DE622682C

DE622682C - Device for operating an X-ray tube or cathode ray tube operating with a pulsating current

Info

Publication number: DE622682C
Application number: DEM116260D
Authority: DE
Original assignee: CHF Mueller AG
Current assignee: CHF Mueller AG
Priority date: 1931-07-23
Filing date: 1931-07-23
Publication date: 1935-12-04

Description

Entladungsröhren, die, mit einer Glühkathode versehen, an pulsierender Spannung _ betrieben werden, wie Röntgenröhren und Kathodenstrahlenröhren, arbeiten mit einer Entladung, die entsprechend den wechselnden Spannungswerten' durch Elektronen verschiedener Geschwindigkeiten zustande kommt.Discharge tubes, which, provided with a hot cathode, have a pulsating voltage _ operated, such as X-ray tubes and cathode ray tubes, work with one Discharge, which according to the changing voltage values' by electrons of different Speeds comes about.

Häufig werden wohl die den hohen Spannungswerten entsprecihendenschnellenElektronen verwandt, während die den geringeren Spannungswerten entsprechenden langsamen Elektronen nur eine schädliche Wärmeentwicklung zur Folge haben. Bei Röntgenröhren werden außer der Wärme durch langsame Elektronen auch weiche Röntgenstrahlen erzeugt, die entweder für bestimmte Zwecke, z. B. Tiefentherapie, unbrauchbar sind und deshalb durch ein entsprechendes Filter absorbiert werden müssen, oder sie werden durch die Röhrenwandung selbst absorbiert. Bei Kathodenstrahlenröhren bleiben die langsamen Elektronen in dem Fenster stecken und rufen dort eine Wärmeentwickung hervor, die häufig die Zerstörung der dünnen Fensterfolie zur Folge hat.The fast electrons corresponding to the high voltage values are often used related, while the slow electrons corresponding to the lower voltage values only generate harmful heat generation have as a consequence. In the case of X-ray tubes, the heat generated by slow Electrons also generate soft X-rays that are either used for specific purposes, z. B. depth therapy, are unusable and therefore absorbed by an appropriate filter must be, or they will be absorbed by the tube wall itself. With cathode ray tubes, the slow ones remain Electrons are stuck in the window and cause heat to develop there, which often results in the destruction of the thin window film.

Man hat bereits versucht, aus der wechselnden Spannung nur die hohen Spannungswerte herauszugreifen, um lediglich die schnellen Elektronen bzw. die durch solche erzeugten Röntgenstrahlen zur Wirkung zu bringen. Die bekannten Anordnungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf.Attempts have already been made to extract only the high voltage values from the changing voltage to pick out only the fast electrons or those generated by them To bring x-rays to effect. However, the known arrangements have different ones Disadvantages on.

So hat man einer Hilfselektrode ein konstantes negatives Potential erteilt, wodurch die Röhre gewissermaßen einen inneren Widerstand erhält, der nur von den schnellen Elektronen der hohen Spannungswerte überwunden werden kann. Diese schnellen Elektronen können daher auch nicht unmittelbar, sondern ,nur unter Überwindung dieses durch die negative Vorspannung gebildeten Widerstandes aus der Kathode austreten.So one has given an auxiliary electrode a constant negative potential, whereby the tube receives, as it were, an internal resistance which only the rapid ones Electrons of high voltage values can be overcome. Those fast electrons can therefore not directly, but only by overcoming this through the negative bias resistance formed emerge from the cathode.

Statt der Steuerelektrode ein konstantes negatives Potential aufzudrücken, ist auch vorgeschlagen worden, ihr ein wechselndes Potential mit Hilfe einer Batterie und eines rotierenden Kommutators zu erteilen.Instead of applying a constant negative potential to the control electrode, it is also proposed been, her an alternating potential with the help of a battery and one rotating commutator.

Nach einer anderen bekannten Einrichtung hat man eine Anzapfung des Hochspannungstransformators über einen Kondensator¹ oder Gleichrichter mit der Hilfselektrode, z. B. der Sammelvorrichtung einer Röntgenröhre, verbunden. Diese Einrichtung macht eine Durchführung für die Zuleitung zur Sammelvorrichtung mit einer besonders guten Isolierung gegen die Kathode notwendig, da zwischen beiden eine sehr hohe Spannung liegt.According to another known device one has a tap of the high voltage transformer via a capacitor ¹ or rectifier with the auxiliary electrode, for. B. the collection device of an X-ray tube connected. This device requires a lead-through for the feed line to the collecting device with particularly good insulation from the cathode, since there is a very high voltage between the two.

Die gleichen Schwierigkeiten zeigt eine andere Vorrichtung, bei der der Hochspannungstransformator zwischen Hilfselektrode und Anode liegt, während zwischen die von einer Batterie geheizte Glühkathode eine Wechselstromquelle und Gleichstrombatterie in Reihe geschaltet sind. Außerdem weist diese Einrichtung den Nachteil auf, daß zu ihrem Betriebe vier verschiedene Spannungsquellen benötigt werden. Erst durch den Lösungsgedanken, die zum Steuern dieser Hilfselektrode benötigte Spannung durch Transformieren der Heizspannung zu gewinnen,One shows the same difficulties another device where the high voltage transformer is between the auxiliary electrode and anode, while between the hot cathode heated by a battery a AC power source and DC battery are connected in series. Also has this device has the disadvantage that four different voltage sources are required for their operation. Only through the idea of a solution, to obtain the voltage required to control this auxiliary electrode by transforming the heating voltage,

wird es ermöglicht, die ganze Einrichtung so klein und handlich zu dimensionieren, daß eine mit Ihr verbundene „Röntgen- oder Kathodenstrahlenröhre an jeden normalen Hoch-Spannungserzeuger zum Betriebe von Glühkathodenröhren angeschlossen werden kann.it is made possible to dimension the whole facility so small and manageable that an "X-ray or cathode ray tube" connected to it to any normal high voltage generator for operating hot cathode tubes can be connected.

Der Gegenstand der Erfindung ist also ein kleines, äußerst handliches Gerät, das ohne Mühe zwischen Glühkathode und Hilfselektrode eines Entladungsgefäßes geschaltet werden kann. Mit Hilfe eines kleinen Transformators, der ein Autotransformator sein kann,. wird die an der Glühkathode liegende Spannung auf einen zur Steuerung, der Hilfselektrode geeigneten· Wert transformiert. An ■ Stelle eines gesonderten Transformators kann auch eine gesonderte Wicklung auf dem Heiztransformator vorgesehen werden. Da die Steuerspannung von einem Niederspannungs-²⁽> transformator abgenommen wirdj ergeben sich besonders -günstige Isolationsibedingungen für die Zusatzwicklung oder den Zusatztransformator zum Steuern der Hilfselektrode. Die Sekundärwicklung des genannten Transfbr^a5 mators bzw. die zusätzliche Wicklung auf dem Heiztransformator ist über einen Kondensator mit der Hilfselektrode verbunden. Beim Betriebe lädt^-sich der Kondensator negativ- bis' auf die Maximälspaniiung des Transformators auf, da das SysteM Glühdraht-Hilfselektrode als. Gleichrichter' wirkt, ■so daß sich der Wechselspannung-^: des ZwischentranisformatoBS gewissermäßen · eine Gleichspannung überlagert. Es kann dann das Potential der Hilfselektrode gegenüber der" Glühkathode niemals einen, wesentlich positiven Wert erreichen,, so daß' das Potential der "Hilfselektrode zwischen dem der Glühkathode und dem Wert der negativen Vorspannung· im Takt der Schwankung der Anodenspanriung schwankt. Dementsprechend wird der durch die "Zwischenelektrode hervorgerufene Widerstand' j eweils im Maximum, der Wechselspannung des Hochspannungs-' transformators gleich Null, so daß die diesen Werten entsprechenden schnellen Elektronen ungehindert aus der Kathode austreten können. Je geringer die Spannüngswerte an der Röhre — somit je geringer die Geschwindigkeit der Elektronen:-^- ist, desto größer ist infolge der ~ zunehmenden negativen Vorspannung der Hilfselektrode der Widerstand für den Austritt der Elektronen. Es beteiligen sich also an der Leitung nur die schnellen Elektronen, und zwar können diese völlig ungehindert: aus der Kathode austreten. Dadurch, daß nur die schnellen: Elektronen zur Anode gelangen,, ist die Wärnieentwicklung an der Anöde gegenüber einer Entladungsröhre, die ohne das Zusatzgerät betrieben wird, bis etwa um die Hälfte verringert. Es kann nun ohne Gefahr für die Entladungsrohre die Ausbeute an schnellen Elektronen bis auf das Doppelte vermehrt werden, so daß in einer Röhre zusammen mit dem Gerät etwa ^5 die gleiche Ausbeute erzielt wird wie beim Betrieb einer Röhre an reiner Gleichspannung von gleicher Höhe und bei gleicher Strom- ;" stärke, da'die vorher auftretenden und nur schädliche Erwärmung hervorrufenden langsamen Elektronen in Fortfall kommen. • Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann mit einem Glühkathodengleichrichter zusammen zum Betriebe z. B. eines Röntgen- oder Kathodenstrahlenrohres dienen. Es kann aber auch die aus Transformator und Kondensator, bestehende Zusatzeinrichtung zwischen Hilfselektrode und Kathode einer Röntgen- oder, Kathodenstrahlenröhre selbst geschaltet werden. Als Hilfselektrode kann hier zweck-' mäßig die von der Kathode isolierte Sammelvorrichtung dienen. Infolge des geringen Umf anges des Zusatzgerätes kann es zweckmäßig in einen kathodenseitigen Sockel mit der betreffenden Entladungsröhre zusammengebaut werden.The object of the invention is therefore a small, extremely handy device that can be switched between the hot cathode and the auxiliary electrode of a discharge vessel without any effort. With the help of a small transformer, which can be an autotransformer. the voltage on the hot cathode is transformed to a value suitable for controlling the auxiliary electrode. Instead of a separate transformer, a separate winding can also be provided on the filament transformer. Since the control voltage from a ^{low-2 (>} transformer removed wirdj arise especially -good Isolationsibedingungen for the auxiliary winding or the auxiliary transformer for controlling the auxiliary electrode. The secondary winding of said Transfbr ^a 5 mators or the additional winding on the filament transformer is coupled through a capacitor During operation, the capacitor charges itself negatively up to the maximum voltage of the transformer, since the system of the filament auxiliary electrode acts as a “rectifier”, so that the alternating voltage ^{: of} the intermediate transformer is as it were a direct voltage The potential of the auxiliary electrode with respect to the hot cathode can then never reach a substantially positive value, so that the potential of the auxiliary electrode fluctuates between that of the hot cathode and the value of the negative bias voltage in the rhythm of the fluctuation of the anode voltage is going through the resistance produced by the intermediate electrode is always at its maximum, the alternating voltage of the high-voltage transformer is zero, so that the fast electrons corresponding to these values can exit the cathode unhindered. The lower the voltage values on the tube - thus the lower the speed of the electrons: - ^ -, the greater the resistance for the exit of the electrons due to the increasing negative bias of the auxiliary electrode. So only the fast electrons take part in the conduction, and they can do so completely unhindered: emerge from the cathode. Because only the fast electrons get to the anode, the heat development at the anode is reduced by about half compared to a discharge tube that is operated without the additional device. The yield of fast electrons can now be doubled without endangering the discharge tubes, so that in a tube together with the device about ^ 5 the same yield is achieved as when operating a tube with pure direct voltage of the same level and with the same current strength, since the slow electrons which previously appeared and which only cause harmful warming are no longer available The additional device consisting of transformer and capacitor can also be connected between the auxiliary electrode and the cathode of an X-ray or cathode ray tube itself. The collecting device isolated from the cathode can be used as the auxiliary electrode a cathode-side socket with the relevant E The discharge tube can be assembled.

An Hand der Abbildungen soll die Erfindung näher beschrieben werden.The invention is to be described in more detail with the aid of the figures.

Abb. ι zeigt ein" Glühventil zusammen mit dem Hilfsgerät nach der Erfindung. " 'Fig. Ι shows a "glow valve together with the auxiliary device according to the invention. "'

Das Glühkathodenventil ϊ enthält eine Anode 2, eine Glühkathode 3, die von einem Heiztransformator 4 gespeist wird, und eine von der Kathode isolierte Sammelvorrichtung 5.: Der Hilfstransformator gemäß der Erfindung wird in diesem Anisführungsbeispiel durch eine besondere Wicklung 6 auf dem Heiztransformator 4 gebildet. Diese Wicklung liegt in Reihe mit einem Kondensator 7, zwischen Glühkathode 3 und der Sammelvorrichtung 5.The hot cathode valve ϊ contains an anode 2, a hot cathode 3, which is fed by a heating transformer 4, and a collecting device 5, which is isolated from the cathode. This winding is in series with a capacitor 7, between the hot cathode 3 and the collecting device 5.

Abb. 2 zeigt das Gerät gemäß der Erfindung in direkter" Verbindung mit einer Röntgenröhre, an deren Stelle auch eine Kathodenstrahlenröhre oder ein ähnliches Entladungsgefäß dargestellt sein könnte. Als Schaltung zur Erzeugung pulsierender Spannung ist die bekannte Villärd-Schaltung dargestellt. Fig. 2 shows the device according to the invention in direct "connection with a X-ray tube, in its place also a cathode ray tube or a similar discharge vessel could be shown. The well-known Villärd circuit is shown as a circuit for generating pulsating voltage.

Die Röntgenröhre 8 enthält die Anode 9, die Glühkathode 10, welche vom Heiztrans formator 11 gespeist wird, und eine von der Glühkathode isolierte Sammelvorrichtung 12. Die zum Betriebe notwendige Spannung wird durch den Hochspannungstransformator 13 geliefert. Parallel zur Glühkathode 10 ist ein beispielsweise als Autotransformator dargestellter Hilfstransformator 14 geschaltet, dessen Sekundärwicklung über einen Kondensator 15 mit der Sammelvorrichtung 12 verbanden ist.
"Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wieThe X-ray tube 8 contains the anode 9, the hot cathode 10, which is fed by the Heiztrans transformer 11, and a collecting device 12 isolated from the hot cathode. The voltage required for operation is supplied by the high-voltage transformer 13. An auxiliary transformer 14, shown for example as an autotransformer, whose secondary winding is connected to the collecting device 12 via a capacitor 15, is connected in parallel with the hot cathode 10.
"Fig. 3 shows an embodiment of how

das Gerät nach der Erfindung mit einer Entladungsröhre, hier einer Röntgenröhre, zu einer Einheit zusammengebaut ist. Die Röntenröhre i6 enthält die Anode iy, die Glühkathode i8, die mit am Sockel befindlichen Steckerstiften 19 mit ihrem Heiztransformator verbunden werden kann, und die Sammelvorrichtung 20. Diese ist gegen die Glühkathode 18 isoliert und über einen Kondensator 21 mit der Transformatorwicklung 22 verbunden. Der Transformator seinerseits ist mit den Leitern 23 und 24 mit den Zuführungen der Glühkathode verbunden. Transformator und Kondensator befinden sich innerhalb eines direkt mit der Röhre verbundenen Sockelgehäuses 25, welches zweckmäßig zur Kühlung des Transformators 22 mit Ventilationslöchern 26 versehen ist.the device according to the invention is assembled into a unit with a discharge tube, here an X-ray tube. The X-ray tube i6 contains the anode iy, the hot cathode i8, which can be connected to its filament transformer with plug pins 19 on the base, and the collecting device 20. This is insulated from the hot cathode 18 and connected to the transformer winding 22 via a capacitor 21. The transformer, for its part, is connected by conductors 23 and 24 to the leads of the hot cathode. The transformer and capacitor are located within a base housing 25 which is directly connected to the tube and which is expediently provided with ventilation holes 26 for cooling the transformer 22.

Abb. 4 zeigt den Verlauf der Stromstärke in einer Entladungsröhre bei Verwendung des Hilfgerätes gemäß der Erfindung. E_a ist der Verlauf der Anodenspannung in bezug auf das Potential der Glühkathode, E_c die Spannung des Hilfskondensators und E_h das wechselnde Potential an der Hilfselektrode. I bedeutet den wirksamen Röhrenstrom, dem eine Spannungsschwankung zwischen E₁ und E₂ entspricht.Fig. 4 shows the course of the current strength in a discharge tube when using the auxiliary device according to the invention. E _a is the curve of the anode voltage in relation to the potential of the hot cathode, E _{c is} the voltage of the auxiliary capacitor and E _{h is} the changing potential at the auxiliary electrode. I means the effective tube current to which a voltage fluctuation between E ₁ and E ₂ corresponds.

Claims

Patent claims:

i. Device for operating an X-ray tube operating with a pulsating current or cathode ray tube, characterized in that between the alternating current heated hot cathode and an auxiliary electrode of this tube or a valve tube used for its operation in series with a capacitor an auxiliary winding of the glow current transformer or the secondary winding a transformer lying with its primary side parallel to the hot cathode is connected in such a way that the auxiliary electrode fluctuates entirely or almost in phase with the anode voltage The potential difference with the hot cathode is issued, which only allows a current to pass at the highest voltage values permitted by the X-ray tube (cathode ray tube).

2. Device for operating discharge vessels working with pulsating voltage, such as X-ray tubes and the like, according to claim 1, characterized in that that the transformer and capacitor with the relevant discharge vessels are appropriate on the cathode side, is assembled into a unit.

3. Device for operating discharge vessels working with pulsating voltage, like X-ray tubes and the like. ' Claim 1 and 2, characterized in that that the transformer (14) is an autotransformer.

1 sheet of drawings