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Einrichtung zum Betrieb von Glühkathodenröntgenröhxen mit konstanter
Röhrenbetriebsspannung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb von Glühkathodenröntgenröhren
mit konstanter Röhrenbetriebsspannung und einer Glühkathode, die durch eine Schwankungen
unterworfene Heizstromquelle beheizt wird.
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Bekanntlich besteht beim Betriebe von Röntgenröhren mit einer Glühkathode,
die durch eine Schwankungen unterworfene Heizstromquelle beheizt wird, der Übelstand,
daß die Röhrenstromstärke sich beim Schwanken der Stärke des Heizstromes der Glühkathode
ändert, und zwar sind diese Änderungen schon bei verhältnismäßig kleinen Schwankungen
der Heizstromstärke beträchtlich.
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Im Therapiebetrieb macht eine Schwankung der Röhrenstromstärke eine
genaue Dosierung der Strahlung unmöglich, während sie in der Aufnahmetechnik die
Innehaltung einer genauen Belichtung erschwert. Insbesondere stören die Netzschwankungen,
wenn die Glühkathode mittels eines Heiztransformators beheizt wird, der an das Netz
angeschlossen ist oder an den gleichen Umformer, der den Haupttransformator speist.
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Nach der Erfindung ist zwischen der Glühkathode und der Anode ein
Gitter angeordnet, das mit dem negativen Pol der konstanten Hochspannungsquelle
unmittelbar verbunden und an das eine Ende eines hochohmigen Widerstandes angeschlossen
ist, dessen anderes Ende an der die Glühkathode beheizenden Heizstromquelle liegt,
welche Schwankungen unterworfen ist, wobei der Widerstand derart gewählt ist, daß
bei Änderung der Heizspannung der Röhrenstrom praktisch konstant bleibt.
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Die beim Erfindungsgegenstand vorgenommene Einschaltung des Widerstandes
bewirkt, daß bei einer gewissen Röhrenstromstärke, die zunächst durch den Glühzustand
der Kathode bedingt ist, innerhalb des Widerstandes ein Spannungsabfall eintritt,
der sich dahin auswirkt, daß das Gitter gegenüber dem Glühdraht ein gewisses negatives
Potential annimmt. Eine weitere Erhöhung der Heizstromstärke würde entsprechend
der gesteigerten Emission des Glühdrahtes eine weitere Erhöhung der Röhrenstromstärke
zur Folge haben, wenn nicht infolge des gleichzeitig zunehmenden Spannungsabfalls
im Widerstand das negative Potential des Gitters dem Glühdraht gegenüber ebenfalls
zunähme. Diese Zunahme des Spannungsabfalls wird bei geeigneter Abmessung des Gitters
so groß, daß hierdurch eine scharfe Grenze für eine weitere Steigerung der Röhrenstromstärke
gegeben ist, die sich dahin auswirkt, daß
selbst eine hundertprozentige
Erhöhung der Glühtemperatur keine meßbare Steigerung der Röhrenstromstärke mehr
hervorzurufen vermag.
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Voraussetzung hierfür ist, daß die Spannung der Röhre konstant bleibt.
Tritt eine Erhöhung oder Verminderung der Röhrenbetriebsspannung ein, so ist gleichzeitig
eine Erhöhung oder Verminderung der Röhrenstromstärke je nach den durch das Gitter
bedingten Durchgriffsverhältnissen zu beobachten. Auf diese Weise ist das die Röhrenstromstärke
-messende Milliamperemeter gleichzeitig ein zuverlässiger Indikator für die Beobachtung
der Konstanz der an der Röhre liegenden Spannung, so daß bei der Bedienung der Röhre
dem Glühzustande der Kathode keine Aufmerksamkeit gewidmet zu werden braucht. Die
Spannungsregelung der Röhre erfolgt vielmehr nur auf Grund der Beobachtung des Milliamperemeters,
mit dem Erfolg, daß bei dessen konstant gehaltenem Ausschlag Gewähr für die Erzeugung
einer Strahlung von konstanter Intensität und Beschaffenheit gegeben ist.
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Es ist bereits bekannt, bei einer Glühkathodenröntgenröhreder Glühkathode
eine als fokussierender Ring ausgebildete Elektrode zuzuordnen, welche mit der Hochspannungsquelle
und außerdem über einen Widerstand mit der Glühkathode verbunden ist. Bei dieser
bekannten Einrichtung wird aber die Glühkathode durch eine Batterie gespeist. Ein
Schwanken der Stärke des Heizstromes der Glühkathode tritt daher bei der bekannten
Einrichtung nicht ein, so daß die Voraussetzungen für die Störungen, die durch den
Erfindungsgegenstand vermieden werden, nicht gegeben sind. Durch die bekannte Einrichtung
ist auch ein wesentlich anderer Zweck als durch den Erfindungsgegenstand erstrebt,
weil bei der bekannten Einrichtung die vorher erwähnte, als fokussierender Ring
ausgebildete Elektrode nach Art eines Phasengreifers wirken soll, indem sie aus
der Wechselstromkurve diejenigen Spannungsteile herausgreift, die die härtesten
Röntgenstrahlen erzeugen. Im Gegensatz hierzu ist durch den Erfindungsgegenstand
bezweckt, bei Schwankungen der Heizstromstärke die Röhrenstromstärke selbsttätig
konstant zu halten.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Die Glühkathodenröntgenröhre i ist mit der Anode z durch die Zuleitung
3 an die positive Zuleitung einer Hochspannungsquelle angeschlossen. Die Glühkathode
4 erhält ihre Beheizung durch die Sekundärspule des Heiztransformators 5 und ist
mit dieser durch die Leitungen 6, 7 verbunden. Die Kathode 4 ist von einer Sammelvorrichtung
8 umgeben, über die ein Gitter 9, z. B. eine Lochplatte oder ein Drahtnetz, gespannt
ist. Die Sammelvorrichtung 8 steht über die von den Einschmelzstellen i o, i i der
Leitungen 6, 7 getrennt durchgeführte Einschmelzung i2 einerseits mit der negativen
Zuleitung 13 der die Röhre speisenden Hochspannungsquelle, anderseits mit der Glühkathode
4 über den hochohmigen Widerstand 14 in Verbindung, dessen Größe beispielsweise
io ooo Ohm betragen möge. Der Spannungsunterschied zwischen den Leitungen 3 und
13 betrage ioo ooo Volt und werde konstant gehalten.
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Mit zunehmender Erhitzung der Glühkathode 4 ist ein gleichzeitiges
Ansteigen des Röhrenstromes zu beobachten. Denkt man sich das Gitter 9 der Sammelvorrichtung
8 fort, so würde das Ansteigen dieses Stromes innerhalb des praktischen Verwendungsbereichs
der Röntgenröhre unbegrenzt erfolgen. Jede Schwankung des Heizstromes hat nach den
bekannten Gesetzen der Emission ein erheblich stärkeres Schwanken des Röhrenbetriebsstromes
zur Folge. Bei der erfindungsgemäß gegebenen Schaltung der Röhre wird aber bei steigendem
Röhrenbetriebsstrom infolge des in der Zuleitung 6 zur Glühkathode 4 liegenden Widerstandes
14 an das der Kathode vorgelagerte Gitter 9 eine immer größer werdende negative
Spannung gelegt, die der Stromsteigerung entgegenwirkt. Deshalb stellt sich sehr
bald eine Grenze ein, bei der eine weitere Steigerung des Heizstromes keine weitere
Erhöhung des Röhrenbetriebsstromes nach sich zieht. Die Erhitzung der Glühkathode
q. kann vielmehr bis zu dessen Schmelzgrenze getrieben werden, ohne daß dieser Grenzwert
des Röhrenbetriebsstromes eine merkbare weitere Erhöhung erfährt. Das bedeutet,
daß, solange der zur Erreichung dieses Grenzwertes nötige Glühzustand der Kathode
nicht unterschritten wird, der Röhrenbetriebsstrom innerhalb sämtlicher übriger
Temperaturbereiche von den Schwankungen der Glühkathodentemperatur unabhängig ist.
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Diese Wirkung beruht auf einem Zusaminenspiel von Röhrenbetriebsstrom,
Widerstand 14 und dem Gitter 9 der Sammelvorrichtung B. Angenommen, der Widerstand
14 hat eine Größe von io ooo Ohm, dann wird bei einem Stromdurchgang von io Milliampere
durch die Röhre der an den freien Enden des Widerstandes 14 auftretende Spannungsunterschied
ioo Volt betragen. Da das mit der negativen Hochspannungsseite unmittelbar verbundene
Ende des Widerstandes 14 in unmittelbarer Verbindung mit dem Gitter 9 steht, so
besitzt dieses stets das volle Potential der über den Widerstand zugeleiteten Hochspannung.
Der von der Glühkathode 4 ausgehende Entladungsstrom muß
jedoch
zunächst den hochohmigen Widerstand 14 passieren. Erreicht dieser Entladungsstrom
z. B. io Milliampere, so tritt entsprechend einer Höhe dieses Widerstandes von ro
ooo Ohm ein Spannungsunterschied von ioo Volt in dem Sinne auf, daß das Potential
der Glühkathode eine negative Vorspannung von ioo Volt besitzt. Bei gegebener Weite
und gegebenem Abstand des Gitters kann dieser Wert gerade die kritische Spannung
sein, bei der die Stromstärke auch bei beliebiger weiterer Erhitzung der Glühkathode
nicht mehr zu steigen vermag. Die Wirkung erklärt sich daraus, daß jede weitere
Stromerhöhung eine Erhöhung .des Spannungsabfalles im Widerstand und eine entsprechende
Erhöhung der negativen Gittervorspannung gegenüber der Glühkathode bedeuten würde,
die ein weiteres Ansteigen des Röhrenstromes durch Gitterwirkung unterbindet.