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Röntgenröhre mit Glühkathode. Röntgenröhren, die mit thermischer Elektronenemission
arbeiten, sind bisher in wesentlich zwei verschiedenen Ausführungsformen bekannt
geworden.
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Die eine, prinzipiell einfachste Form benutzt eine Glühkathode in
Verbindung mit einem einzigen elektrischen Felde, um die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
erforderlichen Kathodenstrahlen hervorzubringen. Diese Röhrenart kommt daher mit
nur zwei Elektroden aus, der Glühkathode und der Antikathode.
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Im Gegensatz dazu benötigt die zweite Röhrenart zwei elektrische Felder
und demgemäß mindestens drei Elektroden, eine Glühkathode, eine Antikathode und
eine F3ilfselektrode. Zwischen Glühkathode und Hilfselektrode wird durch Anlegung
passender Spannung ein erstes elektrisches Feld hergestellt und entweder zwischen
Glühkathode und Antikathode oder auch zwischen Hilfselektrode und' Antikathode ein
zweites, das eigentliche Hochspannungsfeld, angelegt, das den Elektronen in erster
Linie ihre Geschwindigkeit erteilt. Die beiden elektrischen Felder dieser Röhrenart
brauchen nicht notwendig voneinander einabhängig zu sein, wesentlich ist nur, daß
das Hilfsfeld die Elektronenbewegung oder wenigstens den Elektronenaustritt aus
dem Glühdraht beeinflußt.
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Der Hauptvorteil der Anwendung einer Hilfselektrode und eines Hilfsfeldes
besteht in der dadurch geschaffenen Möglichkeit, den Elektronenaustritt und die
Bewegung der Elektronen derart steuern zu können, daß man die Röntgenentladung nur
in dem gewünschten Augenblick, z. B. im Augenblick
der höchsten
Spannung des Röntgentransformators, einsetzen lassen kann und auf diese Weise die
Herstellung homogener Kathodenstrahlen in der Hand hat. Es können also mit Hilfe
einer solchen »Zweifelderröhre«, -,@ ie diese Röhrenart ini Gegensatz zur »Einfeldrölire«
im folgenden bezeichnet «-erden .o11, homogenere Röntgenstrahlen erzeugt «-erden,
als nach den üblichen Verfahren, die Kathodenstrahlen aller möglichen Geschwin-(ligkeiten
zustande kommen lassen.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende l,',öntgenriilire vereinigt
in sich die Vorteile der Ein- und Zweifelderröhre: indem sie einerseits ermöglicht,
die einfachen Betriebsverhältnisse der Einfeldröhre anzuwenden, und sich anderseits
bei @Valil passender Abmessungen in besonders vorteilhafter Weise auch als "lweifelderröhe
betreiben läßt.
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Dieser F_rfolg wird durch einen die Glühkathode in an sich bekannter
Weise seitlich umhüllenden, von ihr elektrisch trennbaren, vorzugsweise metallischen
:Alantel erzielt, dein die Sonde, ihn unmittelbar abschließend oder doch dicht vor
ihni, so vorgelagert ist, daß sie die Glühkathode ii, der Pr-)jektion überdeckt.
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Auf der Zeichnung ist in Abb. i eine Ausführungsform der neuen Röntgenröhre
veran:chatilicht, während Abh.2 bis d. Abänderungsforinen der Gliihkathodenanordnung
(iarstellen.
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Die Röntgenröhre nach Abb. i besteht aus dein aufs höchste ati>gepumpten
Gefäß i niit der Antikathode 2 Lind der Glühkathode 3. Die Glühkathode 3 ist mit
Abstand von einem vorzugsweise metallischen Mantel d. unischlos-"en, durch dessen
Boden @ die Stroinzuführungsdrälite 6, ; der Glühkathode isoliert hindurchgeführt
sind. In Richtung des Katliodenstrahlaustritts ist der Mantei .l. ('tirch eine netz-
oder siebförmige Sonde 8 al)geschlnssen. Die Glühkathode 3 und der Mantel d. sind
durch Drähte 9 mit einem Jletallzvlinder io mechanisch verbunden, der über das Glasrohr
i i geschoben und auf diesem in bekannter Weise durch Drähte 12 befestigt ist, die
seine Knöpfe i3 mit den liakenförinigenAnsätzen 14. des Glasrohres i i verbinden.
