DE568306C - Gasgefuellte Roentgenroehre mit Gluehkathode - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
17. JANUAR 193a

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 17 o*

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Januar 1924 ab

Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenröhren mit Glühkathode. Zu den bekannten Röhren dieser Art gehören u. a. die von Wehnelt und Trenkle sowie die von Coolidge gebauten.
Während bei der Röntgenröhre von Wehnelt und Trenkle das Vakuum nicht sehr hoch war, wird von Coolidge vorgeschrieben, die von ihm angegebenen Röntgenröhren möglichst scharf zu evakuieren, um Gasionisation vorzu-

«o beugen. Zu diesem Zwecke ist der Gasdruck in Coolidges Röntgenröhren annähernd 0,00005 mm Quecksilbersäule, die äußerste Grenze ist 0,0006 mm, somit weit niedriger als der Gasdruck in Röntgenröhren, bei denen die Wirkungsweise auf Gasionisation beruht und bei denen der Gasdruck zwischen 0,001 und ο,οΐ mm Quecksilbersäule liegt. Man hat sogar, um sicher zu sein, daß die allerletzten Gasreste möglichst entfernt werden, vorgeschlagen, in die Röntgen-

ao röhre geeignete Stoffe (z. B. Thorium, Zirkonium) einzuführen, die beim Erhitzen zur Bindung der Gasreste fähig sein sollen.

Es wurde nun gefunden, daß die Nachteile der Gasionisation auch auf andere Weise als durch hohe Entlüftung der Röntgenröhre behoben werden können und daß es möglich ist, eine Röntgenröhre mit Glühkathode auch dann gut wirken zu lassen, wenn in ihr eine geeignet gewählte Gasfüllung vorhanden ist.

Röntgenröhren mit Glühkathode nach der Erfindung enthalten eine Gasfüllung von Wasserstoff, Helium oder von einem Gemenge dieser Gase unter einem solchen Drucke, daß bei Verwendung von Luft als Restgas eine störende Gasionisation eintreten würde.

In der Regel wird der Gasdruck über 0,0006 mm Quecksilbersäule gewählt.

Sehr gute Ergebnisse wurden mit Röntgenröhren erzielt, bei denen während des Betriebes das Feld an der Antikathode sehr intensiv war. Je kräftiger bei solchen Röntgenröhren das Feld an der Antikathode ist, desto höher liegt der Gasdruck, bei dem Gasionisation eine Rolle zu spielen anfängt.

Die Erfindung erstreckt sich somit im besonderen auf Röntgenröhren, bei denen infolge Bauart und geometrischer Abmessungen das Feld in der Nähe des Brennflecks beim Anlegen der Hochspannung sehr kräftig ist.

Wahrscheinlich findet das Auftreten der Ionisation seinen Grund in dem Auftreten sekundärer Elektronen, die an der Antikathode ausgelöst werden. Dadurch, daß man das Feld nahe dem Brennfleck kräftig macht, dürften diese sekundären Elektronen nach der Antikathode zurückgezogen werden, ehe sie Gelegenheit gehabt haben, Moleküle der Gasfüllung zu ionisieren.

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Albert Bouwers und Dr. Willem Hendrik van de Sande Bakhuysen in Eindhoven, Holland.

Zwecks Erzielung eines kräftigen Feldes an der Antikathode kann man z. B. der Röntgenröhre solche Abmessungen geben, daß der Abstand zwischen Kathode und Antikathode sehr klein ist. Auch kann man die Röntgenröhre derart bauen, daß beim Anlegen der Hochspannung das Feld sehr stark vor der Antikathode konzentriert wird und der ganze Spannungsunterschied zwischen Kathode und Antikathode praktisch ίο nur in unmittelbarer Nähe vor der Antikathode liegt.

Im allgemeinen werden Röntgenröhren nach der Erfindung die Bedingung erfüllen, daß beim Anlegen der Hochspannung zwischen der. kalten "Kathode und der Antikathode kein Strom durch die Röhre geht. Tritt solch ein Strom dennoch auf, so ist es möglich, daß während des Betriebes der Röhre mit glühender Kathode Ionisationserscheinungen vor sich gehen, die die ao Wirkung der Röntgenröhre beeinträchtigen. Man wird solche Ionisationserscheinungen dadurch verhüten können, daß man die Abstände zwischen allen Teilen, zwischen denen Hochspannung liegt, sehr klein hält und die Bauart der Röhre am liebsten derart wählt, daß alle Kraftlinien über einen möglichst kleinen Abstand im Inneren der Röhre laufen. Zu diesem Zwecke wird man diejenigen Teile der Röntgenröhre, die durch Wände aus Isoliermaterial umgeben sind, derart bauen und ihnen solche Abmessungen geben, daß die Kraftlinien die Wände möglichst senkrecht treffen und der Abstand zwischen diesen Wänden klein ist.

Die Erfindung kann auch bei einer Röntgenröhre mit Glühkathode angewendet werden, bei der die Kathode innerhalb eines Metallgefäßes angebracht ist, dessen Wandung ganz oder teilweise einen Teil der Röhrenhülle bildet und von dem die Antikathode durch eine Isolierung getrennt ist, die der Betriebsspannung zwischen der Glühkathode und der Antikathode Widerstand bieten kann, wobei das Metallgefäß und die Antikathode derart gestaltet und in bezug aufeinander angeordnet sind, daß die Kathodenstrahlen die Antikathode nur auf einer kleinen Fläche treffen können.

Ein Vorteil der Röntgenröhren gemäß der Erfindung liegt in dem Umstände, daß man sie besser als Röntgenröhren mit Hochvakuum mit Wechselstrom betreiben kann, ohne Gefahr zu laufen, daß die Antikathode durch Elektronenanprall auf eine derartige Temperatur gebracht wird, daß ein Gegenstrom in der Röhre entsteht. Ferner wird in Röntgenröhren nach der Erfindung die Kühlung der Antikathode durch die Wärmeleitung der Gasfüllung befördert; zumal wenn man Wasserstoff als Gasfüllung benutzt, wird die Antikathode während des Betriebes der Röhre eine weniger hohe Temperatur erreichen, als es bei Röntgenröhren mit Glühkathode der bisher üblichen Art der Fall war, und hierdurch wird die Gefahr des Anstechens der Antikathode durch das scharf konzentrierte Kathodenstrahlenbündel verringert.

In den Abb. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele von Röntgenröhren nach der Erfindung veranschaulicht.

Bei der in Abb. 1 gezeigten Röntgenröhre sind in einem Glaskörper 1 eine Glühkathode 2 und eine Antikathode 3 angebracht. Die Glühkathode, die aus Wolfram bestehen kann, ist mit in den Glaskörper eingeschmolzenen Stromzuführungsdrähten 4 und 4' verbunden. Die Kathode ist in bekannter Weise durch eine Sammelvorrichtung 5, die elektrisch leitend mit der Kathode verbunden ist und von Stützdrähten 6 und 6' getragen wird, zur Herbeiführung einer Konvergenz der Kathodenstrahlen umgeben. Diese Sammelvorrichtung besteht aus einem Metallzylinder, an dem ein Metallkeil in der Form einer Halbkugel befestigt ist. Die Antikathode 3 kann aus Wolfram bestehen, das in einem Kupferklotz befestigt ist; dieses Kupfer kann mittels eines Platinrings in den Glaskörper eingeschmolzen werden. Sie ist derart angeordnet, daß die Kathodenstrahlen sie nur auf einem Teil ihrer Oberfläche treffen können. Da der Gasdruck in einer Röntgenröhre nach der Erfindung verhältnismäßig hoch sein darf, ist es nicht nötig, die Entfernung der in der Röhre enthaltenen Luft mit Hilfe einer Hochvakuumpumpe vorzunehmen; eine gut wirkende Ölpumpe genügt vollkommen für die Zwecke der Erfindung. Man muß in diesem Falle die Röhre während des Auspumpens der Luft fortwährend mit dem Gase spülen, mit dem man die Röntgenröhre schließlich füllen will.

Notwendig ist es jedoch, den Glaskörper und auch die Antikathode durch Erhitzen zu entgasen, da sie im allgemeinen Gase enthalten, die infolge ihrer Abgabe während des Betriebes der Röntgenröhre eine schädliche Wirkung ausüben können. Sind diese störenden Gase mittels des stetig durchströmenden Gases, das man als Gasfüllung wünscht, möglichst entfernt, so wird die Gasfüllung auf den gewünschten Druck gebracht. Betreibt man darauf die Röntgenröhre einige Zeit, so wird in vielen Fällen infolge des Betriebs Gas aus der Röhre verschwinden und. der Gasdruck abnehmen. Dadurch, daß man wiederholt Gas in die Röhre fließen läßt und auf diese Weise den gewünschten Gasdruck wiederherstellt, ist es möglich, einen Zustand hervorzurufen, in dem während des Betriebes der Gasdruck sich nicht mehr in störender Weise ändert. Ist dieser Zustand erreicht, so wird die Röntgenröhre von der Pumpe abgeschmolzen. Mit einer Röhre der beschriebene Bauart, bei der der Abstand zwischen der Kathode und der Antikathode nur 0,8 cm beträgt, bei der somit iao bei einer Spannung von roo 000 Volt das Feld vor der Antikathode sehr intensiv ist, und die

eine Wasserstoffüllung von 0,01 mm Quecksilbersäule enthält, können vorzügliche Ergebnisse erzielt werden. Der Röhrenstrom bleibt während einer photographischen Aufnahme von einigen Minuten vollkommen konstant, und es ist nicht möglich, nach einigen Hunderten von Aufnahmen eine Verringerung der guten Eigenschaften der Röntgenröhre festzustellen. Der hier verwendete Gasdruck von 0,01 mm ist sogar

το größer, als bei Röntgenröhren üblich ist, deren Wirkungsweise auf Gasionisation beruht; es ist jedoch auch möglich, Röntgenröhren nach der Erfindung mit einer Gasfüllung von einem wesentlich höheren Druck als ο,οΐ mm zu bauen.

In Abb. 2 ist eine Röntgenröhre mit Metallhülle veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist die Glühkathode 9 innerhalb eines Metallgefäßes 7 angebracht. An der Wandung des Metallgefäßes ist ein Metalldeckel 8 befestigt, der eine öffnung besitzt, vor der die Antikathode 10 mit einem Teil ihrer Oberfläche angeordnet ist. Dieser Antikathode gegenüber befindet sich im Metallgefäß ein Fenster zum Durchlassen der ausgelösten Röntgenstrahlen.

Dieses Fenster besteht aus einer luftdicht mit der Metallwandung verschmolzenen Glaskappe 11, während eine ringförmige Metallplatte 12, z.B. aus Eisen, an der die Zuführungsdrähte der Glühkathode befestigt sind, die Röntgenstrahlen abschirmt. Der Zuführungsdraht 13 für die Glühkathode ist isoliert durch den Metallring 12 hindruchgeführt und ist in die Glaskappe 11 eingeschmolzen. Der andere Zuführungsdraht wird von der leitenden Verbindung des Poles 14 mit dem Metallring 12 und von der Metallhülle 7 gebildet. Die Glühkathode wird von einer Batterie 17 gespeist, mit der ein Regelwiderstand 18 in Reihe geschaltet ist. Vor der Einschmelzstelle 15 ist ein mit der Metallhülle 7 verschmolzener Metallzylinder 16 angebracht, der dazu dient, die Einschmelzstelle 15 vor aufprallenden Elektronen und auf diese Weise vor elektrostatischen Ladungen zu schützen. Der Abstand zwischen der Antikathode und der Metallhülle 7, der Metallplatte 8 und dem Metallzylinder 16 ist überall so klein, daß bei dem verwendeten Gasdruck eine Entladung zwischen diesen Metallteilen beim Anlegen der Hochspannung nicht zu befürchten ist. Die Röntgenröhre ist mit Wasserstoff oder Helium unter einem zwischen 0,01 und 1 mm Quecksilbersäule liegenden Drucke gefüllt.

Die von der Glühkathode ausgesandten Kathodenstrahlen können die Antikathode infolge der besonderen Form der Wandung und des Deckels 8 des Metallgefäßes und der Anordnung der Antikathode in bezug auf diesen Deckel nur auf einer kleinen Fläche treffen. Tatsächlich ergibt sich bei einer Deckelöffnung von 20 mm Durchmesser ein Brennfleckdurchmesser von nur annähernd 2 mm.

Wird nun zwischen der Kathode und der Antikathode Hochspannung angelegt, so wird, da das Metallgefäß 7 ein Potential hat, das dem der Kathode nahezu gleich kommt oder niedriger ist, das ganze Feld zwischen Kathode und Antikathode in einen kleinen Raum vor der Antikathode konzentriert, und es hat sich gezeigt, daß eine Röntgenröhre der beschriebenen Ausführungsform in vorzüglicher Weise wirkt.

Man kann, falls die Abmessungen der Röntgenröhre derart gewählt sind, daß das Feld vor der Antikathode noch stärker konzentriert wird, als es bei der in Abb. 2 dargestellten Röhre der Fall ist, zu höheren Drücken als 1 mm übergehen.

In vielen Fällen kann es erwünscht sein, ein Trocknungsmittel in den Glaskörper der Röntgenröhre einzuführen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasgefüllte Röntgenröhre mit Glühkathode, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Ionisation die Gasfüllung aus Wasserstoff oder Helium oder einem Gemenge dieser Gase besteht.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Bauart g₀ und derartige geometrische Abmessungen, daß das beim Anlegen der Hochspannung auftretende Feld in der Nähe des Brennflecks sehr kräftig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen