DE605086C - Kathodenstrahlroehre fuer Hoechstspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlenröhre für Höchstspannungen, bei der die Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode auf mehrere Beschleunigungsstrecken aufgeteilt S ist. Zwischen den einzelnen Beschleunigungsstrecken befinden sich metallische Zwischenrohre, die sich auf einem Potential befinden, das zwischen Kathoden- und Anodenpotential liegt. Gemäß der Erfindung werden diese Zwischenrohre als offene Rohre ausgebildet, deren Länge groß ist gegen den Durchmesser und gegen die Länge der Beschleunigungsstrecken. Diese Ausführungsform bietet bei Entladungsgefäßen, die mit extrem hohen Spannungen arbeiten, einige wesentliche Vorteile. Auf der Entladungsstrecke werden stets Ionen durch Stoß gebildet. Wenn auch bei gut evakuierten Entladungsgefäßen die Zahl der Zusammenstöße von Elektronen mit Gasmolekülen gering ist, so kann doch bei sehr hohen Spannungen auch durch wenige Ionen eine Zerstörung des Glühdrahtes hervorgerufen werden. Gemäß der Erfindung verläuft nun der Elektronenstrahl auf dem Hauptteil seines Weges in einem feldfreien Raum. Die in diesem feldfreien Raum gebildeten Ionen unterliegen praktisch keiner Beschleunigung durch ein elektrisches Feld und bewegen sich daher wesentlich in derselben Richtung weiter, die sie yor dem Stoß infolge ihrer thermischen Eigenbewegung hatten. Sie gehen daher zum weitaus größten Teil an die Wandung, die den feldfreien Raum umgibt. Nur die zahlenmäßig stark zurücktretenden Ionen, die in den Beschleunigungsstrecken zwischen den feldfreien Räumen gebildet werden, können eine Gefährdung der Kathode hervorrufen. Es ist möglich, die Metallrohre, die die feldfreien Räume umgeben, einander so weit zu nähern, wie es zulässig ist, ohne daß autoelektronische Entladung auftritt.

Entladungsgefäße mit stuf en weiser Elektronenbeschleunigung sind an sich bekannt. Bei diesen hat man jedoch entweder ziemlich kurze Metallrohre mit hohem elektrischen Durchgriff benutzt (die also in ihrem Inneren keinen feldfreien Raum aufweisen), oder man hat bei den einzelnen Stufen Metallfolien angebracht, die die Aufgabe haben, die Ionen abzufiltern. Im Gegensatz dazu werden bei der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlenröhre offene Metallrohre benutzt, deren Länge groß ist gegen ihren Durchmesser und gegen die Länge der Beschleunigungsstrecken, so daß innerhalb jedes Zwischenrohres ein im wesentlichen feldfreier Raum besteht. .

Bei der Ausführungsform der Abb. 1 sind zwei Elektrodensätze 1, 2 und 3, 4 vorgesehen; die Zahl kann aber auch, wie Abb. 7 zeigt, größer

sein. Diese Elektrodensätze sind in Glaskugeln 5, 6 enthalten, die an ihren Hälsen 7, 8 vereinigt sind. Wie Abb. 8 zeigt, sind kurze, rohrförmige Verbindungsstücke 9, 10 an die Ränder der Glashälse 7, 8 angeschmolzen und die verdickten Ränder 11, 12 dieser Rohrstücke durch Löten oder Verschweißen vakuumdicht verbunden.

Die Elektrode besteht, wie Abb. 3 zeigt, aus einem Metallrohr 13, in welchem eine Glühkathode 14 aus Wolfram, Tantal o. dgl. befestigt ist. Die Einführungsdrähte 15, 16 des Glühfadens sind am Fuß 18 eingeschmolzen und mit der Sammelvorrichtung 19 verbunden, die ihrerseits mit einem Pol des Fadens 14 verbunden ist. Der äußere Rand der Sammelvorrichtung 19 ist mit einem evolutartig abgerundeten Feldausgleicher 20 verbunden. Die Abb. 6 zeigt eine etwas abweichende Ausführungsform der

so Kathode, bei welcher der Feldausgleicher 20 viel kleiner gestaltet ist.

Von der Kathode 1 wird ein Kathodenstrahlenbündel in die hohle, röhrenförmige Elektrode 2 geworfen, die mit der röhrenförmigen Elektrode 3 einen Kanal bildet, der sich von der einen Entladungskammer in die andere erstreckt. Da die Röhren 2 und 3 elektrisch verbunden sind, indem beide mit dem Verbindungsstück der Kugeln 5 und 6 verbunden sind, bilden sie in Wirklichkeit eine einzige Elektrode, deren Potential zwischen denen der Elektroden 1 und 4 liegt. Die Ränder der Elektroden 2, 3 und 4 sind ebenfalls mit abgerundeten Feldausgleichern 20 versehen.

Das äußere Ende der Elektrode 4 ist mit einem dünnen Metallabschluß 22 (Abb. 5) versehen, der als Fenster dient und den Austritt des Kathodenstrahlenbündels aus dem Rohrinnern in die offene Luft gestattet. Das Fenster -22 kann aus Nickelfolie von ungefähr 0,01 mm Stärke bestehen und wird am Rande von einem Metallrohr 23 getragen, das seinerseits mit dem Glashals 24 der Kugel 6 verschmolzen ist. Das Fenster kann auch aus Kupfer, Molybdän oder einer geeigneten Legierung bestehen, z. B. einer solchen, die 43,8 °/₀ Eisen, 35 % Nickel, 18 % Chrom, 3 % Silicium und 0,2 % Kohlenstoff enthält. Gegen den Druck der atmosphärischen Luft ist das Fenster durch ein Gitter 25 abgestützt.

Die Glaskugeln 5 und 6 werden von okkludierten Gasen befreit und auf ein genügend hohes Vakuum entlüftet, um den Durchtritt einer reinen Elektronenentladung zu ermögliehen; das ist eine Elektronenentladung, die nicht von positiver Ionisation begleitet ist. Es können auch Hilfsmittel zur Aufrechterhaltung des Vakuums während des Betriebes vorgesehen sein, indem beispielsweise in einem seit-' liehen Ansatz 26 Holzkohle oder ein anderes geeignetes Absorptionsmittel untergebracht ist..

Dieser seitliche Ansatz wird während des Betriebes zweckmäßig durch flüssige Luft gekühlt.

Die elektrische Energie zum Betrieb der Entladungsvorrichtung kann einer geeigneten Gleich- oder Wechselstromquelle entnommen werden. Gemäß Abb. 1 dient hierzu ein Transformator mit zwei Sekundärwicklungen 27, 28, die in Reihenschaltung über die Leiter 29, 30 an die Elektroden 1 und 4 angeschlossen sind. Die Zwischenelektroden 2, 3 können als eine einzige Elektrode betrachtet werden, die über einem Leiter 31 an die geerdete Mittelklemme 32 zwischen den Sekundärwicklungen 27, 28 angeschlossen ist. Die Primärwicklungen 33, 34 sind ebenfalls an ihrer Mittelklemme 35 geerdet und über die Leiter 36, 36' an eine geeignete Niederspannungsquelle, vorzugsweise Gleichstrom, angeschlossen. In diesem Stromkreis liegt ein geeigneter Unterbrecher 37, der durch einen Kondensator 38 überbrückt wird.

Wenn der Kathodenfaden 14 durch eine äußere Stromquelle, z. B. eine isolierte Batterie 39, zum Glühen gebracht wird, sendet er Elektronen aus. Diese werden durch das elektrische Feld der Sammelvorrichtung 19 veranlaßt, als Kathodenstrahlbündel durch die von den Rohren 2 und 3 gebildete röhrenförmige Zwischenelektrode hindurch in die röhrenförmige Elektrode 4 einzutreten, und treten schließlich aus dem Fenster 22 am Ende des Entladungsgefäßes aus. Auf ihrem Weg von der Kathode 2 zur röhrenförmigen Anode 4 erhalten die Elektronen aufeinanderfolgende Beschleunigungen durch die elektrischen Felder, die durch die an die Elektroden angelegten Spannungen der Wicklungen 27 und 28 erzeugt werden.

In manchen Fällen, beispielsweise bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen, ist es nicht erforderlich, daß die Kathodenstrahlen durch ein Fenster aus dem Entladungsgefäß austreten, sondern sie können statt dessen innerhalb des Entladungsgefäßes auf eine Elektrode von hohem Atomgewicht, z. B. Wolfram, auftreffen. Eine solche Elektrode ist in der Abb. 2 dargestellt, in welcher die Elektrode 4 und das Fenster 22 durch die Antikathode 40 ersetzt ist, die auf dem Stiel 41 sitzt.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 sind Solenoide 42, 42' vorgesehen, die die Bahn der Kathodenstrahlen umgeben und durch die von ihnen erzeugten elektromagnetischen Felder die Einengung des Kathodenstrahlenbündels unterstützen. Die Solenoide können von einer geeigneten Gleichstromquelle erregt werden, z.B. von den Batterien 43 und 44, und werden zweckmäßig, wie dargestellt, mit der Mittelklemme 32 bzw. mit dem Leiter 30 verbunden.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 7 sind drei kugelförmige Entladungsräume mit je einem Elektrodenpaar und drei die letzteren speisenden Sekundärwicklungen vorgesehen. Die

Primärwicklungen 48, 49, 50 sind in Reihenschaltung an die Speiseleitung 51 angeschlossen. Die Solenoide 52, 53, 54 können unter Umständen fortgelassen werden.

In manchen Fällen, insbesondere bei der Anwendung als Gleichrichter, kann das Potential zwischen den einzelnen Elektroden durch eine Potentiometerschaltung nach Abb. 9 ausgeglichen werden. Die Anordnung umfaßt hier ein mehrteiliges Entladungsgefäß 78, das mit einem Belastungskreis 79 in Reihe mit den Transformatorsekundärwicklungen 80, 8i, 82 verbunden ist. Die zugehörigen Primärwicklungen sind mit 83, 84, 85 bezeichnet. Zum Verbrauchskreis kann ein Kondensator parallel geschaltet sein. Die Spannungsdifferenz zwischen der Kathode 86 und der Anode 87 ist durch das Potentiometer 88 zwischen diesen Elektroden verteilt, indem die Zwischenelektroden 89, 90 zu zwischenliegenden Punkten des Potentiometers 88 geführt sind. Letzteres besteht aus in Reihe geschalteten Impedanzen, beispielsweise Ohmschen Widerständen. Die Zwischenpunkte sind beispielsweise so gewählt, daß sich die Spannung auf die einzelnen Teile des Entladungsgefäßes gleichmäßig verteilt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Kathodenstrahlenröhre für Höchstspannungen, bei der die Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode auf durch metallische Zwischenrohre getrennte Be- _r schleunigungsstrecken aufgeteilt ist und die Entladungsbahn innerhalb der Zwischenrohre verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenrohre offen sind und die Länge jedes Zwischenrohres, das beispielsweise aus zwei Teilen (2 und 3) besteht, groß ist gegen seinen Durchmesser und gegen die Länge der Beschleunigungsstrecken, so daß innerhalb jedes Zwischenrohres ein im wesentlichen feldfreier Raum besteht.
2. 2. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß jede Beschleunigungsstrecke einzeln von einem Vakuumgefäß umgeben ist und daß die in Reihe angeordneten Vakuumgefäße ausschließlich durch die Zwischenrohre miteinander in Verbindung stehen.
3. 3. Kathodenstrahlenröhre nach Anspruch ι oder 2 zur ErzeugungVon Röntgenstrahlen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen