-
Röntgenstrahlenapparat mit einer in ein Ölbad eingetauchten Röntgenröhre.
Die Erfindung betrifft einen verbesserten und vereinfachten Apparat zur Erzeugung
von Röntgenstrahlen, den man ohne besondere übung und ohne Hochspannungsgefähr handhaben,
an gewöhnliche Wechselstromquellen anschließen kann und der derb in der Konstruktion
und leicht tragbar ist.
-
Uni dies zu erreichen, wird die Röntgenröhre und der mit ihr verbundene
Transformator in ein nicht gasfönniges kühlendes und
isolierendes
Medium, wie schweres öl, getaucht, so daß das Rohr während der Erzeugung der Röntgenstrahlen
durch das Medium gekühlt und isoliert wird.
-
Verwendet wird ein Röntgenrohr geringer Größe mit einer Anode mit
Außenkühlung, deren Elektroden geringere Entfernungen voneinander besitzen, als
der Durchschlagsweite in Luft bei der benutzten Betriebsspannung entspricht, und
ferner ein- Transformator, dessen Sekundärspule mit dem Rohr verbunden ist. Röhre
und Transformator sind in einem Kasten oder Behälter aus Metall, z. B. aus galvanisiertem
Eisen, eingeschlossen. Der Kasten ist mit einem geeigneten Isolationsmaterial, wie
öl, gefüllt, welches Transformator und Röhre ganz bedeckt.
-
In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel :des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Abb. i zeigt den. Apparat im Querschnitt, Abb. 2 im Längsschnitt.
Abb. 3 und 4 sind Schaltungsschernata, und endlich ist Abb. 5 ein
Schnitt durch die Anode und den die Röhre bildenden Teil des neuen Apparates. Schon
1896 wurde vorgeschlagen, Röntgenröhren in öl eingetaucht zu betreiben, um
den Koronaeffekt an den Zuleitungen der Röhre zu vermindern, wenn mit hohen Spannungen
gearbeitet wurde, und um die Röhre selbst zu kühlen. Es wurde beobachtet, daß sich
bei energischer Kühlung der Rohrwände von außen, wie sie eine Flüssigkeit ermöglicht,
ein höheres Vakuum in der Röhre aufrechterhalten ließ als beim Betriebe in Luft,
und da die Entladung in der so betriebenen Röhre ganz von dem Gasrückstand abhängig
war, wurde das Verhalten der Röhre stark durch die ölkühlung beeinflußt. Bei den
früheren Versuchen wurde keinerlei Vorteil aus der kühlenden Wirkung des öls auf
die Anode gezogen, um mit Erfolg die Wärme fortzuleiten, die durch den Aufprall
des Kathodenstromes auf die Anode entsteht.
-
Erfindungsgemäß wird die Anode mit einem äußeren, die Wärme zerstreuenden
und gut leitenden Teil verbunden. Die Röhre (vgl. Abb. 2) besteht aus Bleigglas,
das Röntgenstrahlen ziemlich stark absorbiert, mit einem Fenster 2 aus Glas, das
für Röntgenstrahlen durchlässig ist. In der Röhre befindet sich als Kathode
3 ein Faden aus Wolfram oder aus anderem geeigneten hochschmelzbaren Material
4 (Abb. 3), der durch einen elektrischen Strom während des Betriebes der
Röhre zum Glühen gebracht wird. Die Kathode umgibt ein leitender fokusierender Teil
5. Die die Entladung auffangende Vorderseite der Anode (Abb. 5) besteht
aus einer Platte 6 aus Wolfram oder anderem geeigneten schwerschmelzbaren
Metall und sitzt auf einem zylindrischen Teil 7 aus Kupfer oder einem anderen,
die Wärme gut leitenden Metall, dei durch das Rohr hindurchgeht und in dei Glashülle
i mittels eines dazwischenliegenden konischen Rohres 8 aus Platin oder einem
geeigneten Platinersatz befestigt ist. Die Kupferstan-e 7 ist in der aus
der Abbildung ersic-htlichen Art vermöge einer ein Mehrfaches des Durchmessers nicht
wesentlich überschreitenden Länge geeignet bemessen, um als Wärmeleiter einen guten
Wärmedurchlaß zu bieten, indem sie die Wärme von der die Entladung aufnehmenden
Anodenfläche zu dem öl, z.B. einem. schweren Mineralöl, wie Transilöl, fortleitet.
In manchen Fällen sind äußere Kühlrippen 9 (Abb. 2) vorgesehen, aber nicht
immer erforderlich.
-
Die elektrische Energie zum Betriebe der Röhre wird einem Transformator
entnommen, der aus einem Kern io (Abb. 3), der Primärspule ii und der Sekundärspule
12 besteht. Die letztere hat in manchen Fällen zwei in Reihe geschaltete Wickluingen
i2a und 12b
(Abb. 2 und 3). Die Röhre ist auf dem Transformator angebracht,
durch isolierte Unterlagen 13 unterstützt. Die Anschlüsse der Röhre sind durch die
Leitungen 14 und 15 direkt mit den Sekundärklemmen des Transformators verbunden,
wie aus Abb.3 und 4 heivorgeht. Wegen der hohen dielektrischen Festigkeit des öls
können die Hochspannungsklemmen 14 und 15 näher aneinanderliegen, als dem für die
Betriebsspannung der Röhre erforderlichen Luftzwischenraume entspricht, so daß die
Anodenstange 7 unter proportionalem Gewinn bezüglich der Wärmeleit-dnig entsprechend
kunz gemaclit werden kann. Transformator und Röhre befmden sich in einem Behälter
16 aus Metall, z. B. aus galvanisiertem Eisen. Der Behälter liegt an Erde 17. Er
verjüngt sich zur Aufnahme des Transformatorkernes sackartig nach unten. (18), um
so den Transformator zu hallen. Auf einem hölzernen Grun#dbrett ig ist der Sack
18 auf beiden Seiten mit den Bolzen 2o befestigt, so daß der Apparat aufrecht steht.
Der Behälter 16 trägt einen abnehmbaren, für X-Strahlendurchlässigen Dekkel 21,
der einen öldichten Abschluß dadurch herstellt, daß er mittels der Bolzen 22 fest
auf einen Flansch des Behälters aufgedrückt wird; Dichtungsringe sind vorgesehien.
-
Das öl 23 wird nüttels der Rohre 24, durch die eine kühlende
Flüssigkeit strömt, gekühlt; die Enden der Rohre 24 sind gut abgedichtet durch den
Deckel geführt und tragen biegsame Verbüidungsstücke 25. Die Leitungen
26, 26' und 27, 27, die den Strom zur Primärspule leiten bzw. die
beiden Wicklungen der Sekundä-rspule in Reihe schalten, ,gehen zu den eeignet isolierten,
in der Be-9 hälterwand angebrachten Anschlüssen 28 und
29.
Die Schaltung der äußeren Stromkreise, die durch die Stöpsel 3o der Abb. 2 geschlossen
werden zeigt Abb. 3.
-
Die Leitungen 27 und 27' sind nach Abb. 3
mit
einem Strommesser dem Milliamperemeter 32, verbunden und bei 33 geerdet.
Der Strommesser zeigt die durch die Röhre gehende Energie und damit auch das Strahhingsvermögen
während des Betriebes an. Die Kathode der Röhre (vgl. Abb. 1, 2 und 3
wird
durch eine Spule i2c geheizt, die auf den Transformatorkern io gewickelt und mit
dem Kathoden-lühdraht 4 durch die Leitungen 14 und 34 verbunden ist. In der Leitung
34 liegt ein Regulierwiderstand 35, so daß der Widerstand des Kathodenkreises
nach Belieben variiert werden kann. Es sei darauf hing ewiesen, daß die Spulen mit
hohem Potential (I2a, j2b) sowohl wie die Spule i2r, welche mit der Hochspannungsleitung
14 verbunden ist, von der Primärspule i i isoliert sind. Da der Behälter 16 und
die Leitungen 27 und 27, die zu dem Milliamperemeter 32
führen,
geerdet sind, da ferner die hochgespannten Spulen in Öl eintauchen und infolgedessen
während des Betriebes der Röhre unerreichbar sind, so besteht bei dem Apparat keinerlei
Hochspannungsgefahr. Eine Ab-
änderung der Anordnung zeigt Abb. 4, in welcher
der K,athode-nglühdraht mit dem Strom eines besonderen Transformators
38 geheizt wird, dessen Sekundärwindungen mit der Kathode durch die Leitungen
39 und 40 über einen Regulierwiderstand 41 verbunden sind. Die Primärspule
des Heiztransformators 38
ist durch die Leitungen 42 und 43 mit den Leitungen
26 und 26' verbunden, die den Hauptbetriebsstrom zu den Primärwindungen
des Haupttransformators führen.
-
Die Sekundärwindungen 12 in der Anordnung der Abb. 4 bestehen nur
aus einer einzigen Spule, die durch 14 über Leitung 44 geerdet ist. In der geerdeten
Leitung 14, die die Primärspule 12 mit der Kathode verbindet, liegt ein Milliamperemeter
32. Geeignete Schalter 45, 46, 46' schließen den Kreis des Heizstromes und
des Hauptbetriebsstromes.
-
Der Transformator 38 kann auch in dem Behälter 16 in
Öl zusammen mit dem Hauptbetriebstransformator eingetaucht werden, aber es
ist bequemer, ihn draußen auf demselben Gestell wie das Milliamperemeter aufzustellen.
-
In beiden Anordnungen der Abb. 3 und 4 kann die Elektronenemission
der Kathode variiert werden, und zwar durch Änderung der an die Primärspule des
Haupttransformators gelegten Spannung, wobei die Spannung der z# Sekundärspule des
Haupttransformators nicht wesentlich verändert wird; hierdurch wird auch die Härte
der Röntgenstrahlen erheblich ,--eändert.
-
Im Hinblick hierauf ist der Widerstand des Heizstromkreises unter
Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften der mit dem Kathodenkreis verbundenenTransformatorwindun-"en
so gewählt, daß die Temperatur und mit hin auch die Elektronenemission der Kathode
ungefähr einem Mittelwert der üblichen Betriebsverhältnisse entsprechen. Da eine
geringe Änderung der Kathodentemperatur eine relativ große Änderung der Elektronenernission
aus der Kathode zur Folge hat, bewirkt eine relativ kleine Spannungsänderung an
den Windungen, die den Kathodenheizstrom speisen, eine Veränderung der Elektronenen-iission
über den ganzen für den Betrieb des Apparates erwünschten Bereich. Diese dem Heizstromkreis
aufgedrückte Spannungsänderung wird durch eine Änderung der Spannung des primären
Transformatorstromes bewirkt.
-
Die zur Veränderung der Kathodentemperatur erwünschten Spannungsänderungen
sind zu gering, um die Härte der Röntgenstrahlen wesentlich zu beeinflussen. So
kann durch Regelung der Betriebsspannung, z. B. mittels eines Autotransformators
mit Schiebekontakt 48, die Energie in der Röhre nach Belieben variiert werden, ohne
dadurch die Härte der Röntgenstrahlen ungünstig zu beeinflussen.
-
Andere Ausführirngsformen sind leicht möglich, ohne von dem Grundgedanken
der Erfindung abzuweichen. So können z. B. an Stelle des öls zur Kühlung und Isolation
andere dichte Medien hoher dielektrischer Festigkeit angewendet werden.