DE356163C

DE356163C - Hochvakuumroentgenroehre

Info

Publication number: DE356163C
Application number: DEL45256D
Authority: DE
Original assignee: JULIUS EDGAR LILIENFELD DR
Current assignee: JULIUS EDGAR LILIENFELD DR
Priority date: 1917-05-09
Filing date: 1917-05-09
Publication date: 1922-07-12

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 12. JULI 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 g GRUPPE

(L 45256 V,

Dr. Julius Edgar Lilienfeld in Leipzig.

Hochvakuumröntgenröhre. Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Mai 1917 ab.

Versuche haben ergeben, daß sowohl die Härte wie auch die Ausbeute an Strahlung einer Röntgenröhre mit der Elektronendichte im gebremsten Kathodenstrahl für die Oberflächetieiniheit des Brennfleckes zunehmen.

Vorliegende Neuerung gibt Wege an, um die Elektronendichte bei Hochvakuumröhren zu diesem Zwecke zu steigern und gleichzeitig eine Vorkehrung zu treffen, um den Brenn» fleck mit konstanter Elektronendichte zu be-

legen. Diese konstante Elektronendichte ist unbedingt erforderlich, um eine homogene Strahlung zu erhalten, da im Falle einer unkonstanten Belegung des Brennfleckes mit Elektronen bei dem nämlichen Potentialgefälle die verschieden dicht belegten Elemente des Brennfleckes verschieden harte Strahlen aussenden. Schließlich wird ein Weg angegeben, um bei pulsierender Gleichspannung homogene

ίο Röntgenstrahlen zu erzeugen, indem der Gang der Kathodenstrahlen so eingerichtet wird, daß die Oberfläche des Brennfleckes für die Scheitelwerte der Spannung etwas größer wird als für die niedrigeren Spannungswerte, oder, was gleichbedeutend ist, daß die Oberfläche des Brennfleckes für die Scheitelwerte mit einer geringeren Elektronendichte belegt wird als für die niedrigeren Spannungen. Dies hat zur Folge, daß für eine niedrigere Spannung durch¹ die größere Elektronendichte eine relativ größere Härte erzeugt wird, demnach also im ganzen die Härteabnahme, die der Spannungsabnahme entspricht, durch die spezifische Zunahme der Elektronendichte aufgewogen wird.

Wenn man bei einer bestimmten Röhrenbelastung die spezifische Elektronendichte im Brennflecke erhöhen will, so muß man die Brennfleckoberfläche verringern und dadurch die spezifische Belastung des Brennfleckes für die Oberflächeneinheit vergrößern. Das hat aber eine Grenze, die durch die spezifische Belastbarkeit des Antikathodenmaterials gegeben ist. Nun ist aber diese spezifische Belastbarkeit, und' das ist einer der Grundgedanken vorliegender Erfindung, nicht von der Größe des Brennfleckes unabhängig, sondern sie nimmt sehr beträchtlich zu, wenn der Durchmesser des Brennfleckes für den Fall seiner kreisförmigen Gestalt abnimmt. Diese Zunahme der Belastbarkeit ist mit der Abnahme des Brennfleckdurchmessers um so merklicher, je kleiner der Brennfleck an sich ist. Die große spezifische Belastbarkeit sehr kleiner Brennflecke beruht .darauf, daß der Umfang des Brennfleckes mit der ersten Potenz, die Oberfläche aber mit dem Quadrat des Durchmessers abnimmt, und daß infolgedessen die Wärmeabgabe an der Begrenzung des Brennfleckes um so erheblicher wirf, je kleiner sein Durchmesser ist. Wird aber ein Brennfleck benutzt, dessen Durchmesser nach Zehntel Millimeter und weniger bemessen ist, dann wird man trotz seiner großen spezifischen Belastbarkeit insgesamt verhältnismäßig wenig Energie auf diesen Brennfleck geben können. Um die gesamte Lichtausbeute zu erhöhen, werden in der Röntgenröhre mehrere derartige kleine Brennflecke nebeneinander angeordnet. Sie können entweder von einer gemeinsamen Kathode herrühren, an der eine entsprechende Anzahl von Kathbdenstrahlen entsprechend kleinen Querschnitts erzeugt werden, oder indem man eine Anzahl selbständiger Kathoden dafür benutzt. Die einzelnen kleinen Brennflecke werden vorzugsweise auf einer gemeinsamen Antikathodenplatte erzeugt.

