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Entladungsröhre, deren Wandung zwei oder mehrere leitende Teile aufweist
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsröhren, insbesondere auf solche,
in denen beim Betrieb sehr hohe Spannungen auftreten, wie z. B. Röhren für Röntgentherapie.
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Um die Durchschlagsgefahr bei solchen mit hohen Spannungen arbeitenden
Röhren zu verringern, hat man bereits vorgeschlagen, innerhalb oder auch außerhalb
des Entladungsraumes an geeigneten Stellen der den Vakuumraum umschließenden Wand
Hilfselektroden oder Hilfspole vorzusehen, denen ein bestimmtes Potential aufgedrückt
wird.
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Es sind auch Hochspannungsentladungsröhren bekannt, deren Wandung
einen metallenen Teil aufweist, welcher die Entladungsbahn zwischen den Elektroden
umgibt und mit den isolierenden Wandungsteilen luftdicht verbunden ist, so daß dieser
Metallteil zusammen mit den isolierenden Teilen ein den Vakuumraum abschließendes
Gefäß bildet.
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Zweck der Erfindung ist, das Auftreten von unerwünschten Entladungen
zwischen den Elektroden zu verhindern. Diese können dadurch entstehen, daß bei einer
Entladungsröhre zwecks Erzielung einer hinreichenden Isolierung längs der Außenwandung
diese Außenwand und infolgedessen auch der innere Raum Abmessungen aufweisen muß,
die um ein Vielfaches größer sind als der Abstand zwischen. den Flächen der Elektroden,
so daß sich Entladungsbahnen von einer Länge bilden können, bei der eine Ionisierung
auftreten kann, auch wenn die Elektroden so dicht beieinanderliegende Flächen aufweisen,
daß beim Anlegen einer sehr hohen Spannung zwischen diesen Flächen keine lonisierung
auftritt.
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Es ist bekannt, bei Hochspannungsröhren, deren Wand keine leitenden
Teile aufweist, zur Verhinderung des Auftretens unerwünschter Entladungen in der
Röhre eine Anzahl von Zwischenwänden anzubringen, die stufenweise zunehmende Potentiale
erhalten. Die - Zwischenwände werden einen Durchschlag infolge einer Bewegung von
Ladungsträgern senkrecht zu ihrer Oberfläche verhindern. Wenn sich aber Teilchen
in einem-geringen Winkel zu der Oberfläche der Zwischenwände bewegen, wird die Wahrscheinlichkeit,
daß sie mit Gasatomen zusammenstoßen, und damit die Durchschlagsgefahr größer.
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Gemäß der Erfindung werden innerhalb einer Röhre, deren Wandung zwei
oder mehrere leitende Teile aufweist, die mit isolierenden Teilen abwechseln, mit
den leitenden Teilen verbundene leitende Zwischenwände angeordnet, die sich von
den beiden Seiten der Röhre nach deren Mitte in dem außerhalb der' Entladungsstrecke
liegenden Teil des von der Röhrenwandung eingeschlossenen
Raums
erstrecken, während ihre freien Enden einander derart überlappen, daB die Zwischenwände
von der einen Seite mit denjenigen von der anderen Seite abwechselaT.° Der Spannungsunterschied
zwischen 7"i benachbarten, sich von zwei Seiten nach der Mitte hin erstreckenden
Zwischenwänden is't um so größer, je länger die Zwischenwände und der von ihnen
eingeschlossene schmale Zwischenraum sind. An dem Rand dieses Zwischenraumes entsteht
ein starkes Querfeld, durch das die Ladungsträger, auch wenn ihre Geschwindigkeit
eine verhältnismäßig große Komponente in der Längsrichtung der Röhre hat, abgelenkt
und unschädlich gemacht werden.
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Die Erfindung kann u. a. auf mit einer Glühkathode versehene Entladungsröhren
angewendet werden. Wenn in diesem Fall die Glühkathode innerhalb eines metallenen
Gefäßes angeordnet ist, das auf der Seite der Antikathode zu einer Öffnung zum Durchlassen
der Kathodenstrahlen verengt und von der Antikathode durch eine Isolierung getrennt
ist, die der gesamten Betriebsspannung widerstehen kann, und wenn der Teil der Antikathode,
auf den die Kathodenstrahlen treffen, in dieser Öffnung oder in deren Nähe angeordnet
ist, so kann mit der Antikathode eine leitende Wand verbunden sein, die das Metallgefäß,
in dem die Glühkathode angeordnet ist, wenigstens teilweise umgibt. Überdies kann
mit der Antikathode eine leitende Wand verbunden sein, welche die Glasröhre, auf
deren Ende die Antikathode befestigt ist, über einen bedeutenden Teil ihrer Länge
umgibt.
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Zweckmäßig können die sich von beiden Seiten nach der Mitte der Röntgenröhre
erstreckenden Unterteilungswände in einer lotrecht zu der Röhrenachse stehenden
und das Metallgefäß, in dem die Glühkathode angeordnet ist, durchschneidenden Fläche
oder in deren Nähe enden.
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Beim Betrieb von Entladungsröhren gemäß der Erfindung werden den leitenden
Teilen der Außenwandung zweckmäßig solche Potentiale gegeben, daß der gesamte zwischen
den Elektroden auftretende Potentialunterschied gleichmäßig über die isolierenden
Teile der Außenwandung verteilt wird.
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In der Zeichnung ist beispielsweise eine mit einer Glühkathode versehene
Röntgenröhre dargestellt, auf welche die Erfindung angewendet ist. Auch die Einrichtung
zum Betrieb dieser Röntgenröhre ist schematisch dargestellt.
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Die dargestellte Röntgenröhre ist mit einer Antikathode i versehen,
deren Rand mit dem Ende einer Glasröhre :2 luftdicht verschmölzen ist. Die Antikathode
ist hohl ausgeführt, damit sie mittels irgendeines Kühlmittels gekühlt werden kann,
das durch eine in der Antikathode befestigte Röhre 3 zugeführt wird. Die Glühkathode
4 ist innerhalb eines 'Metallgefäßes 5 angeordnet, das gleichachsig xU'Aer Antikathode
angeordnet ist und auf der. Seite der letzteren eine Öffnung 6 zum Durchlassen der
Kathoden- und Röntgenstrahlen aufweist. Der Rand des Metallgefäßes 5 ist luftdicht
mit einer Glasröhre 7 verschmolzen, die in einen kegelförmigen Teil 8 übergeht,
in dem ein Fenster 9 zum luftdichten Abschluß der Entladungsröhre und zum Durchlassen
der Röntgenstrahlen vorgesehen ist. Das eine ' Ende der Glühkathode 4 ist mit dem
Metallgefäß 5 leitend verbunden, während der das andere Ende des Glühfadens unterstützende
Poldraht durch eine Perle io aus Quarz oder einem anderen isolierenden Stoff von
dem Metallgefäß isoliert ist. Der Zuführungsdraht 12 für dieses Ende des Glühfadens
und der mit dem Metallgefäß verbundene Zuführungsdraht ii sind durch aus isolierendem
Stoff, z. B. aus Glas, bestehende Röhren 14 und 13 geführt, wodurch Kurzschluß
zwischen den beiden Zuführungsdrähten und Berührung der Drähte mit den metallenen
Wänden in der Röhre verhindert wird. Die Enden der Glasröhren --
und 8 sind
luftdicht mit einem zylindrischen Gefäß verschmolzen, das aus Metallringen 16, 17,
18, i9 und 2o und aus luftdicht mit diesen verschmolzenen gläsernen Teilen 21, 22,
23 und 24 besteht. Mit den Metallringen 16, 17, ig und 2o sind metallene Unterteilungswände
a5, 26, 27 und 28 verbunden, die sich von beiden Seiten nach der Mitte der Röntgenröhre
erstrecken. Überdies ist mit der Antikathode eine die Glasröhre 2 umgebende zylindrische
Wand 29 verbunden, und eine von der Antikathode ausgehende zylindrische Metallwand
30 erstreckt sich bis über das Metallgefäß 5.
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Beim Betrieb der Entladungsröhre wird durch Schließen eines zweipoligen
Schalters 33 eine Wechselstromquelle über einen Regulierwiderstand 34 mit der Primärwicklung
35 eines Heizstromtransformators und über einen Regulierwiderstand 4o mit der Primärwicklung
36 eines Hochspannungstransformators in Verbindung gebracht. Die Sekundärwicklung
37 des Heizstromtransformators ist über die Zuführungsdrähte ii und 12 mit der Glühkathode
4 verbunden, während die Sekundärwicklung 38 des Hochspannungstransformators mit
ihren Enden mit der Antikathode i und mit dem Metallgefäß 5 verbunden und in sechs
gleiche Teile aufgeteilt ist. Nach den Metallringen 16 bis 20 führende Abzweigungen
sind derart angebracht, daß der gesamte Potentialunterschied gleichmäßig über die
isolierenden Teile der Außen-
Wandung der Röhre verteilt wird. Die
mit dem Ring 18 verbundene Mitte der Sekundärwicklung steht zugleich mit dem geerdeten
Eisenkern 39 des Transformators in Verbindung.
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Beim Betrieb der Röntgenröhre, die entweder sehr hoch entlüftet oder
mit einer Gasfüllung versehen ist, die aus Wasserstoff oder Helium unter einem Druck
z. B. zwischen o,ooo6 und 0,03 mm Quecksilbersäule besteht, sendet die Glühkathode
q. Elektroden aus, die unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes nach der Antikathode
gezogen werden und dort Röntgenstrahlen erzeugen. Durch die besondere Form des Gefäßes
5 können die Elektronen nur eine kleine Oberfläche des Antikathodenspiegels treffen.
Die .erzeugten Röntgenstrahlen treten durch das Fenster 9 und werden an den übrigen
Stellen von den metallenen Unterteilungswänden absorbiert. Durch die Unterteilungswände
wird der innere Raum der Röntgenröhre in ringförmige Abteilungen A, B, C, D,
E, F und in einen die beiden Elektroden unmittelbar umgebenden Raum G geteilt.
Die ringförmigen Räume A bis F werden außer durch die Metallringe 16 bis 2o und
durch isolierende Wände im wesentlichen durch mit aufeinanderfolgenden Ringen verbundene
Unterteilungswände begrenzt. In jeder Abteilung tritt demnach im wesentlichen nur
der auch zwischen den -aufeinanderfolgenden Ringen herrschende Spannungsunterschied
auf. Wenn z. B. bei der dargestellten Röntgenröhre die gesamte Betriebsspannung
300 000 Volt beträgt, so wird in jeder Abteilung im wesentlichen nur ein
Potentialunterschied von So ooo Volt auftreten, so daß die Möglichkeit für die Entstehung
unerwünschter Entladungen durch die vorgesehenen Unterteilungswände bedeutend verringert
ist: Bei den offenen Enden der Abteilungen B, C, D, E und F enden jeweils
Unterteilungswände, die in bezug auf die unmittelbar benachbarten Wände einen größeren
Potentialunterschied aufweisen, als der zwischen den Wänden jeder Abteilung auftretende
Potentialunterschied beträgt. Dies bietet aber keine Schwierigkeiten, da die Abstände
zwischen den Teilen mit höherem Potentialunterschied gering sind. In der Abteilung
G treten selbstverständlich sehr hohe Potentialunterschiede auf, die jedoch keinen
nachteiligen Einfluß ausüben, da die Abmessungen dieser Abteilung klein sind.
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Ferner wird durch den Umstand, daß die Unterteilungswände einander
überlappen, das Durchdringen der Elektronen gleichfalls behindert. Die Unterteilungswände
gewähren den weiteren Vorteil, daß nicht zum wirksamen Bündel gehörige Röntgenstrahlen
absorbiert w erden können.
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Zweckmäßig können die Metallringe 16 bis 2o aus Chromeisen geeigneter
Zusammensetzung hergestellt werden, da dieser Stoff sich sehr gut in Glas einschmelzen
läßt, nicht porös und leicht zu entgasen ist. Zweckmäßig wird für die Herstellung
der Unterteilungswände sowie der Wand des Gefäßes 5 und der Wände 25 bis 3o ein
Stoff gewählt, der sich leicht entgasen läßt und Röntgenstrahlen absorbiert. Für
die Herstellung dieser Wände kann man z. B. auch Chromeisen benutzen.