DE578639C

DE578639C - Kathodenstrahlenroehre mit Gluehkathode und Elektronenaustrittsfenster

Info

Publication number: DE578639C
Application number: DEA47645D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1925-04-28
Filing date: 1926-04-29
Publication date: 1933-06-15
Also published as: NL19978C; GB251635A; BE333700A; FR603585A; US1907507A

Description

Bibliotheek
Bur. Ind. Eigendom

19 JUL. 1933

Bereits Lenard ist es gelungen, die Elektronen oder Kathodenstrahlen aus einer Vakuumröhre durch ein sogenanntes Fenster von kleinen Abmessungen ins Freie treten zu lassen. Die diesem Zweck dienenden Röhren hatten bisher nur geringe Leistung, sie sandten nur ein Kathodenstrahlenbündel von geringem Volumen und geringer Durchdringungskraft aus. Um das Volumen des Kathodenstrahlenbündels zu vergrößern, hat man bereits ein Stützgitter für das Fenster benutzt. Man konnte zwar damit das Fenster wesentlich vergrößern, aber keine große Durchdringungskraft erzielen.

Die Erfindung betrifft eine neue Kathodenstrahlenröhre, die es ermöglicht, mit sehr hohen Spannungen und großen Strömen zu arbeiten und außerdem durch große Zm-erliissigkeit und Regelbarkeit der Wirkungsweise ausgezeichnet ist. Gegenstand der Erfindung ist eine Kathodenstrahlenröhre mit Glühkathode, die ein von dem Fenster nach der Kathode gerichtetes, ihr gegenüber und in ihrer Nähe endendes Metallrohr enthält, das

a₅ gegenüber der Kathode positives Potential, ■/.. B. Fensterpotential, aufweist und zum Schütze der Wandung gegen Elektronenaufhidung dient. Zweckmäßig wird dieses Metallrohr kaminartig \^rerjüngt ausgebildet.

Man hat bereits bei mit Ionisierung arbeitenden Röntgenröhren ein kaminartiges Metallrohr verwendet; doch lag dieses weit abseits von der Kathode in einem Raum von verhältnismäßig geringer Feldstärke, wo das Rohr keine wesentliche Wirkung hat.

In eier Zeichnung zeigt Abb. 1 die Kathodenstrahlenröhre als Ganzes in Seitenansicht, Abb. 2 die einzelnen Teile des Fensters vor dem Zusammenbau, Abb. 3 das Fenster nach dem Zusammenbau und die nach st liegenden Teile der Röhre im Schnitt. Die Abb. 4 zeigt diesen Teil in der Seitenansicht mit einem Zusatzapparat für den Umlauf der durch die Kathodenstrahlenröhre zu behandelnden Flüssigkeit, und Abb. 5 zeigt einen Schnitt durch den Zusatzapparat nach der Linie v5 der Abb. 4.

Wie Abb. τ zeigt, besteht die Röhre aus einem länglichen Gefäß mit zwei erweiterten Teilen τ und 2, die durch einen eingeschnürten Teil 3 miteinander verbunden sind. Die Einschnürung hat zwecks Bruchvermeidung vorzugsweise eine etwas dickere Wand als die Erweiterungen. Das Gefäß besteht zweckmäßig aus Glas oder einem anderen glasartigen Stoff, ausgenommen das später zu beschreibende Fenster. Der dickere Wandteil braucht nicht vollständig aus Glas zu be-

stehen, sondern es kann an der dicker zu machenden Einschnürungsstelle 3 auf der Außenseite ein geeigneter Isolierstoff aufgetragen sein, z. B. de Khotinsky-Zement. Die Kathode besteht aus einem in der Zeichnung nicht ersichtlichen Glühfaden und einer den letzteren umgebenden Sammelvorrichtung 4 nach Art der Coolidge-Röhre. Die Zuführimgsdrähte sind innerhalb des >o Röhrenfortsatzes in einem engeren Röhrchen 5 nach außen geführt und endigen in einem Schraubensockel 7. An dem anderen Ende der Röhre bzw. der länglichen Erweiterung2 ist das Fenster R in solcher Lage angebracht, daß es von dem von der Glühkathode ausgehenden, durch die Sammelvorrichtung gesammelten Kathodenstrahlenbündel getroffen wird. Von dem Fenster erstreckt sich gegen die Kathode ein metallischer, kaminartiger Teil 9, der aus Kupfer bestehen kann und dessen der Kathode zugewandte enge öffnung in ein zylindrisches Röhrchen übergeht.

Da das Fenster 8 vorzugsweise einen Teil des positiven Poles der Röhre bildet und daher gegenüber der Kathode eine hohe positive Spannung besitzt, so würde die Aufladung der benachbarten Glasteile der Röhre durch darauf auftreffende Elektronen bald den Glasbehälter zerstören. Dies wird durch den Kamin 9 vermieden, der eine Aquipotentialhülle bildet, durch welche das Kathodenstrahlenbündel von der Kathode zum Fenster 8 geleitet wird und welche gleichzeitig verhütet, daß Elektronen die Glaswand in der Nähe des Fensters treffen.

Infolge des Schutzes der Wandung gegen Elektronenaufladung können sehr viel höhere Spannungen angewendet werden. Diese Möglichkeit hat bei Kathodenstrahlenröhren besonders günstige Wirkungen, weil mit der Geschwindigkeit der Elektronen ihre Fähigkeit, Metallschichten zu durchdringen, zunimmt. Da die Dicke der Austrittsfenster für die Kathodenstrahlen nicht unter eine gewisse Grenze heruntergesetzt werden kann, ohne daß die Röhre undicht wird, so arbeiten solche Röhren mit um so größerer Ausbeute, je höher ihre Betriebsspannung ist. Der durch die Erfindung ermöglichte Sprung von Spannungen unter 100 000 Volt auf Spannungen von 200 000 bis 350 000 Volt gestattet daher, Kathodenstrahlenfenster röhren mit Dauervakuum und hinreichendem Wirkungsgrad herzustellen.

^x Der Kamin 9 endet gegenüber der Kathode, zweckmäßig in solcher Entfernung, daß keine lediglich durch starkes Feld bedingten Entladungen (aus kalter Elektrode) auftreten. Das Kathodenstrahlcnbündel kann also nicht auf die Wand des Rohres abgelenkt werden, da die Kathode ja nicht in den Kamin hineinragen darf.

Die Glas- und Metallteile der Röhre können in der bei Röntgenröhren üblichen Weise von Gas befreit werden und die Röhre so weit entlüftet werden, daß die Entladung unabhängig von positiver Ionisierung stattfindet. Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform des Fensters 8 bestellt aus einem dünnen Metallhäutchen, das an seinem äußeren Umfang durch einen .Haltering 12 getragen wird, der vorzugsweise aus Molybdän besteht und an welchem ein Stützgitter 13 befestigt ist. und zwar \^rorzugsweise durch Lotung mit Kupfer in Wasserstoff.

Erfindungsgemäß soll das Stützgitter aus schmalen, hohen Stegen bestehen, so daß die Elektronen möglichst ungehindert durch das Gitter hindurchfliegen können und doch eine ■möglichst große Wärmeabführung durch das Gitter gewährleistet ist. Es besteht vorzugsweise gleichfalls aus Molybdänblech, das zu sechseckigen Zellen nach Art von Honigwaben gebogen ist. Das Fenster 8 kann aus Molybdänfolie von 0,0075 mm Dicke bestehen. Dank dieser Stützung kann das Fenster einen Durchmesser von 75 mm und mehr haben. Die Molybdänfolie kann an den Haltering 12- durch einen Zement. z.B. de Khotinsky-Zement, angesiegelt oder durch Kupfer verlötet sein. Das Stützgitter 13 kann in den Haltering 12 eingepaßt sein, so daß es mechanisch festgehalten wird, oder es kann angelötet sein. Zweckmäßig -werden alle drei Teile, nämlich das Fenster 8, der Haltering 12 und das Stützgitter 13 gemeinsam mit Kupfer in Wasserstoff verlötet.

Molybdän eignet sich als Material für das Fenster, da es hohe Duktilität besitzt, welche gestattet, das Metall zu dünner Folie auszuwalzen, ferner eine hohe Elastizitätsgrenze bei erhöhten Temperaturen besitzt, welche ermöglicht, daß es dem atmosphärischen Druck widersteht, der das Fenster zu zerreißen sucht, und endlich bis zur Rotglut der Oxydation verhältnismäßig gut widersteht. Die Atomzahl des Molybdän ist nicht so hoch, um es für Elektronen prohibitiv undurchlässig zu machen. Das Fenstermaterial soll no auch fähig sein, durch Metall mit Glas verbunden zu werden, was bei Molybdän der Fall ist. Kupfer vereinigt gleichfalls mehrere der für das Fenstermaterial erforderlichen Eigenschaften in sich und kann gleichfalls durch ein Zwischenglied, z. B. eine Xickel-Eisen-Legierung, mit Glas verbunden werden. Aluminium kann gleichfalls benutzt werden, doch ist seine Elastizitätsgrenze bei gewöhnlicher Temperatur nur von der Größenordnung von ungefähr ¹Z₂₀₀ derjenigen des Molybdäns, und außerdem sinkt seine Elastizi-

tätsgrenze sehr stark bei erhöhter Temperatur.

Das Fenster kann in irgendeiner geeigneten Weise mit dem Rand des Glasbehälters 2 S verschmolzen werden. Beispielsweise können das Fenster, der Haltering T2 und das Gitter 13 sämtlich an einen mit Flansch versehenen Ring 14 angelötet werden, welcher aus Invar, der bekannten Xickel-Eisen-Legierung, bestellen mag. Ein ähnlicher, mit Flansch versehener, kupferplattierter Invarring 15 ist in bekannter Weise mit dem Rand des Glasbehälters 2 verschmolzen. Innerhalb des Ringes T4 sitzt, wie Abb. 3 zeigt, ein Ring 16, der mit Schraubenlöchern versehen ist. Dieser Ring 16 dient als Stütze für den kegelförmigen Schirm 9... welcher an ihm mittels Schrauben befestigt ist. Der Schirm 9 mag für eine Röhre von ungefähr 200 kV Betriebsspannung eine Länge von 37 bis 40 cm haben. Zum Schlüsse werden die Ränder der Außenflanschen des Ringes 14 und des Ringes 15 im Sauerstoff-Acetylen-Gebläse zusammengeschmolzen, wie in der Abb. 3 bei ro. angedeutet ist. Während des Betriebes kann ein Luftstrom gegen das Fenster gerichtet werden, um es zu kühlen. Beim Betrieb der Rühre wird in dem entlüfteten Innenraum durch Glühen der Kathode und Aufdrücken einer hohen Spannung zwischen der Kathode 4 und dem als Anode arbeitenden Schirm 9 ein Kathodenstrahlenbündel erzeugt. Die hohe Spannung kann durch eine Induktionsspule oder einen Transformator 20 erzeugt werden. Auch hochgespannter Gleichstrom, wie er beispielsweise durch einen Kenotrougleichrichter geliefert wird, kann benutzt werden. Das Kathodenstrahlenbündel wird an der Mündung der Röhre 9 in einem scharfen Brennpunkt gesammelt und tritt in diese Mündung unter der Einwirkung der aufgedrückten Spannung mit großer Geschwindigkeit ein. Innerhalb der Röhre 9 wandern die Elektronen in einen Aquipotentialraum, in welchem sie gegen äußere elektrostatische Felder geschützt und nur der gegenseitigen Abstoßung gegen ihre eigenen elektrischen Felder unterworfen sind. Diese gegenseitige Abstoßung bewirkt, daß sich das Strahlenbündel ausbreitet und auf eine verhältnismäßig große Fläche des Fensters auffällt. Vom Fenster ausgesandte Sekimdärclektronen können nicht in nennenswerter Weise aus der der Kathode benachbarten Mündung der Röhre austreten, da sie vom Fenster in allen Richtungen ausstrahlen und die Mündung der Röhre o., vom Fenster aus gesehen, nur einen kleinen räumlichen W inkel umspannt. Ferner werden durch die gegenseitige Abstoßung auch die Sekundärelektronen nach den Wänden der Röhre abgelenkt. Kin großer Teil des Klektronenbündels durchsetzt das Fenster 8 und wird in der Luft für das Auge in einem dunklen Raum als bläulicher Schimmer sichtbar, welcher das Fenster umgibt und bei hohen Spannungen eine fast kugelförmige Gestalt annimmt. Bei 200 kV dringen die Kathodenstrahlen in Luft ungefähr 35 bis 37 cm λ·ογ. Nur ein geringer Teil der von der Kathode kommenden Elektronen wird durch das Stützgitter 13 aufgefangen.

Die Kathodenstrahlen wirken auf organische und unorganische Verbindungen und lebende Gewebe. Beispielsweise rufen sie, auf Glas oder Quarz auftreffend, eine dunkle Färbung hervor, was dazu benutzt werden kann, um auf Glas oder Quarz dauernde Marken anzubringen. In Salzen werden verschiedene Färbungen hervorgerufen. So wird Kaliumchlorid dunkelpurpurartig gefärbt, Kaliumbromid wird blau gefärbt wie Kupfersulfatkristalle, und Kaliumjodid wird grün gefärbt wie Jade. Die Strahlen wirken stark keimtötend und sterilisierend. Sie zerstören nicht nur Bakterien, sondern auch ihre widerstandsfähigeren Sporen. Insekten können durch die aus der beschriebenen Röhre austretenden Kathodenstrahlen augenblicklich getötet werden.

Die Abb. 4 zeigt eine Anordnung, welche dazu dient, ein Gas oder eine tropfbare Flüssigkeit zu behandeln, indem man sie durch eine Kammer 21 hindurchströmen läßt, die am Fenster 8 außen angebracht ist. Das Gas oder die Flüssigkeit tritt durch den Einlaß 22 ein, strömt durch ein spiralförmiges Labyrinth 23 nahe dem Fenster und strömt endlich durch einen Auslaß 24 wieder heraus. Wenn das Fenster S durch unmittelbare Berührung mit einer Flüssigkeit gekühlt wird, dann ist es zweckmäßig, die Röhre mit Gleichstrom zu betreiben, um die schädliche Wirkung einer intermittierenden Erhitzung zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlenröhre mit Glühkathode und Elektronenaustrittsfenster, gekennzeichnet durch ein von dem Feu- n° ster nach der Kathode gerichtetes, ihr gegenüber und in ihrer Xähe endendes Metallrohr, das gegenüber der Kathode positives Potential, z. B. Fchsterpotenti.il, aufweist und zum Schütze der Wandung ge- }ζοη Elektronenaufladung dient.

2. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das .Metallrohr nach der Kathode hin verjüngt ausgebildet ist.

3. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch ι oder 2, gekennzeichnet durch

zwei envciterte Teile der Röhre, die durch eine Einschnürung von größerer Wandstärke verbunden sind, durch welche der enge Teil des Schutzrohres tritt.

4. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch ι oder folgenden, gekennzeichnet durch ein Fenster aus Molybdänfolie.

5. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch ι oder folgenden, mit einem der Innenseite des Fensters anliegenden Stützgitter, dadurch gekennzeichnet, daß dieses hohe, schmale Stege besitzt.

6. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch τ oder folgenden, mit einem der Innenseite des Fensters anliegenden Stützgitter, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgitter aus Molybdän besteht.

7. Kathodeiistrahlenröhre nach Anspruch τ oder folgenden, gekennzeichnet durch eine der Außenseite des Fensters aufgesetzte Kammer, durch welche die zu behandelnde Flüssigkeit vorzugsweise in Spiralwindungen strömt.

<S. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie während des Betriebes durch einen Luftstrom gekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

HKRI.IN. OEIlIItICKT IN DKIt