DE547124C - Kathodenstrahlenroehre fuer Hoechstspannungen - Google Patents

Description

Beim Betrieb von Elektronenentladungsgefäßen, wie z. B. Kathodenstrahlenröhren, Röntgenröhren oder Gleichrichtern, wird es mit wachsender Spannung in zunehmendem Maße schwieriger, die Bildung positiver Ionen während des Betriebes selbst bei sorgfältiger Herstellung ganz zu verhüten bzw. ihre Wirkung zu unterdrücken. Bei Spannungen von mehreren 100 000 Volt bewirkt bereits eine positive Ionisation, die so gering ist, daß sie bei niedrigeren Spannungen ganz außer Acht gelassen werden kann, ein störendes Bombardement der Kathode und der benachbarten Röhrenteile, wodurch ein unerwünschtes Anwachsen der Elektronenemission herbeigeführt wird.

Gemäß der Erfindung wird unter Benutzung von für Elektronen durchlässigen, aber für Ionen undurchlässigen Zwischenelektrode den, z. B. Metalldiaphragmen, die den Entladungsraum vakuumdicht unterteilen, die Geschwindigkeit der Elektronen in an sich bekannter Weise stufenweise gesteigert und gleichzeitig eine entsprechende Steigerung der Ionengeschwindigkeit und dadurch ein störendes Bombardement der Kathode durch positive Ionen verhütet. DerartigeWände oder Membranen sind an sich bekannt, und zwar hat man sie dazu verwendet, um denVakuutnraum von Kathodenstrahlenröhren gegen die Außenluft abzuschließen. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung nicht nur von der Eigenschaft solcher Membranen Gebrauch gemacht, daß sie für Elektronen durchlässig sind, sondern auch von der Eigenschaft, daß sie für rasch bewegte, im Entladungsraum gebildete Ionen undurchlässig sind. Eine solche für Elektronen durchlässige, für Ionen undurchlässige Wand bildet die Anode der ersten Entladung. Die Elektronen, welche diese Anode durchdringen, setzen unter dem Antrieb durch zusätzliche Spannung ihren .Weg nach einer anderen Elektrode fort, während die in der zweiten Entladungsstufe gebildeten positiven Ionen wegen der Undurchlässigkeit des Metallblatts nicht in umgekehrter Richtung zur Kathode der ersten Stufe wandern können.

Die Zeichnung zeigt in Abb. 1 eine Ausführungsform in der Seitenansicht und teilweise im Schnitt. Die Abb. 2 zeigt die in der Mitte der Abb. 1 vorhandene Verbindungsstelle im größeren Maßstabe im Schnitt. Die Abb. 3 und 4 zeigen die Anode und Kathode derselben Ausführungsform im größeren Maßstabe im Schnitt. In den Abb. 5 und 6 sind weitere Ausführungsformen dargestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 1 besteht das Entladungsgefäß aus zwei Glas-

kugeln ι und 2, die durch die Hälse 3 und 4 miteinander verbunden sind. Diese Hälse enthalten an ihrer Verbindungsstelle eine Elektrode 5, deren Potential zwischen denjenigen der Endelektroden 6 und 7 liegt. Die Elektrode 5 besteht vorzugsweise aus dünnem Metallblatt, z.B. aus Nickelfolie von etwa ¹Z₈₀ mm Dicke. Auch Molybdän oder Kupfer kann benutzt werden. Die in der Abb. 4 dargestellte Glühkathode 6 umfaßt einen Glühfaden 8 und eine Sammelvorrichtung 9, die beide durch den Leiter 10 (Abb. 1) mit einer Klemme der Hochspannungsquelle verbunden sind. Die in Abb. 3 dargestellte Anode 7 ist durch einen Leiter 11 (Abb. 1) mit der anderenKlemme der Hochspannungsquelle verbunden, die beispielsweise von den Sekundärwicklungen 12 und 13 eines oder zweier Transformatoren oder Induktorien gebildet so wird. Diese Sekundärwicklungen sind durch einen Leiter 14 in Reihe geschaltet, welcher seinerseits durch einen Leiter 15 mit der Mittelelektrode 5 verbunden ist. Die Primärwicklungen sind in irgendeiner nicht dargestellten Weise an eine Wechselstromquelle oder an eine Quelle unterbrochenen Gleichstroms angeschlossen. An Stelle der Transformatoren oder Induktorien kann auch eine Hochspannungsgleichstromquelle benutzt wer_ den. Die Glühkathode 6 wird in irgendeiner geeigneten Weise zum Glühen gebracht, beispielsweise durch eine isolierte Batterie 17, an die sie unter Vorschaltung des ReglungsWiderstandes 18 über die Stromeinführungsdrähte 19 angeschlossen ist.

Die Blattelektrode 5 (Abb. 2) ist durch Schweißen, Löten o. dgl. mit den flanschförmigen Rohrstücken 20 und 21 verbunden, mit welchen ihrerseits die Ränder 22 und 23 der Glaskugeln 1 und 2 luftdicht verschmolzen sind. Die Rohrstücke 20 und 21 können vorteilhaft aus einem Metall oder einer Legierung bestehen, die denselben Ausdehnungskoeffizienten wie das mit ihnen zu verschmelzende Glas besitzt. Im Falle von Bleiglas kann eine Nickel-Eisen-Legierung benutzt werden. Mit den Rohrstücken 20 und 21 sind noch aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall bestehende Schutzrohre 24 und 25 durch Schrauben 26 bzw. 27 verbunden. Diese Schutzrohre verhüten den Aufprall von Elektronen an die Glasarme in der Nähe der Dichtungsstellen. Die Glaskugeln 1 und 2 werden in bekannter Weise von okkludiertem Gas befreit und in so hohem Maße entlüftet, daß eine Elektronenentladung ohne merkliche positive Ionisation stattfinden kann. Vorzugsweise sind noch seitliche Ansätze 28 und 29 (Abb. 1) vorgesehen, die einen gasabsorbierenden Stoff enthalten, z.B. Holzkohle, die während des Betriebes durch Eintauchen in flüssige Luft gekühlt wird. Die von der Glühkathode ausgesandten Elektronen werden durch die angelegte Spannung gegen die Fensterelektrode 5 geschleudert, durchdringen diese und fliegen dann mit beschleunigter Geschwindigkeit gegen die Anode 7.

Durch ein Solenoid 30 wird an der Verbindungsstelle der beiden Kugeln ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches das Elektronenbündel auf das Fenster 5 beschränkt. Dieses Solenoid, welches von einer Batterie 31 oder von einer anderen geeigneten Stromquelle gespeist werden mag, die in Phase mit der Hochspannungsentladung sein kann, ist durch einen Leiter 32 auf das Potential der Zwischenelektrode 5 gebracht. In ähnlicher Weise kann ein Solenoid 33, das von einer Batterie 34 oder einer anderen geeigneten Stromquelle gespeist wird, das Schutzrohr 35 umgeben, das zur Anode 7 führt. Die beiden genannten Solenoide 30 und 33 drängen die Elektronen auf den Pfad innerhalb der Schutzrohre zusammen.

Die Anode 7 kann mannigfaltige Formen besitzen. In der Abb. 3 ist beispielsweise eine Ausführungsform dargestellt, die für den Austritt der Elektronen in die freie Luft geeignet ist. Die Elektrode besteht hier aus einem Metallblatt 36, welches an seinem Rande mit einem Metallrohr 37 verbunden ist und gegen den Atmosphärendruck durch ein Gitterwerk 38 gestützt ist.

Die schnellen Elektronen, die durch diese Metallblattelektrode hindurchgetrieben werden, z. B. zur Sterilisierung oder zur Erzeugung chemischer Wirkungen oder zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, können unmittelbar für verschiedene nützliche Zwecke be- 10α nutzt werden. So zeigt beispielsweise die Ausführungsform nach Abb. 6 außerhalb des Entladungsgefäßes eine Antikathode 40 aus Wolfram oder anderem Metall, die mit der Elektrode 47 durch einen Leiter 41 verbunden ist und durch das Bombardement mit den Elektronen hoher Geschwindigkeit Röntgenstrahlen aussendet. Obwohl einige Emission von Röntgenstrahlen bereits an der Fensterelektrode 47 stattfindet, wie dünn auch immer das Metallblatt 36 (Abb. 3) gewählt sein mag, so wird doch eine reichlichere Röntgenstrahlenemission erzielt durch Erhöhung der Dicke des Metallblatts 36 und durch Anwendung eines Metalls von hoher Atomzahl hierfür, wie z. B. Wolfram. Die letztere Bauart kann daher für die Erzeugung von Röntgenstrahlen an Stelle der außerhalb angeordneten Antikathode benutzt werden.

Es ist nicht notwendig, daß die in Kaskade angeordneten Entladungseinheiten miteinander physisch verbunden sind, wie in Abb. 1,

sondern es ist auch möglich, daß die von der einen Vorrichtung weggeschleuderten Elektronen durch die freie Luft in die andere Vorrichtung eindringen, wie Abb. 6 zeigt. Hier sind die beiden Entladungsgefäße 43 und 44 in geradliniger Fortsetzung voneinander angeordnet, so daß die aus dem Entladungsgefäß 43 durch die Fensterelektrode

45 austretenden Elektronen in das Entladungsgefäß 44 durch eine Fensterelektrode

46 eintreten können. Die Elektronen erhalten dann im zweiten Entladungsgefäß eine zweite Beschleunigung und treten schließlich durch die Fensterelektrode 47 aus. Die Elektroden 45, 46 und 47 können, wie die Elektrode 7 der Abb. 3, mit Gitterwerken zur Aufnahme des atmosphärischen Druckes versehen sein. Die Kathode 48 kann dieselbe sein wie die Kathode 6 der Abb. 1 und 4.

Zur Erläuterung der Abb. 6 sei noch bemerkt, daß die Entladungsgefäße 43 und 44 durch die Leiter 51 und 52 mit den Sekundärwicklungen 49 und 50 zweier Transformatoren verbunden sind. Die Primärwicklungen 53 und 54 sind mit Isoliertransformatoren 55 und 56 verbunden, die ihrerseits in Reihenschaltung an die Hauptleitungen 57 angeschlossen sind. Die Isoliertransformatoren 55 und 56 können das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 haben. Bei den Hochspannungstransformatoren 49 und 50 sind die Mittelpunkte der primären und sekundären Wicklungen untereinander und mit den Magnetkernen 58 bzw. 59 verbunden. Die Hochspannungssekundä/wicklungen dieser Transformatoren sind durch einen Leiter 60 untereinander und durch die Leiter 61 und 62 mit den Fensterelektroden 45 und 46 verbunden und außerdem geerdet. Da in den Entladungsgefäßen43 ^und 44 ^nur die Halbwellen der einen Polarität ausgenutzt werden, ist noch ein Gleichrichter 63 und ein Belastungswiderstand 64 quer zu den Hauptleitungen 57 angeordnet, um während der anderen Halbwellen Energie aufzunehmen und dadurch zu vermeiden, daß sich während der Leerlaufshalbwellen unerwünscht hohe Spannungen bilden. Die geschilderte Speisungsart kann auch bei anderer Ausführung der Entladungsgefäße benutzt werden, z. B. bei der Ausfüh- rung nach Abb. 1.

In den Abb. 1 bis 6 sind nur zwei Entladungsstrecken dargestellt, doch kann auch eine größere Anzahl in Kaskade angeordnet werden. So sind in Abb. 5 drei Entladungsgefäße 66, 67 und 68 in Kaskade geschaltet. Diese Entladungsgefäße werden von den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 69, und 71 dreier Transformatoren oder Induktorien gespeist, deren Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlenröhre für Höchstspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Benutzung von für Elektronen durchlässigen, aber für Ionen undurchlässigen Zwischenelektroden, z. B. Metalldiaphragmen, die den Entladungsraum vakuumdicht unterteilen, die Geschwindigkeit der Elektronen in an sich bekannter Weise stufenweise gesteigert und gleichzeitig eine entsprechende Steigerung der Ionengeschwindigkeit und dadurch ein störendes Bombardement der Kathode durch positive Ionen verhütet ist.

2. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei oder mehreren einzelnen, in geradliniger Fortsetzung angeordneten Entladungsgefäßen besteht, deren einander zugekehrte Elektroden aus dünnem Metallblatt besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen