DE10246548A1 - Verfahren und Einrichtung zur Elektronenbeschleunigung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Elektronenbeschleunigung und ist anwendbar beispielsweise in der Materialprüfung und der Medizintechnik. DOLLAR A Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Hilfsenergien der Elektronenbeschleunigervorrichtung indirekt zugeführt werden, indem die Zuführung der Energie für die Erzeugung und/oder Steuerung und/oder Formung der Elektronenemission drahtlos über galvanisch getrennte Induktivitäten erfolgt. DOLLAR A Dies wird dadurch realisiert, dass der Isolator (2) eine mindestens teilweise aus dem metallenen Teil des Vakuumgefäßes herausragende, einen Innenraum (20a) bildende Verlängerung (3) aus isolierendem Material aufweist und im Innenraum (20a) neben dem Hochspannungskabel (17) mindestens eine Sekundärspule (14) und an der Außenfläche der Verlängerung (3) mindestens eine Primärspule (15) angeordnet ist und die Spulen (14, 15) einen Trenntransformator zur Energieversorgung einer Kathodenheizung (6) und/oder weiterer Elektroden (7, 8) bilden.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Elektronenbeschleunigung und ist anwendbar beispielsweise in der Materialprüfung und der Medizintechnik.
  • In einer speziellen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf Elektronenbeschleunigerröhren in Metall-Keramik-Technik, vorzugsweise auf Röntgenröhren mit Zuführung der Hochspannung über Hochspannungskabel. In diesen Vakuum-Röhren werden die aus einer elektronenspendenden Elektrode, der Kathode, austretenden Elektronen in einem elektrischen Hochspannungsfeld zur Gegenelektrode, der Anode, beschleunigt und erzeugen beim Auftreffen auf die Anode zum weitaus größten Teil Wärme, zum geringeren Teil nur die gewünschte Röntgenstrahlung.
  • Im allgemeinen werden diese Kathoden mit thermischen Elektronenemittern aufgebaut, die für ihre Funktion Heizenergie im unteren Watt-Bereich benötigen. Es sind aber auch Kaltkathoden bekannt, die unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes durch so genannte Feldemission einen Elektronenstrom abgeben. Während (A) bei einigen thermischen Emittern die Elektronenemission über die Heizleistung durch die Emitter-Temperatur gesteuert werden kann, haben (B) andere thermische Emitter eine nichtlineare Abhängigkeit des Emitterstroms von der Temperatur, so dass die Steuerung des Emissionsstroms über die Spannung an sogenannten Steuergittern erfolgt, wie dies (C) bei Kaltkathoden grundsätzlich notwendig ist.
  • Für die Formung (D) des Elektronenstrahls werden weitere Steuerelektroden – auch Elektronenlinsen genannt – benötigt.
  • Im Fall (A) wird also ein gesteuerter Heizstrom erforderlich, in den Fällen (B) , (C) und (D) jeweils gesteuerte Gitterspannungen. Alle für die Erzeugung, Steuerung und Formung des Elektronenstrahls notwendigen Elektroden liegen räumlich mit gegenüber der die Elektronen beschleunigenden Hochspannung nur relativ geringen Spannungen bzw. Potentialunterschieden zusammen und werden unter dem Begriff Kathodensystem zusammengefasst.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, entweder
    • a) das Kathodensystem oder
    • b) die Anode auf Erdpotential oder
    • c) beide Elektroden auf positive bzw. negative Hochspannungspotentiale gegenüber Erde zu legen.
  • Im ersteren Fall a) ist die Stromversorgung für die thermische Kathode bzw. die Spannungsversorgung für die Steuergitter dann ebenfalls praktisch auf Erdpotential und somit einfach zu bewerkstelligen.
  • Dagegen muss in diesem Fall die auf positiver Hochspannung liegende Gegenelektrode – nämlich die Anode beispielsweise einer Röntgenröhre – mit hochspannungsisolierenden Medien gekühlt werden.