Für die Erzeugung eines so kleinen Brennfleekes in einer Hochvakuumröhre sind verschiedene Mittel möglich. Die eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, den Kathodenstrahl auf einem der bekannten Wege zu erzeugen und ihn dann durch zwei oder mehrere biintereinandergeschaltete Blenden durchfallen zu lassen, die man auf passende Zwischenpotentiale bringt, so daß der Kathodenstrahl stufenweise beschleunigt und auf jeder Beschleunigungsstufe immer mehr eingeschnürt wird. Mehrere hintereinandergeschaltete Blenden sind deshalb erforderlich, weil" die Einschnürung des Kathodenstrahles in um so höherem Maße möglich ist, je schneller bereits die Elektronen des Kathodenstrahles bei ihrem Durchtritt durch die Blendenöffnung sich bewegen. Allerdings trifft eine solche Anordnung insofern auf Schwierigkeiten in ihrer Ausführung, als das Entgasen der einzelnen Blenden und! ihre Zentrierung nicht leicht ist. Man umgeht diese beiden Schwierigkeiten, wenn man die Blenden; aus schwacher Metallfolie (z. B. Platiniridiumfolie) herstellt. Sie können dann durch einen elektrischen Strom auf hohe Glut erhitzt und entgast werden, andererseits geschieht ihr Zentrieren bei Inbetriebnahme des Rohres, indem man erst die Platiniridiumfolie ohne Löcher in das Rohr einsetzt und dann die Blendenöffnungen mit Hilfe des Kathodenstrahles selbst hintereinander durchschmilzt.

Ein zweites Mittel, einen; Kathodenstrahl kleinen Querschnittes zu erzeugen, ist bei der Lilienfeldröhre dadurch' gegeben, daß man die Bohrung in der Kathode erst in bekannter Weise konisch verlaufen läßt, dann aber einen zylindrisch gebohrten Teil folgen läßt, der ähnlich wie die Blenden einschnürend auf den Kathodenstrahl wirkt. Den zylindrischen Teil wählt man vorzugsweise von kapillarem Querschnitt, so daß schon durch seine Ab- no messungen dem Kathodenstrahl der geringe Querschnitt gesichert wird. Das Zusammendrängen der Elektronen geschieht in diesem Falte also bereits in dem Felde der zwischen Glühlampe und Kathodenbohrung verlaufenden Zündentladung, die also auf diesem Wege genau dieselbe Rolle übernimmt, die im zuerst beschriebenen Falle den, einschnürenden Blenden zukommt.

Eine Ausfühi-ungsform der Kathode ist beispielsweise in Abb. 1 und 2 dargestellt. Abb. 1 ist ein Schnitt, und Abb. 2 ist eine Ansicht

von unten. Die Kathode besteht aus dem Metallteile M und aus den Quarzteilen Q₁ und Q₂, die in das Metall eingeschliffen sind. In dem Metallteile befindet sich eine kreisrunde N-UtJV₁ die konisch-zylindrisch verläuft und kapillare Bohrungen b enthält. Die Quarzteile haben den Zweck, die Entladung nach Möglichkeit in die Bohrung zu zwängen und tunlichst alle Metallteile mit Ausnahme der Bohrangen abzudecken. · Die äußere Schlifffläche des Metalls wird von dem Quarzrohr Q₁ abgedeckt, während die in der Mitte frei bleibende Fläche durch die knopfartig auf dem Mittelteile m des Metalls angeordnete, passend geschliffene Kappe Q₂ abgedeckt ist.

Die zu Anfang als für die Erzeugung homogener Strahlen unentbehrlich geschilderte, gleichmäßige Belegung des Brennfleckes mit Elektronen wird durch die nämlichen Vorrichtungen, die das Kathodenstrahlenbündel einschnüren, gefördert, denn die Blenden schalten die Streustrahlen, aus und drängen

"andererseits die Elektronen derart zusammen, daß sie schließlich im ganzen Querschnitt mit gleichmäßiger Dichte verlaufen. Andererseits wird durch- die nämliche Vorrichtung auch bei einem großen anliegenden Gefälle an der Röhre die Elektronenidichte geringer als bei einem geringem anliegenden Gefälle. Denn die Ausblendung wirkt so, daß die Kathodenstrahlen kegelförmig nach der Achse des Bündels zu durch das Feld an den Blenden zusammengedrängt werden. Diese Zusammendrängung prägt sich um so deutlicher aus, je schwächer das Feld in der Längsrichtung der Röhre ist, also das Feld zwischen den einzelnen Blenden sowie das Feld zwischen der Antikathode und 'der ihr vorausgehenden Blende. Je stärker dieses Längsfeld¹ wird, um so mehr überwiegt es gegenüber der den Kathodenstrahl einengenden, quer gerichteten Feldkomponente, um so weniger kommt diese letztere zur Geltung und um so· größer wird die Oberfläche des Brennfleckes. Durch passende Abstimmung der einzelnen Ausmessungen kann man erreichen, daß bei pulsierender Gleichspannung doch noch weitgehend homogene Röntgenstrahlen! erzeugt werden. Um auch in diesem Falle die stufenweise Einschnürung der Kathodienstrahlen vollkommen zu gestalten, kann natürlich! noch eine einschnürende Blende zu Hilfe genommen werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Hochvakuumröntgenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß durch stufenweise Einschnürung eines oder mehrerer Kathodensstrahlenbündel (mittels Bohrungen in der Kathode oder mittels Blenden) ein oder mehrere Brennflecke von so geringer Ausdehnung entstehen, daß die Wärmeableitung an dem im Verhältnis zur Fläche großen Umfange der einzelnen Brennflecke groß genug ist, um eine wesentlich höhere als die übliche spezifische Belastung der einzelnen Brennfleckpunkte zu gestatten.

2. Röntgenröhre nach Anspruch¹1, gekennzeichnet durch mehrere auf verschiedenen Potentialen gehaltene Blenden, durch die die einzelnen Kathodenstrahlenbündel auf ihrem Wege hindurchtreten und die so angeordnet und bemessen sind, daß nicht nur eine besonders feine Einschnürung der Bündel, sondern auchi eine gleichmäßige Elektronendichte im Querschnitt und eine die Erzeugung homogener Strahlung selbst mit pulsierender Gleichspannung· gewährleistende Veränderlichkeit der Brennfleckoberfläche mit der Spannung erzielt wird.

3. Ausführungsart der Blenden nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Metallfolie (Pllatiniridiumfolie) bestehen, die zum Zwecke der Entgasung elektrisch heizbar ist und zur Vermeidung der schwierigen Zentrierung der Blenden ohne Öffnungen eingebaut wird, wobei die Öffnungen nachträglich durch¹ die Kathodenetrahlen selbst durchgeschmolzen werden.

4. Kathode für Röntgenröhren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweckmäßigerweise im Sinne der Bewiegungsrichtung der Kathodenstrahlen sich erst konisch verjüngende, dann zylindrisch verlaufende Bohrungen angebracht sind, die hinreichend klein bemessen sind, um eine Zusammensetzung des Brennfleckes aus mehreren sehr kleinen Flächen zu gewährleisten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.