DE2506841C2

DE2506841C2 - Hochspannungs-Vakuumröhre

Info

Publication number: DE2506841C2
Application number: DE2506841A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys. Dr. 2000 Hamburg Hartl
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1975-02-18
Publication date: 1986-07-03
Also published as: FR2301917B1; US4053802A; JPS51107790A; FR2301917A1; DE2506841A1; JPS5754903B2; BE838627A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Vakuumröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Hochspannungs-Vakuumröhre ist aus dem DE-GM 46 926 bekannt. Bei der aus diesem DE-GM bekannten Hochspannungs-Vakuumröhre mit einer Röntgenstrahlung emittierenden Anode wird der sich verjüngende offene Hohlraum durch eine Ausnehmung gebildet, die sich auf der Seite des die Anode tragenden Isolators befindet, die von dem vom Röhrenkolben umschlossenen Innenraum abgewandt ist und zur Aufnahme eines Hochspannungssteckers dient, über den der Anode die

Hochspannung zugeführt wird.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Hochspannungs-Vakuumröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Eine derartige Hochspannungs-Vakuumröhre ist z. B. Gegenstand des älteren Patentes 24 55 974.

Im praktischen Betrieb erwies es sich, daß derartige als Röntgenröhren ausgeführte Hochspannungs-Vakuumröhren zu Störungen neigen und eine relativ geringe Lebensdauer haben. Eine genauere Untersuchung er-

!0 gab, daß, wenn die Anode über diesen Isolator mit einem Röhrenkolben bzw. einem Rotor aus Metall verbunden ist und diesem Metallteil gegenüber positive Hochspannung führt, Entladungsvorgänge auf dem die Anode tragenden Isolator einerseits Störungen hervorrufen und andererseits zu Gasausbrüchen führen, die — da die in der Röntgenröhre enthaltenen Getter nicht beliebig viel Gas binden können — nach relativ kurzer Betriebsdauer zu einem Ausfall der Röntgenröhre führen können. In einigen Fällen konnte auch ein Durchschlag des die Anode tragenden Isolators beobachtet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungs-Vakuumröhre zu schaffen, bei der die oben beschriebenen Störungen weitgehend unterbunden sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Hochspannungs-) dkaumröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung und bei einer Hochspannungs-V-akuumröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegebene Ausbildung gelöst.

Eine vorteilhafte Form des die Anode tragenden Isolators der Hochspannungs-Vakuumröhre nach der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben.

Der Hohlraum im die Anode tragenden Isolator kann auch eine andere Form aufweisen, sofern diese so gewählt und die Anode so im Isolator angeordnet ist, daß — wie im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2 angegeben — im Betriebszustand der Hochspannungs-Vakuumröhre auf den Isolator auftreffende Elektronen auf der gesamten Isolatoroberfläche oder einem wesentlichen Teil davon ein elektrisches Feld vorfinden, das sie von der Isolatoroberfläche weg zur Anode hin bewegt.

Die Hochspannungs-Vakuumröhre nach der Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt eine Röntgenröhre nach der Erfindung mit einer ersten Ausführungsform des die Anode tragenden Isolators und

F i g. 2 im Schnitt eine andere Ausführungsform des die Anode tragenden Isolators.

In F i g. 1 ist eine Röntgenröhre dargestellt, die einen zylindrischen Metallkolben 1 aufweist. Der Metallkolben ist beiderseits durch rotationssymmetrische, konzentrisch zum Metallkolben 1 angeordnete und aus Aluminium-Oxyd-Keramik oder einem anderen Isolierstoff bestehende Isolatoren 2 und 3 abgeschlossen. Die Isolatoren 2 bzw. 3 tragen die Katode 4 bzw. die Anode 5, die in den vom Metallkolben 1 umschlossenen Innenraum 6 hineinragen und gegenüber dem Metallkolben 1 negatives bzw. positives Hochspannungspoteniial führen. Bcide Isolatoren sind in z.B. aus dem DE-GM 69 46 926 bekannter Weise auf ihrer vom Röhrcninnern abgewandten Seite mit Ausnehmungen zur Aufnahme eines Hochspannungsteckers versehen.

Der die Katode tragenden Isolator 2 ist in (z. B. aus dem DE-GM 69 46 926) bekannter Weise kegelstumpfförmig ausgebildet und ragt von der Verbindungsstelle mit dem Metallkolben 1 aus in den Metallkolben 1 hinein. Im Gegensatz zu dem Isolator 2 weist der die Anode 5 tragende Isolator 3 einen Hohlraum 7 auf, der zu dem von dem Röhrenkolben 1 umschlossenen Innenraum 6 der Hochspannungs-Vakuumröhre hin offen ist. Dieser Hohlraum 7 verjüngt sich kegelstumpfartig von dem vom Metallkolben 1 umschlossenen Innenraum 6 weg. An dem am weitesten von dem Innenraum 6 entfernten Ende dieses Hohlraums 7 weist der Isolator 3 einen zum Innenraum 6 hin gerichteten Vorsprung 8 auf, der von der Anode 5, die in diesem Bereich als Hülse ausgebildet ist, umschlossen wird. Die Anode 5 ist an der Beruhrungsstelle mit dem Vorsprung 8 vakuumdicht verlötet Der die Anode 5 tragende Isolator 3 kann auf seinen Außenflächen metallisiert sein, so daß für die dargestellte Röntgenröhre keine Schutzhaube mehr erforderlich ist

Die Wirkung der Ausbildung der Röntgenröhre nach der Erfindung läßt sich folgendermaßen erkl£,en:
Im Betriebszustand, d. h. bei eingeschalteter Hochspannung an Anode 5 und Katode 4, ergibt sich auf der dem Inenraum 6 der Röntgenröhre zugewandten Oberfläche des Isolators 3 ein elektrisches Feld, das ein auf den Isolator 3 auf treffendes Elektron oder ein durch ein auftreffendes Streuelektron ausgelöstes Elektron von dem Isolator 3 weg zur Anode 5 hin beschleunigt. Ein einzelnes Elektron kann hierbei also keine Störungen hervorrufen. Wäre der die Anode 5 tragende Isolator 3 in ähnlicher Weise wie der die Katode 4 tragende Isolator 2 als in den Innenraum 6 hineinragender Kegelstumpf ausgebildet, dann würde ein auf den Isolator 3 auftreffendes (beispielsweise aus dem Metallkolben 1 ausgelöstes) Elektron ebenfalls zur Anode 5 hin beschleunigt werden, jedoch würde es sich auf der Isolatoroberfläche entlang bewegen, weil es kein von der Isolatoroberfläche wegweisendes elektrisches Feld vorfindet. Nach Durchlaufen einer gewissen Strecke hätte ein solches Elektron genügend Energie, um weitere Elektronen auszulösen, die ihrerseits wiederum weitere Elektronen auslösen, so daß es zu einer auf der Isolatoroberfläche zur Anorde 5 laufenden Elektronenlawine kommen kann, die eine erhebliche Störung, unter Umständen auch Gasausbrüche oder gar einen Durchschlag des Isolators hervorrufen kann. — Die Wirkung der Ausbildung der Röntgenröhre nach der Erfindung wird noch dadurch gesteigert, daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Isolatoroberfläche von einem Elektron getroffen wird, geringer ist, als bei den bekannten Röntgenröhren mit in den Innenraum hineinragendem Anoden-Isolator, weil Elektronen, die beispielsweise durch Feldemission aus der Oberfläche des Metallkolbens ausgelöst werden, gar nicht erst auf den Anoden-Isolator treffen können, sondem direkt auf die Anode hin beschleunigt werden.

Die in Verbindung mit einem in den Innenraum 6 hineinragenden Anoden-Isolator 3 geschilderten Störungen können bei dem die Katode 4 tragenden Isolator 2 nicht auftreten, weil Elektronen, die auf die Isolatoroberfläche gelangen oder aus dieser ausgelöst werden, sich durch das Vakuum direkt zum Metallkolben 1, und nicht entlang der Isolatoroberfläche, bewegen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei dem in der F i g. 1 dargestellten die Anode 5 tragenden Isolator 3 im Bereich des nicht von der Anodenhülse umschlossenen Teils des Vorsprungs 8, sowie an der Verbindungsstelle mit dem Metallkolben 1 das elektrische Feld nicht so gerichtet ist, daß ein Elektron dadurch von der Isolatoroberfläche weg zur Anode bewegt wird. In diesen Bereichen ist es daher möglich, daß die Elektronen auf der Isolatoroberfläche entlang zu der Anode 5 hin laufen. Allerdings ist nicht zu befürchten, daß sich dabei eine Elektronenlawine bildet, weil auf der relativ kleinen durchlaufenden Strecke das Potential sich nur relativ wenig ändert, so daß eine Elektronenvervielfachung nicht zu erwarten ist

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform des die Anode 5 tragenden Isolators 3, bei der der Isolator — wie der aus dem DE-GM 69 46 126 bekannte Anoden-Isolator — gleichzeitig zur Aufnahme eines Hochspannungssteckers dient ist relativ viel Isolatormatenal erforderlich. Dadurch wird der Aufwand, insbesondere bei Röntgenröhren für höhere Spannungen, bei denen die Isolatorabmessungen größer sind, relativ groß. In F i g. 2 ist eine Ausführungsform des Anoden-Isolators einer Röntgenröhre nach der Erfindung dargestellt, bei der nur relativ wenig Isolatormater.fi erforderlich ist

Dabei ist der katodenseitige Teil der Röntgenröhre weggelassen und die Teile der Röntgenröhre, die die gleiche Funktion haben wie in F i g. 1, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der die Anode 5 tragende Isolator 3 hat die Form eines Hohlkegelstumpfes, der sich vom Innenraum 6 weg verjüngt Die Anode 5 ragt durch die engere und dann durch die weitere Seite des Kegelstumpfes hindurch in den vom Metallkolben 1 umschlossen Innenraum 6 hinein. Die Aaode 5 ist durch einen Kragen 9 mit der Außenfläche des Isolators 3, z. B. durch Lötung, verbunden.

Der Hochspannungsanschluß kann hierbei durch einen nicht dargestellten Adapter erfolgen, der auf seiner von der Röntgenröhre abgewandten Seite — ähnlich wie der Isolator 3 in F i g. 1 — eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Hochspannungssteckers aufweist und der auf seiner der Röntgenröhre zugewandten Seite mit einer den äußeren Abmessungen der Röntgenröhre angepaßten Ausnehmung versehen ist. Dieser Adapter wird dann unter Zwischenfügung einer Isoliergummimc/ischette gegen die Röntgenröhre bzw. den Isolator 3 gepreßt Der Adapter besteht ebenfalls aus einem Isoliertstoff, jedoch kann hierfür ein Isolierstoff verwendet werden, der für Vakuumgefäße ungeeignet ist, sich aber wesentlich besser bearbeiten läßt als das Material des Isolators 3 aus Aluminium-Oxyd-Keramik und wesentlich billiger ist, wie etwa die bekannten Epoxidharze. Dadurch verbilligt sich die Röntgenröhre insgesamt.

Die anodenseitige Ausbildung der Hochspannungs-Vakuumröhre nach dem Anspruch 2 ist beispielsweise bei Drehanoden-Röntgenröhren, wie sie in der Patentschrift des älteren Patentes 24 55 974 beschrieben sind, anwendbar.

Schließlich ist die anodenseitige Ausbildung der Hochspannungs-Vakuumröhre nach dem Anspruch 1 auch bei Neutronenröhren anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hoehspannirngs-Vakuumröhre, deren Röhrenkolben (1) aus Metall besteht und einen die Anode (5) tragenden isolator (3) zumindest teilweise umschließt, der mit dem Röhrenkolben (1) verbunden ist und einen sich verjüngenden, offenen Hohlraum (7) aufweist, und bei der die Anode (5) im Betriebszustand eine positive Hochspannung gegenüber dem Röhrenkolben (1) führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (7) zu dem vom Röhrenkolben (1) umschlossenen Innenraum hin offen ist und sich von dem vom Röhrenkolben (1) umschlossenen Innenraum weg in Richtung auf die Verbindungsstelle des Isolators (3) mit der Anode (5) hin verjüngt, und daß die Anode (5) auf dem Isolator (3) so angeordnet und mit ihm verbunden ist, daß im Betriebszustand auf den Isolator (3) auftreffende Elektronen auf der gesamten Isolatoroberfläche oder einem wesentlichen Teii davon ein elektrisches Feld vorfinden, das sie von der Isolatoroberfläche weg zur Anode (5) hin bewegt

2. Hochspannungs-Vakuumröhre mit einer Röntgenstrahlung emittierenden Anode (5), die über einen Isolator (3) mit einem Ro;or verbunden ist und im Betrieb gegenüber dem Rotor und dem aus Metall bestehenden Röhrenkolben (1) eine positive Hochspannung führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (3) einen Hohlraum (7) aufweist, der zu dem vom Röhrenkolben (1) umschlossenen Innenraum hin offen ist und sich vor <iem vom Röhrenkolben (1) umschlossenen Innenraum weg in Richtung auf die Verbindungsstelle des Isolators mit der Anode (5) hin verjüngt, und daß die Anode (5) auf dem Isolator (3) so angeordnet und mit ihm verbunden ist, daß im Betriebszustand auf den Isolator (3) auftreffende Elektronen auf der gesamten Isolatoroberfläche oder einem wesentlichen Teil davon ein elektrisches Feld vorfinden, das sie von der Isolatoroberfläche weg zur Anode (5) hin bewegt.

3. Hochspannungs-Vakuumröhre nach Anspruch' 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum in dem Isolator (3) die Form eines Kegelstumpfes hat.

4. Hochspannungs-Vakuumröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrer Ausführung als Hochspannungs-Vakuumröhre mit einer Röntgenstrahlung emittierenden Anode (5) der die Anode (5) tragende Isolator (3) auf der Seite, die von dem vom Röhrenkolben (1) umschlossenen Innenraum abgewandt ist, eine Ausnehmung für einen Hochspannungsstrecker aufweist.