  • Liegt aber das Kathodensystem auf Hochspannungspotential, wie in den Fällen b) und c), werden für die üblicherweise ebenfalls im Hochspannungsgenerator untergebrachte Stromversorgung der Kathode bzw. Spannungsversorgung der Steuergitter zusätzlich ein oder mehrere hochspannungsisolierte Trenntransformatoren benötigt, die selbst nur geringe Spannungen von etwa 2 bis 12 Volt bei Strömen von etwa 2 bis 6 Ampere für die thermische Kathode bzw. einige Kilovolt bei Gitterströmen von Mikroampere liefern, sowie ein Kabel mit mindestens zwei gegen Erde hochspannungsisolierten Leitern. Solche Kabel sind schwer und starr, diese Schaltung bietet aber den Vorteil, dass die Anode auf Erdpotential liegt und damit einfach (z.B. mit Wasser) gekühlt werden kann.
  • Der unter c) aufgeführte Fall birgt zwar beide genannten Nachteile, nämlich die aufwendige Zuführung der Energie für die auf Hochspannung liegende Kathode und Kühlung der Anode über isolierende Medien (Isolier-Öl) in sich, reduziert aber die höchste gegen Erdpotential zu isolierende Hochspannung bis auf den halben Wert der Betriebsspannung. Dies ist der Fall, wenn die Anode auf etwa den halben Wert der Betriebsspannung positiv und die Kathode auf etwa den halben Wert der Betriebsspannung negativ gegen Erdpotential gelegt werden.
  • Für die Beseitigung der Nachteile der Schaltung nach b) und c), nämlich die aufwendige Zuführung der Heizenergie und der Steuerspannungen für das Kathodensystem, sind gemäß dem bekannten Stand der Technik verschiedene Vorschläge gemacht worden.
  • So ist z.B. ein Austausch der thermischen Kathode durch eine Photokathode und deren Bestrahlung mit Laserlicht vorgeschlagen worden, die aber nicht weniger aufwendig ist (so genannte Laser-Röntgenröhre).
  • Ähnlich aufwendig ist auch der Abgriff der Gitterspannung über ein vom Röhrenstrom durchflossenes Potentiometer auf Hochspannungsniveau und dessen Regelung über eine hochspannungsisolierte Stange.
  • Das gleiche Prinzip verfolgt eine Schaltung, bei der das Potentiometer durch einen Photowiderstand ersetzt und die Regelung mittels eines auf den Photowiderstand gerichteten Lichtstrahls mit einstellbarer Helligkeit vorgenommen wird.
  • In der US 4,789,997 wird weiterhin vorgeschlagen, die auch nach Gleichrichtung immer noch auf der Hochspannung liegende Welligkeit (Ripple) kapazitiv auszukoppeln und transformatorisch an den Heizfaden anzupassen. Die eigentliche Steuerung der Heizleistung kann dann über einen frequenzabhängigen Widerstand bzw. eine strombegrenzende Einrichtung gesteuert bzw. begrenzt werden. Auch diese Einrichtung ist relativ aufwendig und schränkt wegen der Veränderung der Arbeitsfrequenz die Optimierung der Hochspannungserzeugung entscheidend ein.
  • Die Verfügbarkeit von kunststoff- statt der üblichen gummiisolierten Hochspannungskabel mit wesentlich geringerem Gewicht führt dazu, zumindest einen der Nachteile der Schaltung unter b) – nämlich das Gewicht der den Heizstrom für die Kathode führenden, mindestens zweiadrigen Hochspannungskabel – beseitigen zu können.
  • Weil aber die Kunststoffkabel (z.B. Polyäthylen) – zumindest zurzeit noch – nicht zwei- oder gar mehradrig marktgängig sind, müssen zwei solcher Kabel verwendet werden, die den Gewichtsvorteil zumindest zum Teil wieder hinfällig werden lassen.
  • Zudem haben einige der leichten und flexiblen Kunststoff-Hochspannungskabel aus Gründen einer erwünschten Dämpfung keine metallische Seele (z.B. Kupfer-Litze) mehr, sondern einen hochohmigen flexiblen Kunststoffstrang, dessen widerstand für den Strom zwischen Kathode und Anode (Röhrenstrom im Bereich von einigen mA) aber vernachlässigbar ist. Für den ebenfalls über die Kabelseele zu führenden Heizstrom (im Bereich von A) für die Kathode ist der Widerstand dagegen entschieden zu groß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Elektronenbeschleunigung zu schaffen, mit welchen eine effektive, einfache und preiswerte Zuführung der Energie für den Betrieb der Elektronenbeschleunigervorrichtung und eine Gewichtsreduzierng der Vorrichtung ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 6 im Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Hilfsenergien der Elektronenbeschleunigervorrichtung indirekt zugeführt werden, indem die Zuführung der Energie für die Erzeugung und/oder Steuerung und/oder Formung der Elektronenemission drahtlos über galvanisch getrennte Induktivitäten erfolgt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung resultiert daraus, dass durch die kontaktlose Energiezuführung für die Erzeugung, Steuerung und Formung der Elektronenemission Gewichtseinsparungen resultieren und einfachere Kabel verwendet werden können, indem der Isolator eine mindestens teilweise aus dem metallenem Teil des Vakuumgefäßes herausragende, einen Innenraum bildende Verlängerung aus isolierendem Material aufweist und im Innenraum neben dem Hochspannungskabel mindestens eine Sekundärspule und an der Außenfläche der Verlängerung mindestens eine Primärspule angeordnet ist und die Spulen einen Trenntransformator zur Energieversorgung einer Kathodenheizung und/oder weiterer Elektroden bilden.
  • Durch diesen Aufbau ist gewährleistet, dass das Hochspannungskabel nur noch einadrig und mit hochohmiger Kabelseele ausgeführt zu werden braucht und somit die vorteilhaften neuen, gedämpften, leichten und flexiblen einadrigen Hochspannungskabel eingesetzt werden können. Dieses Kabel ist einseitig mit dem Hochspannungserzeuger verbunden und auf dem röhrenseitigen Ende mit der Sekundärspule des Trenntransformators. Der Ausgang der Sekundärspule ist mit der Heizung der Kathode verbunden, womit Katodenpotential und Kathodenheizung bewirkt werden.
  • Wegen der festen, steckerlosen Verbindung des (der) Ausgangs (Ausgänge) der Sekundärspule(n) des (der) Trenntransformators(-en) können auch bei hohen Strömen keine Kontaktprobleme mehr auftreten, was insbesondere für die Verwendung von dickeren Drähten oder Bändern für die Widerstandsheizung des Emitters in der Kathode vorteilhaft ist.
  • Die Zuführung der Leistung zur Primärspule des Trenntransformators erfolgt über übliche Niederspannungsleitungen, deren Gewicht gegenüber dem eines bisher üblichen Hochspannungskabels vernachlässigbar ist.
  • Um die im rohrförmigen Ansatz liegende Sekundärspule wie auch den Kontakt der Seele des Hochspannungskabels mit dieser Spule vor Hochspannungsüberschlägen zu geerdeten Teilen der Röhre zu schützen, ist der verbleibende Hohlraum mit Isoliermasse gefüllt.
  • Der Verguss des Hochspannungskabels in der keramischen rohrförmigen Verlängerung der Metall-Keramik-Röntgenröhre vermeidet den Einsatz einer Hochspannungs-Steckverbindung und reduziert damit ebenfalls Gewicht und Kosten.
  • Die räumliche Trennung von Hochspannungserzeuger und Stromversorgung für die Kathode ermöglichen nicht nur eine größere Auswahl unter kommerziellen Hochspannungserzeugern sondern auch eine erweiterte Auswahl der elektrischen Daten für die Kathodenheizung.
  • Wie bereits oben unter c) erläutert, wird die Schaltung von Elektronenbeschleuniger-Einrichtungen, bei denen die Kathode auf negativem Hochspannungspotential und die Anode auf positivem Hochspannungspotential liegen, in den Fällen mit Vorteil benutzt, wenn die gegen Erde zu isolierenden Spannung nur die Hälfte der Betriebsspannung der Röhre betragen soll.
  • Eine solche Anordnung wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass eine erste und eine zweite solcher Elektronenbeschleuniger-Einrichtungen in Metall-Keramik-Technik mit ihren geerdeten Hohl-Elektroden achsial hintereinander vakuumdicht miteinander verbunden sind und jeweils einen Durchlass für die beschleunigten Elektronen aufweisen, wobei die zweite Elektronenbeschleuniger-Einrichtung ein auf Hochspannung liegendes Target mit Elektronenfangkorb anstelle des Kathodensystems bei der erste Elektronenbeschleuniger-Einrichtung aufweist und die erste und die zweite Elektronenbeschleuniger-Einrichtung so gepolt sind, dass die in der ersten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung vom Kathodensystem zur ersten geerdeten Elektrode fliegenden Elektronen durch diese Elektrode in die zweite geerdete Elektrode treten und in der zweiten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung zum Target nochmals beschleunigt werden, bis sie endlich auf letzterem auftreffen.
  • In einer solchen Anordnung werden sowohl auf der auf Hochspannung liegenden Kathodenseite wie auch auf der auf Hochspannung liegenden Anodenseite die gleichgerichteten Ausgangsspannungen von Trenntransformatoren mit den über die Kabel gelieferten Hochspannungen additiv in Reihe geschaltet und erhöhen so effektiv die von den eigentlichen Hochspannungsgeneratoren erzeugten Spannungen, ohne die beidseitigen Hochspannungskabel zusätzlich zu belasten.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
  • 1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlbeschleunigereinrichtung,
  • 2: eine Detailansicht einer besonderen Anordnung der Trenntransformatoren mit Darstellung des Verlaufes des magnetischen Flusses,
  • 3: eine Schnittdarstellung zweier miteinander verbundener Elektronenbeschleunigereinrichtungen,
  • 4: eine Schaltungsanordnung wesentlicher elektrotechnischer Elemente einer speziellen Ausführungsform der Einrichtung.
  • Anhand der 1 wird nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert:
    In das geerdete und metallene Hochvakuumgefäß 1 ragt der aus Kunststoff oder Keramik ausgebildete Hochspannungsisolator 2, wobei seine rohrförmige Verlängerung 3 außerhalb des Hochvakuumgefäßes 1 liegt. Die Anode 4 ist über das geerdete Hochvakuumgefäß 1 geerdet, während Kathodensystem 5 mit Heizwendel 6, Gitter 7 und elektronenoptischer Linse 8 durch den Hochspannungsisolator 2 gegen Erde isoliert sind und auf Hochspannung liegen.
  • Um den Einfluss des Ausgasens der Sekundärwicklungen 14, 14' und der evtl. verwendeten Gleichrichter 16 auf das Hochvakuum in der Elektronenbeschleuniger-Einrichtung auszuschließen, ist in der rohrförmigen Verlängerung 3 zwischen dem Hochvakuumraum und den Sekundärwicklungen 14, 14' nebst Gleichrichtern 16 eine hohvakuumdichte Wandung 9 vorhanden, die hochvakuumdichte elektrische Durchführungen 10, 11, 12, 13 aufweist, die die in (den) Trenntransformatoren) erzeugte (n) Sekundärspannungen) zu den Elektroden leiten.
  • Das in das Hochvakuumgefäß 1 ragende Ende des Hochspannungsisolators 2 ist mit dem Teil 9 vakuumdicht verschlossen und weist die Durchführungen 10, 11, 12 und 13 auf, die den Heizstrom und die Gitter- und Linsenspannung führen. In der rohrförmigen Verlängerung 3 sind die Sekundärspulen 14 und 14' aufgebaut, die von ihren außerhalb liegenden Primärspulen 15 und 15' umschlossen sind und jeweils einen Trenntransformator bilden.
  • In den Fällen von besonders hohen Strömen für die thermische Kathode ist die Sekundärspule 14 aus nichtnachgasendem Material auf der Hochvakuumseite der Elektronenbeschleuniger-Einrichtung aufgebaut, wobei die Sekundärwicklung 14 selbst eine geeignet dimensionierte Glühwendel oder Glühwindung ist.
  • An der Stelle der transformatorischen Einkopplung in das Vakuumgehäuse ist die Wanddicke der isolierenden Fläche so dünn wie möglich gestaltet, so dass Vakuumdichtigkeit, Hochspannungsisolation und mechanische Festigkeit für den Anwendungsfall aber noch ausreichen, wobei die Permeabilität des isolierenden Materials möglichst gering ist. Weiterhin sind Maßnahmen vorgesehen, um die gegenseitige magnetische Beeinflussung dieser Trenntransformatoren zu vermeiden.
  • Zum Gleichrichten der Ausgangsspannungen der Trenntransformatoren dient der Gleichrichtersatz 16.
  • Das Hochspannungskabel 17 ist zur Verlängerung des Kriechweges in einigen wenigen Schlaufen 18 innerhalb des geerdeten Rohrabschnitts 19 der rohrförmigen Verlängerung 3 mit einer im Innenraum 20 befindlichen isolierenden Masse 20 luftdicht vergossen.
  • Ebenso ist es möglich, dass das Hochspannungskabel 17 mit den Sekundärtransformatoren 14 gemeinsam in eine Form gegossen wird, die saugend in den Hohlraum 20a hineinpasst. Hier wäre eine Trennung zwischen Hochspannungskabel 17 und Röntgenröhre möglich.
  • Die zur Festlegung des Potentials der Außenhülle notwendige Erdung der äußeren Oberfläche der als Isolator für die Trenntransformatoren dienenden rohrförmigen Verlängerung 3 wird entweder durch Erdung der jeweils innersten Wicklungslage der Primärspulen 15 oder durch eine auf die Isolator-Oberfläche aufgetragene und geerdete Schicht 24 mit gegenüber dem Lagenwiderstand sehr geringer, aber für die Potentialfestlegung ausreichender elektrischer Leitfähigkeit erreicht.
  • Der Rohrabschnitt 19 ist daher mit dem geerdeten Hochvakuumgefäß 1 über die hochohmige auf die Oberfläche der rohrförmigen Verlängerung 3 aufgebrachte Schicht 24 geerdet.
  • Die Zuleitungen 25 und 25' bzw. 125 für die Primärspulen 15 und 15' bzw. 115 der Trenntransformatoren liegen praktisch auf Erdpotential.
  • In dieser Bauform liegt der für Primär- 15 und 15' und Sekundärspule 14 und 14' gemeinsame magnetische Fluss, in 1 mit 26 angedeutet, der jeweiligen Trenntransformatoren auf der Achse 23 der Elelektronenbeschleuniger-Einrichtung bzw. ihrer rohrförmigen Verlängerung 3.
  • 2 zeigt den Aufbau einer Elektronenbeschleuniger-Einrichtung, bei der der gemeinsame magnetische Fluss 26' und 26'' der Trenntransformatoren senkrecht zur Achse 23 der rohrförmigen Verlängerung 3 verläuft.
  • Ist der oder sind die Trenntransformatoren so aufgebaut, dass ihr magnetischer Fluss 26', 26'' im wesentlichen radial, also wie hier senkrecht zur Achse der rohrförmigen Verlängerung 3 verläuft, und werden schnelle Relativbewegungen um die Achse der rohrförmigen Verlängerung 3, bzw. der Achse der Elektronenbeschleuniger-Einrichtung durchgeführt, wird die Primärspule 15, 15' mit Gleichstrom betrieben oder durch einen Permanent-Magneten ersetzt.
  • In 3 ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei miteinander verbundenen Elektronenbeschleuniger-Einrichtungen wiedergegeben, wobei hiermit das Ziel verfolgt wird, nicht nur die Spannung der Hochspannungskabel gegen Erde auf die halbe Beschleunigungsspannung zu reduzieren sondern auch die von den Hochspannungskabeln jeweils der ersten und der zweiten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung zugeführte Spannungen um jeweils weitere, über Trenntransformatoren mit Gleichrichter 16 erzeugte Spannungen zu erhöhen.
  • Der untere Teil (unterhalb von der Trennebene 27) zeigt als erste Elektronenbeschleuniger-Einrichtung die bereits beschriebene, allerdings nur bis zur Trennlinie 27, bzw. der geerdeten Hohl-Elektrode 21, d.h. der Teil mit der Anode 4 entfällt. Stattdessen ist im oberen Teil der 3 (also oberhalb der Trennlinie 27) eine zweite Elektronenbeschleuniger-Einrichtung dargestellt, die mit der ersten über ihre geerdeten Hohl-Elektroden 21 und 121 vakuumdicht verbunden ist. In dieser zweiten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung ist die Anode 104 mit Elektronenfangkorb 128 an die Stelle des Kathodensystems 5 der ersten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung getreten.
  • Im Übrigen besteht die zweite Elektronenbeschleuniger-Einrichtung wie die erste aus einem geerdeten metallenem Vakuumgefäß 101, einem keramischen Isolator 102 mit der rohrförmigen Verlängerung 103, der geerdeten hochohmigen Schutzschicht 124 und dem Hochspannungskabel 117, das mit seinen Schlaufen 118 in der rohrförmigen Verlängerung 103 liegt und mit Isoliermasse 120 vergossen ist. Die Anode 104 ist von einem Elektronenfangkorb 128 umgeben und wird auf ihrer dem Vakuumraum abgekehrten Seite 129 mit isolierendem Kühlöl gekühlt, das über die Schläuche 130 und 131 zu- bzw. wieder abgeführt wird. Der Trenntransformator, bestehend aus Primärspule 115, ihren Zuleitungen 125 und der Sekundärspule 114 erzeugt über den Gleichrichter 116 eine Potentialdifferenz, die sich zur über das Hochspannungskabel 117 bereits angelieferten Spannung dadurch addiert, dass die angelieferte, gegenüber Erde positive Spannung mit dem negativen Ausgang des Gleichrichters 116 verbunden ist, und der positive Ausgang des Gleichrichters 116 mit der Anode 104.
  • Bei diesem Aufbau kann aber auch die der ersten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung über das Hochspannungskabel 17 zugeführte Spannung um diejenige eines ihrer Trenntransformatoren mit Gleichrichter 116 erhöht werden, so dass die von der Kathode der ersten Elektronenbeschleuniger-Einrichtung austretenden Elektronen 22 in dieser, durch die Spannung des Hochspannungskabels 17 und die eines ihrer Trenntransformatoren mit Gleichrichter 116 auf der Achse 23 zur doppelten Hohl-Elektrode 21/121 beschleunigt werden, durch diese in die zweite Elektronenbeschleuniger-Einrichtung eintreten und von dieser weiter durch die Spannung des anodenseitigen Hochspannungskabels 117 und diejenige ihres Trenntransformators mit Gleichrichter 116 auf der Achse 123 zur Anode 104 beschleunigt werden.
  • Auf der Achse 23 der rohrförmigen Verlängerung 3 liegen, wie in 1 zu ersehen, mehrere magnetisch separierte Trenntransformatoren mit magnetischem Kern, gebildet aus den Spulenpaaren 14/15, 14'/15', deren direkte (Kathodenheizung) oder gleichgerichtete (Steuergitter, elektronenoptische Linsen) Ausgänge elektrisch in Reihe geschaltet und mit verschiedenen Elektroden der Elektronenbeschleuniger-Einrichtung verbunden sind und somit eine einzelne Steuerung dieser Elektroden über die jeweilige Primärspannung des (der) Trenntransformator-s (-en) bewirken. Dabei wird bei den gleichgerichteten Ausgängen jeweils eine Potentialdifferenz erzeugt, die in Reihen schaltung die einzelnen Elektroden auf die gewünschten Potentiale bringt.
  • Wird die Verbindung zwischen der Seele des Hochspannungskabels und der Kathode unterbrochen und durch den gleichgerichteten Ausgang eines Trennstransformators wieder geschlossen, wird bei richtiger Polung auch die Hochspannung, die vom Hochspannungsgenerator über das Hochspannungskabel zur Kathode übertragen wird, zusätzlich um die Ausgangsspannung dieses Trenntransformators erhöht.
  • Der Schaltplan eines Ausführungsbeispiels mit fünf Trenntransformatoren 14/15, 14'/15', 14''/15'', 14'''/15''', 14''''/15'''' ist in 4 wiedergegeben: Die erste Trenntransformator-Anordnung 14/15 ist mit Gleichrichter versehen und erhöht die vom Hochspannungskabel 17 gelieferte negative Spannung, während die Anordnungen 14'/15' und 14''/15'' jeweils die Heizenergie für zwei getrennte Heizwendeln 28, 29 und damit auch zwei getrennte Elektronenstrahlen liefern, die im Fall einer Röntgenröhre auch zwei getrennte (z.B. große und kleine) Auftreff-Flächen auf der Anode haben, die für grobe und feine Röntgenaufnahmen Verwendung finden. Die gleichgerichteten Ausgänge der letzten beiden Trenntransformator-Anordnungen 14'''/15''' und 14IV/15IV liefern die negativen oder positiven Potentiale/Spannungen gegenüber der Kathode für den Betrieb eines Steuergitters 30 (Intensität des Elektronenstrahls) bzw. einer elektronen-optischen Linse 31 zur Bündelung des Elektronenstrahls.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das hier dargestellte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • 1; 101
    Hochvakuumgefäß
    2; 102
    Hochspannungsisolator
    3; 103
    rohrförmige Verlängerung
    4; 104
    Anode
    5
    Kathodensystem
    6
    Heizwendel
    7
    Gitter
    8
    elektronenoptische Linse
    9
    Wandung
    10; 11; 12; 13
    Durchführungen
    14; 14'; 14''
    Sekundärspule
    14'''; 14''''; 114
    Sekundärspule
    15; 15'; 15'';
    Primärspule
    15'''; 15''''; 115
    Primärspule
    16; 116
    Gleichrichter
    17; 117
    HS-Kabel
    18; 118
    Schlaufen
    19
    Rohrabschnitt
    20; 120
    Isoliermasse
    20a
    Innenraum
    21; 21; 121
    Hohlelektroden
    22; 122
    Elektronen
    23; 123
    Achse
    24; 124
    geerdete Schicht
    25; 25'; 125
    Zuleitungen
    26; 26'; 26''
    magnet. Fluss
    27; 127
    Trennebene
    28; 29
    Heizwendel
    30
    Steuergitter
    31
    elektronenoptische Linse
    128
    Elektronenfangkorb
    129
    Seite
    130; 131
    Schläuche

Claims (15)

  1. Verfahren zur Elektronenbeschleunigung, wobei aus einer Kathode austretende Elektronen in einem Hochspannungsfeld beschleunigt werden und beim Auftreffen auf eine Anode Sekundärstrahlung erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Energie für die Erzeugung und/oder Steuerung und/oder Formung der Elektronenemission drahtlos über galvanisch getrennte Induktivitäten erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten mindestens eine Primärspule und mindestens eine Sekundärspule sind, welche durch einen Isolator voneinander getrennt sind und einen oder mehrere Trenntransformator(en) bilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektronenbeschleunigungseinrichtungen miteinander gekoppelt werden derart, dass eine zusätzliche Beschleunigung der Elektronen resultiert, wobei die in der ersten Elektronenbeschleunigungseinrichtung durch eine gemeinsame Kathode erzeugten Elektronen in die zweite Elektronenbeschleunigungseinrichtung eintreten und dort auf eine gemeinsame Anode auftreffen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstrahlung Röntgenstrahlung ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung der Sekundärspule(n) eines oder mehrerer Trenntransformatoren gleichgerichtet wird und somit Potentialdifferenzen erzeugt.
  6. Einrichtung zur Elektronenbeschleunigung bestehend aus einem metallenem Vakuumgefäß (1) mit einer geerdeten Hohl-Elektrode (21), die eine Anode (4) trägt, gegenüber Erde auf negativem Hochspannungspotential liegendem Kathodensystem (5) und einem Isolator (2) für dieses Kathodensystem (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (2) eine mindestens teilweise aus dem metallenem Teil des Vakuumgefäßes herausragende, einen Innenraum (20a) bildende Verlängerung (3) aus isolierendem Material aufweist und im Innenraum (20a) neben dem Hochspannungskabel (17) mindestens eine Sekundärspule (14) und an der Außenfläche der Verlängerung (3) mindestens eine Primärspule (15) angeordnet ist und die Spulen (14, 15) einen Trenntransformator zur Energieversorgung einer Kathodenheizung (6) und/oder weiterer Elektroden (7, 8) bilden.
  7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr elektrisch in Reihe geschaltete Sekundärspulen (14, 14') angeordnet sind, von denen eine Sekundärspule einseitig durch Verbindung mit der Seele des Hochspannungskabels (17) auf Hochspannungspotential liegt, wobei die rohrförmige Wandung der Verlängerung (3) die Isolation eines oder mehrerer räumlich auf der Achse (23) der rohrförmigen Verlängerung (3) nebeneinander liegender Trenntransformatoren zur Speisung der Kathodenheizung (6) und/oder weiterer Elektroden (7,8) des Kathodensystems (5) bildet, deren jeweils außerhalb der Verlängerung (3) liegenden zugehörigen Primärspulen (15, 15') praktisch auf Erdpotential liegen und der noch verbleibende Hohlraum (20) mit Isoliermasse vergossen ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (20a) mindesten ein Gleichrichter (16) angeordnet ist.
  9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Elektronenbeschleunigereinrichtung mit ihren geerdeten Hohl-Elektroden (21, 121) axial hintereinander vakuumdicht miteinander verbunden sind und jeweils einen Durchlass für die beschleunigten Elektronen (22, 122) aufweisen, wobei die zweite Elektronenbeschleunigereinrichtung ein auf Hochspannung liegendes Target (104) anstelle des Katho densystems (5) bei der ersten Elektronenbeschleunigereinrichtung aufweist und die erste und die zweite Elektronenbeschleunigereinrichtung so gepolt sind, dass die in der ersten Elektronenbeschleunigereinrichtung vom Kathodensystem (5) zur ersten geerdeten Elektrode (21) fliegenden Elektronen durch diese Elektrode in die zweite geerdete Elektrode (121) treten und in der zweiten Elektronenbeschleunigereinrichtung zum Target (104) nochmals beschleunigt werden, bis sie endlich auf dem Target (104) auftreffen.
  10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (2) und/oder die Verlängerung (3) aus Kunststoff und/oder Keramik bestehen.
  11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der rohrförmigen Velängerung (3) zwischen dem Hochvakuumraum und der Sekundärwicklung (14) nebst Gleichrichtern (16) eine hochvakuumdichte Wandung (9) vorhanden ist, die hochvakuumdichte elektrische Durchführungen aufweist, die die in (den) Trenntransformator(en) erzeugte(n) Sekundärspannung(en) zu den Elektroden leiten.
  12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (14) aus nichtnachgassendem Material auf der Hochvakumseite der Elektronen beschleuniger-Einrichtung aufgebaut ist, wobei die Sekundärwicklung (14) selbst eine geeignet dimensionierte Glühwendel oder Glühwindung ist.
  13. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Verlängerung (3) einen Rohrabschnitt (19 aufweist, welcher mit dem geerdeten Hochvakuumgefäß (1) über eine hochohmige auf die Oberfläche der rohrförmigen Verlängerung (3) aufgebrachte Schicht (24) geerdet ist.
  14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Rohrabschnittes (19) Schlaufen (18) des Hochspannungskabels (17) angeordnet sind.
  15. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mangetische Fluss (26, 26', 26") der Sekundärspulen der Trenntransformatoren auf der Achse (23) oder senkrecht zur Achse (23) verläuft.
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