Die an den Zylinder to gelegte, n«cli außen führende Leitung 1 .# ermöglicht, gegebenenfalls
dein .Mantel d mit der Sonde 8 eine beliebige Spannungsdifferenz gegen die Glühkathode
3 zti erteilen.
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Uni den seitlichen Austritt der Elektronen zu verhindern, der bei
der Ausführungsform der Riihre nach Abb. i wegen der auch nach fler Seite zu verlaufenden
Kraftlinien notwendig eintreten muß, sobald Spannung zwi-#chen Sonde und Glühkathode
angelegt wird, ist gemäß Ahb. z und 3 eine Änderung der Bauart getroffen. Bei der
Anordnung nach Abb. ? ist die Glühkathode 3 mit Abstand von dem -Metallinantel .Ia
umschlossen, der wiederum mit Abstand von dem --Nletallzvlinder 4.U umgeben ist,
der die Sonde 8 trägt. Der Mantel .ha beseitigt seitliche Kraftkomponenten und verhindert
daher den Austritt der Elektronen in der Seitenrichtung.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.3 ist der Metallmantel durch einen
Zylinder 4 aus Isolierstnff, z. B. Quarz. ersetzt. Die Innenfläche dieses Zylinders
lädt sich so lange negativ auf, als eine Spannungsdifferenz zwischen ihr und der
Glühkathode besteht. Ist die Differenz ausgeglichen, so wirkt diese Fläche ebenso
wie der Metallinentel.la nach \l>b. 2.
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Die Ausführungsform nach Abb. 4. bezweckt, den »Durchgriff« des Hochspannungsfeldes
in das Innere des Glühkathodenkörpers wirksamer zu verhindern, was dadurch erreicht
wird, (-laß vor der Glühkathode 3 zwei 1)ralitnetze 8a, 811 als Sonde vorgeschaltet
«erden. Eine derartige vollkommene Abschirniung kann bei gewissen Schaltungen und
Betriebsweisen von Bedeutung sein.
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Es ist zur Herstellung eines scharfen Brennflecks zweckmäßig, dein
die Glüh-Kathode 3 umgehenden Mantel ,4 einen kegelförmigen Ansatz 16 zu geben,
der sich in Richtung auf die Antikathode 2 hin er-«-eitert. Dieser Ansatz hat erfahrungsgemäß
(hie Wirkung einer Sammelvorrichtung und erzeugt einen Brennpunkt von ausreichender
Kleinheit, wie er z. B. für Diagnostikhöntgenröliren notwendig ist.
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Soll die beschriebene Röhre als Einfeldr<ifire betrieben werden,
so wird der Abstand zwischen Glühkathode und Sonde verhältnisinäßig gering und eine
Sonde finit weiten "laschen oder Öffnungen gewählt. Dadurch wird ein bestimmter
»Durchgriff« des Hochspannungsfeldes durch die Sonde hindurch ermöglicht, der die
Elektronen aus der Glühkathode herauszieht und dadurch den Stromdurchgang erzwingt.
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Wird die Glühkathode weiter nach innen @-crlegt und eine Sonde mit
kleineren Durchgring:ö ffnungen gewählt, oder gar die Aus-21 durch zwei hintereinander
gelegene Netze (Al>b. d.) versperrt, so befindet sich ;hie Glühkathode in einem
elektrostatisch neschützten Rauine, und es bedarf notwendig einer gewissen Triebspannung
zwischen Sonde und Glühkathode, um den Elektronen den Eintritt in das Hochspannungsfeld
zu erni<glichen. In diesem Falle arbeitet die Röhre dann als Zweifelderröhre.
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Beide Arbeitsweisen gehen mit der Änderung der Abmessungen der den
Austritt und die Bewegung der Elektronen beeinflussenden
Teile ineinander
über, stets aber ergeben sich wesentliche Vorteile dieser Bauart für den Betrieb.
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Im ersten Falle nämlich (Betrieb als Einfeldröhre) ist der Austritt
der Elektronen infolge des »Durchgriffen« der Hochspannung durch die Sonde von der
Höhe dieser Spannung abhängig. Der Elektronenaustritt setzt erst bei einer Spannung
merklich ein, die höher ist, als wenn die Glühkathode sich frei iin Raume befände.
Die Röhre erhält also eine gewisse Durchbruchspannung, arbeitet demnach in dieser
Beziehung in einer den gewöhnlichen Röntgenröhren ähnlichen Weise und sendet daher
auch homogenere Röntgenstrahlen aus. Ferner läßt sich erreichen, daß der Sättigungsstrom
erst bei sehr hohem Potential erreicht wird. Die Stromstärke iimmt daher auch bei
hohen Spannungen immer noch mit steigender Spannung zu. Die Röhre arbeitet daher
wesentlich elastischer als die bekannte Coolidgeröhre, was besonders für den Betrieb
mit Induktoren erwünscht ist. Diese Vorteile lassen sich roch dadurch steigern,
daß an die Sonde eine gegebenenfalls regelbare, im allgemeinen aber konstante Gegenspannung
angelegt wird. In diesem Falle können dann nur im Augenblick der höchsten Spannung
Elektronen austreten und auch nur in diesem Augenblick Röntgenstrahlen entstehen.
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Wird die Röhre als Zweifelderröhre gebaut, so hat man es in der Hand,
die Höhe der Zündspannung (also der zwischen Sonde und Glühkathode angelegten Spannung)
in sehr niedrigen Grenzen zu halten. Einige Volt genügen vollkommen, um das erforderliche
Triebfeld herzustellen. Man kommt daher zu handlichen Größenabmessungen bei der
Bauart der Betriebsapparatur, was bei der bisherigen Ausführungsart der Lilienfeldröhren
nicht der Fall ist.
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Ferner wird bei der vorliegenden Röntgenröhre ein Fehler vermieden,
der bei den Röhren der bisherigen Bauart, wie die Praxis gezeigt hat, auftreten
kann, nämlich Verzögerungen in der Zündung oder gar ein endgültiges Aussetzen der
Zündentladung und damit ein Versagen der Röhre. Die Ursache solcher Störungen dürfte
darauf zurückzuführen sein, daß bei der bekannten Bauart die Glühkathode allseitig
von isolierendem Material umgeben ist und den Elektronen nur die sehr kleine, von
der Glühkathode verhältnismäßig weit entfernte Austrittsöffnung in der Röntgenkathode
frei steht. Geringe Linsymmetrien in den Wandladungen bringen daher eine Ablenkung
der Elektronen hervor; diese finden den Weg nicht mehr in die Röntgenentladung hinein
und die Röhre versagt.
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Derartige Störungen sind bei der Röntgenröhre nach der Erfindung ausgeschlossen,
da die Glühkathode entweder aliseiig in Metall eingeschlossen ist oder aber bei
Verwendung eines Mantels aus Isolierstoff ein hinlänglicher Raum für den Austritt
der Elektronen unter allen Umständen zur Verfügung steht; denn die Abstände vom
Isolierkörper können so bemessen «-erden, daß eine wesentliche Störung der Kathodenstrahlbahn
durch Unsymmetrien in den Wandladungen ausgeschlossen ist.
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Als Vorteil der vorliegenden Röntgenröhre ist schließlich noch ihre
vorteilhafte Herstellbarkeit hervorzuheben. Da nämlich die ganze Kathodenanordnung
mechanisch ein Stück bildet und sich alle Teile in ein und demselben Teile des Vakuumgefäßes
befinden, so ist sie glastechnisch leicht herstellbar. Ebenso ist sie auch vakuumtechnisch
günstig, da die Metallmassen in der Röhre vorteilhaft verteilt sind und alle zusammen
nach bekannten Verfahren entgast werden können.