DE390479C - Hochvakuumroehre, insbesondere Roentgenroehre, Ventilroehre, Senderoehre oder Verstaerkungsroehre - Google Patents

Description

• Hochvakuumröhre, insbesondere Röntgenröhre, Ventilröhre, Senderöhre oder Verstärkungsröhre. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine vom Erfinder neu entdeckte Hochvakuumentladung, d. h. auf eine Entladung, welche im höchsten erreichbaren Vakuum stattfindet, ohne daß irgendwelche Ionisationserscheinungen (Glimme-itladung, Lichtbogen, Funkenentladung u. ähnl.) auftreten. Die Entladung ist vielmehr der heutigen physikalischen Auffassung entsprechend als reine Elektronenentladung zu bezeichnen. Das charakteristische Unterscheidungsmerkmal der Entdeckung gegenüber anderen bekannten Hochvakuumentladungen ist, daß der Stromübergang im Hochvakuum von einer kalten, unbeheizten Kathode aus stattfindet. In der Tat ist vom Erfinder gefunden worden, daß, genügende Gasfreiheit und hoher Reinheitsgrad der Elektroden vorausgesetzt, der gekennzeichnete Stromübergang im Hochvakuum verwirklicht wird, wenn der Abstand zwischen Kathode und Anode genügend gering gewählt ist.
• Beispiele von Anordnungen, an welchen die Beobachtung gemacht werden kann, sind in den Abb. i bis 3 wiedergegeben. In einer hochevakuierten Glashülle A sind die beiden Elektroden B und C angeordnet. An ihren einander zugekehrten Enden sind Schneiden D und E aus einem hochschmelzenden Metall, wie Platin, Wolfram, Tautal, befestigt. Der Abstand der Schneiden sei im kalten Zustand etwa 3 inm; er kann beliebig verringert werden. Zu diesem Zwecke werden, wie in Abb. i, beide Elektrodenstiele oder einer von ihnen, vorzugsweise der die Anode tragende, hohl ausgestaltet (aus Kupfer- oder Eisenrohr gemacht), und es wird in der Höhlung ein kleiner Heizkörper H untergebracht, der die Elektrode bis auf etwa 200 bis 300° zu erhitzen gestattet; die dabei eintretende Ausdehnung bewirkt die Annäherung der Schneiden. Ein anderer Weg ist in Abb. 2 dargestellt. Hier ist an dem einen Elektrodenhalse ein elastischer Körper F angeordnet, welcher aus Glas oder Metall besteht und mit Hilfe einer presseartigen Vorrichtung G sich so deformieren läßt, daß dadurch die Elektrodenentfernung eingestellt wird. Es kann auch die eine der Elektroden so an einem Eisenkern befestigt werden, daß ihre Lage von außen mit Hilfe eines magnetischen Feldes eingestellt werden kann. Eine derartige Ausführungsform ist in Abb. 3 wiedergegeben. Der aus vakuumtechnischen Gründen zweckmäßig in die Glashülle K eingeschlossene Eisenkern J ist mit der Elektrode fest verbunden. Das ganze hängt an einer kräftigen, hitzebeständigen Feder L, z. B. aus Wolfram, und stellt sich. je nachdem wie der Elektromagnet 11 durch von einem sekundär zu primär hochisolierten Transformator T gelieferten Strom erregt wird, in größerer oder geringerer Entfernung von der zweiten Elektrode ein. Um die Entlüftung zu erleichtern, kann in der Röhre außer den eigentlichen Elektroden noch eine aus Tautal oder Wolfram bestehende Glühlampenschleife S angebracht werden. wie in Abb. i beispielsweise angedeutet ist. Diese Schleife wird nur während des Pumpprozesses benutzt und ist unter Umständen überhaupt entbehrlich. Die zur Überbrückung des Spaltes erforderliche Spannung beträgt bei dem Versuchsrchre bei o,5 bis i mm Spaltbreite einige zehntausend Volt. Sie wächst mit zunehmender Entfernung und ist von den Änderungen der Gasdichte unabhängig, vorausgesetzt, daß das Rohr genügend evakuiert ist.
• Der Stromübergang ist von einer intensiven Emission von Röntgenstrahlen begleitet, wobei ein deutlich ausgeprägtes Emissionszentrum in nächster Umgebung der Schneiden zu beobachten ist. Neben dem Bestehen des hohen Vakuums und der gekennzeichneten Unabhängigkeit von der Gasdichte ist diese letztere Tatsache dafür beweisend, daß diese Entladung nicht etwa durch eine etwaige Ionisation der Gasreste veranlaßt wird, sondern daß das Arbeiten der Röhre auf e;neni davon abweichenden Prinzip beruht. Würde nämlich im vorliegenden Falle eine gewöhnliche, durch Stoßionisation aufrechterhaltene Gasentladung bestehen, so müßte die Ent- Ladung die Spaltränder nicht bevorzugen, sondern sie geradezu meiden. Denn wenn die bei der Gasdichte der gewöhnlichen gashaltigen Röntgenröhren stattfindende Gasentladung die Wahl hat, zwischen zwei einander nahegelegenen Elektrodenflächen überzugehen oder einen längeren Umweg zu wählen, so tut sie stets das letztere. Dieses Verhalten wird in der Physik auf das Entstehen eines an Ionen sehr armen Gebietes in der Umgebung der Kathode zurückgeführt und pflegt in den Vorlesungen über Experimentalphysik an der seit Jahrzehnten bekannten Umwegröhre vorgeführt zu werden.
• Die beschriebene Anordnung nach Abb. i kann als technische Röntgenstrahlenquelle benutzt werden. Wird dabei auf den die Spaltbacken streifenden Strahlenkegel eingestellt, dann können auch genügend scharfe Bilder aufgenommen werden.
• Hinsichtlich der Befestigung der Elektroden ist zu bemerken, daß sie nicht unbedingt beide, eine jede an einem anderen Ende, an der äußeren Glashülle befestigt sein müssen, wie dies in Abb. i und 2_ dargestellt ist. Es kann auch eine der Elektroden bzw. der sie tragende Hals gleichzeitig Träger der zweiten Elektrode sein. In diesem Falle ist eine der Elektroden vermittels eines isolierenden, beispielsweise aus Quarz bestehenden Gestelles an der anderen Elektrode oder an deren Hals befestigt. Diese Anordnung hat für den Fall, daß mit konstanter Elektrodenentfernung gearbeitet werden soll - etwa für Zwecke der Tieftherapie - den Vorteil, daß diese Entfernung nur wenig oder gar nicht mit der Temperatur sich zu ändern braucht.
• Die Elektroden müssen nicht unbedingt die Gestalt zweier einander gegenüberstehenden Schneiden besitzen. Es können auch beliebige andere Formen benutzt werden, so Halbkugeln, mit den Scheiteln einander gegenüberstehende paraboloidähnliche Formen (Abb. 2) u. dgl. Sollen aber in einer Ebene angeordnete Schneiden benutzt werden, so kann die Anordnung auch konzentrisch gestaltet sein, so daß die eine Elektrode eine kreisrunde bzw. elliptische Scheibe wird, die andere aber ein entsprechender Ring. Alle solchen symmetrischen Anordnungen haben den Vorteil, daß sie nicht nur mit Gleichspanrung, sondern auch mit Wechselspannung betrieben werden können. Im letzten Falle ist jede der beiden Elektroden abwechselnd Anode und Kathode, was aber bei der geringen Entfernung der zwei verschiedenen, sich daraus ergebenden Brennflecke nicht störend empfunden wird.
• Unsymmetrische Elektrodenanordnungen bevorzugen naturgemäß die eine Stromrichtung, besitzen also Ventilwirkung und können auch als Ventile benutzt werden. Als Röntgenstrahlenquelle ist aber eine solche unsymmetrische Anordnung von besonderem Interesse, bei welcher die eine Elektrode die Gestalt eines die zweite Elektrode umhüllenden Hohlkörpers hat (Abb. 3), also beispielsweise eine in einen Zylinder oder in einen Hohl-1zegel hineinragende Scheibe, zwei gleichachsige Zylinder oder Kegel u. dgl. Der Vorzug einer solchen Anordnung besteht darin, daß die hahle Elektrode gleichzeitig als Strahlenschutz ausgestaltet werden kann, indem man ihr eine größere Wandstärke verleiht und sie aus gut absorbierendem Material macht. Dadurch wird für therapeutische Zwecke unerwünschte Strahleneinwirkung vermieden, für Aufnahmezwecke aber gewährleistet, daß die Platten von Streustrahlen nicht verschleiert werden.
• Soll aber für Zwecke der Tieftherapie eine an weichen Komponenten tunlichst arme Strahlung erzeugt «erden, dann ,wird die Entfernung der Elektroden zweckmäßig so groß gewählt, daß nur die Scheitelwerte der Spannung für die Erzeugung der Röntgenstrahlen in Frage kommen. Besonders beim Betrieb mit höherer Frequenz als derjenigen des bis zu i25 Perioden pulsierenden technischen Wechselstromes ist es vorteilhaft, die Entfernung so zu wählen, daß die jedesmalige Scheitelspannung gerade in der Umgebung desjenigen Grenzwertes liegt, bei welchem Stromübergang einsetzt. Es entsteht dann bei geringem Energieaufwand und entsprechend geringer Erwärmung der Elektroden eine verhältnismäßig intensive und harte Strahlung.
• Die Tatsache des Stromüberganges zwischen nahe aneinander befindlichen Flächen im Hochvakuum kann ferner auch zur Herstellung einer Zündentladung in einer nach Art der Lilienfeldröhre gebauten Röhre benützt werden. Zu diesem Zwecke wird in der Bohrung der KathodeB (Abb.rl) einer Lilienfeldröhre eine mit geringem Spielraum in sie hineinpassende Hilfselektrode C angeordnet. 0 sind vermittels des Gewindes G und der Feder H im Stielrohr von B zusammengehaltene Ringe aus hitzebeständigem Isolator (Quarz), welche B und C zu einer starren, die Kathode bildenden Einheit verbinden. Diese Kathode wird mit Hilfe der Drahtschleifen S und der Feder F unverrückbar an dem "Kathodenstiel K der äußeren Röhrenhülle befestigt: Zwischen den beiden Elektroden B und C wird nun die Zündentladung auf eine der bekannten Arten, sei es mit Hilfe eines Zündtransformators Z (Abb. q.) oder eines Hochspannungswiderstandes, der als Spannungsteiler für die Spannung des Röntgentransformators R benutzt wird, eingeleitet. Die in der Öffnung frei werdenden Elektronen werden von dem zwischen Antikathode D' und Kathode B-C bestehenden Hochspannungsfelde erfaßt und auf den Antikathodenspiegel geschleudert, wobei ein je nach den Abmessungen kleinerer oder größerer, gut definierter Brennfleck entsteht. Die Spannung des Röntgentransformators R kann dabei gleichgerichtet sein oder nicht. Im ersten Falle gehen beide Wechsel durch die Röhre, ganz gleichgültig, ob finit Zündtransformator nach Abb. q. oder Abzweigwiderstand wie obenerwähnt gearbeitet wird. Die durch die Röhre gehende Milliamperezahl ist durch den Betrag des Zündstromes zwischen B und C, die Strahlenhärte durch die Spannung am Röntgentransformator R gegeben. Beide können ganz nach Bedarf momentan verändert und eingestellt «-erden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i . Hochv akuumröhre, insbesondere Röntgenröhre, Ventilröhre, Senderöhre oder Verstärkungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden auf eine so geringe Entfernung einander gegenüberstehend angeordnet sind, daß ohne Benutzung einer Glühkathode eine bestimmte zur Verfügung stehende Spannung eine Entladung durch den die Elektroden trennenden Zwischenraum bewirkt.
2. 2. Hochvakuumröhre nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Elektroden (die Kathode) pder beide Elektroden mit Flächen von geringem Krümmungsradius (Schneiden, Spitzen) versehen sind und vorzugsweise aus schwer schmelzbarem Metall, z. B. Tantal, hergestellt sind, wobei die Flächen von geringem Krümmungsradius die eigentlich aktiven Elektrodenteile bilden.
3. 3. Hochvakuumröhre nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Regelung der Entfernung der beiden Elektroden, die entweder aus einer Heizvorrichtung für die eine oder beide Elektroden, deren Wärmeausdehnung zur Regelung desAbstandes benutzt wird, oder aus einem mit einer oder beiden Elektroden verbundenen deformierbareir Körper oder aus einem Elektromagneten besteht, der auf einen zweckinäßigerweise in eine besondere, luftdicht abgeschlossene Glashülle eingeschlossenen Eisenkern einwirkt. .f.
4. Röntgenröhre nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nahe aneinander befindlichen Flächen der Elektroden symmetrisch derart angeordnet sind, daß bei Betrieb mit Wechselspannung zwei dicht aneinander gelegene. gleichberechtigte Brennflecke entstehen. wobei die Elektroden die Gestalt paralleler Schneiden, durch konzentrische Kreise begrenzter Flächen. von Halbkugeln oder Paraboloiden besitzen können.
5. 5. Röntgenröhre nach Anspruch i his 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Elektrodenteile derart ausgestaltet sind, daß der eine von ihnen ein den anderen umschließender Hohlkörper ist, wobei beide Teile als konachsiale Zylinder, Kegel oder der eine zylindrisch oder kegelförmig, der andere scheibenförmig ausgeführt sein kann.
6. 6. Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre nach Anspruch .4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstrom von einer höheren als der technischen Frequenz von feg Perioden benutzt wird, wobei Spannung und Elektrodenentfernung so aufeinander abzustimmen sind, daß nur die Scheitelspannungen für die Erzeugung der Röntgenstrahlen zur Anwendung gelangen.
7. 7. Röntgenröhre nach Art der Lilienfeldröhre gemäß Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des Zündstromkreises nach Anspruch i und 2 geformt sind, derart, daß in der Bohrung der Lochkathode ein konachsialer, von ihr isolierter Körper angeordnet ist, wobei Kathodenstrahlen streifend zu den in der Lochkathode angeordneten Oberflächen nach Einleitung einer Entladung zwischen ihnen austreten und in einer beispielsweise hohlzylindrischen Sammelvorrichtung zusammengedrängt auf den Brennfleck gelangen. B. Ventilröhre nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden sehr unsymmetrisch gestaltet sind. z. B. ebene Platte und Schneide, ebene Platte und Spitze. y. Sende- bzw. Verstärkungsröhre nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung Elektronen gelangen, welche in einer Lochkathode nach Anspruch 7 freigemacht werden. i o. Röntgenröhre nach Anspruch i his 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Elektroden vermittels eines vorzugsweise aus hitzebeständigem Isolator (Quarz) bestehenden Gestelles an der anderen Elektrode befestigt ist.