steuergitter zwischen Anode und Kathode.

"Der Aufbau und die Arbeitsweise der neuen Röntgenröhre wurden oben-beschrieben. Damit das System zu arbeiten/.beginnen kann, ist es notwendig, daß erst einmal Röntgen-, Gamma- oder Korpuskularstrahlung in demselben vorhanden ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man eine Elektronenquelle in Form einer Glühkathode, einer Photokathode für optisches Licht oder der autoelektronischen Entladung in das System einbaut. Sobald die Röntgenröhre mit einer dieser Elektronenquellen gezündet ist, kann diese abgeschaltet werden. Am einfachsten erfolgt die Zündung durch radioaktive Strahlen. Man kann ein Materialstück im Entladungsraum, etwa die Anode oder die Kathode oder beide Elektroden, mit einem radioaktiven Präparat impfen öder aus radioaktivem Material herstellen. Eine solche Röhre kann mit Gleichspannung und mit Wechselspannung betrieben werden. Die in Fig. 1 und 2 mitgeteilten Ausführungsbeispiele werden gezündet durch die radioaktive Strahlung des Thoriums. Legt man an die Elektroden eine Gleich- oder Wechselspannung von 60 kV oder mehr, so sendet die Anode Röntgenstrahlung aus. Durch ein Loch in der Kalotte bzw. den Kalotten tritt ein Röntgenstrahlenbündel aus der Röhre aus und kann als Nutzstrahlung verwendet werden.

Das beschriebene Entladungssystem kann auch als Elektronenquelle benutzt werden. Es ist nur notwendig, daß einem Teil der zur Anode beschleunigten Elektronen der Durchtritt durch diese durch eine oder mehrere Aussparungen gestattet wird.

Ferner läßt sich das beschriebene Entladungssystem als Gleichrichter verwenden. Da es bei der Verwendung als Gleichrichter nicht darauf ankommt, einen kleinen Röntgenstrahlenfokus zu erzeugen, wird man in diesem Falle vorteilhaft die Anode sehr groß gestalten, um günstige Kühlbedingungen zu erhalten. Die Anode wie die Kathode kann z. B. als Teil der Außenwand des Vakuumraumes ausgebildet werden. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit des beschriebenen Systems ist seine Anwendung als Schutzwiderstand für beliebig vorzuschreibende Überspannung. In diesem Falle wird man den Photoeffekt der Kathode, die aus radioaktivem Material besteht, so bemessen und den durch die Kathode abgefangenen Raumwinkel der Röntgenstrahlung so groß halten, daß die selbständige Entladung des Systems bei der gewünschten Überspannung einsetzt.

Wie in der Beschreibung schon mehrfach herausgestellt wurde, hat das beschriebene Entladungssystem eine negative, Stromspannungscharakteristik. Damit eröffnet sich aber für den Gegenstand der Erfindung ein weiteres Gebiet der Anwendung: Mit dem Entladungssystem können elektrische Schwingungen erzeugt werden, denn bekanntlich kann jedes System mit solcher Charakteristik als Schwingungsgenerator verwendet werden. Darüber hinaus können durch Einwirkung entsprechend gesteuerter elektrischer oder magnetischer Felder oder elektrischer und magnetischer Felder die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung der Elektronen so beeinflußt werden, daß speziellen Anforderungen genügt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Röntgenröhre, in welcher nach Einleitung der Entladung durch eine besondere Elektronenquelle die entstehende Röntgenstrahlung die zur Aufrechterhaltung der Entladung erforderlichen Elektronen als Photoelektronen auf der Kathode erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Röntgenstrahlung ausgelösten Photo- und Comptonelektronen in einer aus mehreren Schichten bestehenden Kathode zu einem zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auf der Anode dienenden Elektronenstrom in einer oder mehreren Stufen durch S ekundärelektronen vervielfacht werden : unter Ausnutzung ihrer kinetischen Energie oder durch Anbringung von Beschleunigungsspannungen zwischen den zur Vervielfachung dienenden Schichten.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenfläche, die die Anode über einen mehr oder weniger großen Raumwinkel umschließt, eine öffnung zum Durchtritt des Nutzstrahlenkegels aufweist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode ein Teil einer Zylindermantelfläche ist und die Anode, die sich innerhalb des Zylinders befindet, aus einem Röhrchen zum Durchleiten von Kühlflüssigkeit besteht.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die einem Teil der auf sie treffenden Elektronen den Durchtritt zu dem Raum hinter der Anode oder, unter Verwendung eines Lenardfensters, ins Freie gestattet.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung der Entladung mit Hilfe radioaktiver Strahlung erfolgt.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung der Entladung eine Photokathode für optisches Licht oder die autoelektronisehe Entladung oder eine zusätzliche Elektronenquelle in Form einer Glühkathode dient.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen beider Elektroden so gebaut sind, daß sie beide als Anode und Kathode fungieren können.

8. Entladungsröhre nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schwingungsgenerator dient.

9. Entladungsröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen im Ent-

ladungsraum durch zusätzliche (neben der zur Erzeugung der Röntgenstrahlung notwendigen Spannung) elektrische oder magnetische oder elektrische und magnetische Felder beeinflußt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 581 356; Auszüge deutscher Patentanmeldungen, 1948, S. 162 (Patentanmeldung H 169784 VIII c/21g).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen