DE646850C - Unterteiltes Entladungsrohr zur Erzeugung und stufenweisen Beschleunigung von Kathodenstrahlen - Google Patents

Description

.19 JUL. 1937

Zur Gewinnung· eines Katbodenstrahls hoher Geschwindigkeit sind Entladungsröhren bekannt, in welchen den Elektronen durch stufenweise aufeinanderfolgende elektrische Felder Beschleunigungen erteilt werden. Bei der Ausbildung· dieser Rohre ist man bestrebt, jede Einzelstufe mit hoher Spannung belastbar zu gestalten, Rückwirkungen der Beschleunigungsrohre untereinander und auf das Entladungsrohr zu verhüten, und überdies den in das Beschleunigimgsfeld eintretenden Strahl verlustlos an die EndelektrocLe zu -führen. In bekannten Ausführungen wird dieses Ziel zu erreichen versucht dadurch, daß die Beschleunigungsrohre möglichst hoch evakuiert, nötigenfalls auch gegeneinander durch Metallfolien abgeschlossen werden, und der von einer Glühkathode ausgehende Strahl auf seiner gesamten Bahn mehrfach durch magnetische Längsfelder gesammelt wird.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Vorteile einer selbständigen Gasentladung· . in den Beschleunigungsstrecken sich zunutze zu machen. Das Vorhandensein eines Gases hat infolge der Leitfähigkeit und des Stromdurchganges eine günstige Potentialverteilung längs des die Elektroden trennenden Isolators zur Folge, ■ ermöglicht daher hohe Spannungsbelastung des Rohres und mindert die Gefahr des elektrischen Durchschlags des Isolators herab.

Die Leitfähigkeit eines Gases verhindert ferner die Anhäufung von hochgespannten Wandladungen, welche im Hochvakuum bekanntermaßen sehr leicht Rohrdurchschlägie herbeiführen. Endlich bewirkt das Vorhandensein einer selbständigen Gasentladung unabhängig von der Form der Elektroden eine Konzentration des in das Beschleunigungsfeld eintretenden Strahlbündels, verhindert also die im Hochvakuum in so unerwünschter Weise eintretende Strahlzerstreuung, welche die Anwendung besonderer Konzentrationseinrichtungen mit Hilfe magnetischer oder elektrischer Felder erforderlich macht.

Erfmdungsgemäß wird zur Herstellung schneller Kathodenstrahlen ein unterteiltes Entladungsrohr benutzt, bei dem der in der ersten Entladungsstrecke erzeugte Kathodenstrahl in weiteren Entladungsstrecken mit selbständigen Gasentladungen beschleunigt wird.

- Ein Beispiel einer Aüsführungsform mit einem Ionenrohr als Erzeugerrohr und mit nur einer Beschleunigungsstufe zeigt die Abb. i. Die Kathodenstrahlröhre besteht aus zwei zylindrischen Glasrohren, welche durch ein metallisches Mittelstück c miteinander verbunden sind. Das Rohr α ist ein Ionenrohr mit kalter Kathode//, welche an den negativen Pol einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer Influenzmaschinen angeschlossen ist. Als Kathode des Entladungsrohres b dient der Rohransätze- mit der-Öffnung/. Mit der Mittelelektrode c wird der positive Pol der Spannungsquelle e und gleichzeitig der negative Pol der Spannungsquelle/ verbunden. Der positive Pol der Spannungsquelle/ liegt an der Anode h. Die Erdung- des Rohres kann an einer beliebigen Elektrode vorgenommen

werden oder unterbleiben. Die Mittelelek; trodec und die Anode h tragen ein vorgeschobenes, bewulstetes Schutzrohr ζ zum Schutz ■ der Verbindungsstelle des Glases mit dem Metall gegen Beanspruchungen durch elektrische Felder und gegen Erhitzung durch auftreffende Elektronen. Über jede Elektrode wird eine bewulstete Scheibe k aus elektrisch leitendem Material aufgesetzt, so daß ο die von der auf Erdpotential befindlichen Umgebung ausgehenden elektrischen Kraftlinien in der Mehrzahl auf außerhalb des Vakuums befindlichen Metallteilen endigen. Die von der Kathode 'd ausgehenden Elektronen gelangen mit der Geschwindigkeit, welche der an das Entladungsrohr α angelegten Spannung entspricht, zur Mittelelektrode ti, treten durch die Öffnung/ in das Entladungsrohr b ein und erfahren eine Geschwindigo keitserhöhung um die Spannung, mit welcher das Entladungsrohr δ betrieben wird.

An Stelle von Influenzmaschinen können auch hintereinandergeschaltete Hochspannungsgleichrichteranlagen benutzt werden. !5 Abb. 2 zeigt ein Beispiel solcher Schaltung-. Ein Wicklungsende des Transformators/ ist mit einer Belegung des Kondensators # und der Anode h geerdet. Durch das Ventilrohr ο wird die andere Belegung des Kondensators q jo auf negative Spannung gebracht und mit der Mittelelektrode c, der einen Belegung des Kondensators r und mit dem einen Ende der ■Hochspannungswicklung des Transformators//i verbunden. Transformator m befindet sich auf J5 einem Isoliergestell und wird über den Trennwandler η, dessen Übersetzungsverhältnis z.B. ι :i beträgt, erregt. Durch das' Ventilrohr ρ wird, die Spannung des Transformators/n gleichgerichtet, der Kondensator/" to aufgeladen und der Kathode^ Spannung zugeführt. Durch geeignet gewählte Widerstände in jedem Hoch- und Niederspannungskreis wird für Stabilität der Gasentladung gesorgt. Die Schaltung bietet den Vorteil, daß die Schaltelemente nicht für die Gesamtspannung, sondern nur für die Spannung der Stufe dimensioniert sind, und daß die Regelung der einzelnen Stufenspannungen unabhängig voneinander erfolgt. Die Anordnung. liefert Spannung gegen Erde. Durch Hinzufügung einer zweiten, gleichen Anordnung mit entgegengesetzt geschalteten Ventilen kann die doppelte Spannung symmetrisch erreicht werden.

Es soll bemerkt werden, daß die AnzahJ. der Beschleunigungsstufen durch Hinzufügung weiterer Mittelstücke c mit deren anschließenden Rohrteilen & beliebig erhöht werden kann. Das beschriebene Versuchsrohr in Abb. 1 besitzt nur zwei Spannungsstüfen zwischen d und c und zwischen c und h. Das Kathodenstrahlrohr kann so betrieben werden, 'daß in jedem Rohrteil eine Entladung angenähert gleicher Intensität stattfindet. In diesem Fall gewinnt man bei der Anode ein Strahlgemisch, dessen Geschwindigkeiten durch die Spannung der Elektroden gegen die Anode gegeben sind. Bei dieser Art des Betriebes wird durch die aus den Beschleunigungsrohren vordringenden positiven Ionen an der Kathode des ersten Entladungsrohres eine erhöhte Elektronenemission hervorgerufen. Zur Ge-•winnung eines homogenen Strahles kann man die Elektronen höchster Geschwindigkeit z. B. durch eine stromdurchflossene Spule auf einen Punkt der Anode oder einer Blende konzentrieren, während gleichzeitig die Elektronen minderer Geschwindigkeit diffus zerstreut werden. Ein zweiter Weg zur Gewinnung eines homogenen Strahles ergibt sich dadurch, daß man bei gleicher Form der Einzelrohre die Spannung der Beschleunigungsrohre soweit erniedrigt, daß in ihnen eine selbständig*} Entladung gerade nicht mehr oder vielmehr nur sehr schwach eintritt. Außerdem läßt sich durch zweckentsprechende Dimensionierung der Rohre oder durch Wahl des Gasdrucks die Leitfähigkeit der Beschleunigungsrohre so weit herabsetzen, daß die Intensität der in diesen Rohren erzeugten Elektronen im Vergleich zu der Intensität der schnellsten Elektronen sehr klein wird. Charakteristisch für den Betrieb ist aber stets, daß in allen Beschleunigungsrohren, ob sie miteinander kommunizieren oder durch Foliebedeckung der Fenster i voneinander getrennt sind, der Gasdruck so hoch gehalten wird, daß eine Ionisierung _ des Gases absichtlich hervorgerufen. wird, wodurch die obengenannten Vorteile gegen ein möglichst weit getriebenes Vakuum eintreten (Erzeugung günstigen Potentialgefälles, Vermeidung von Wandaufladungen und Rohrdurchschlägen, Strahlkonzentrierung·). Als ein zweiter, sehr wichtiger Vorteil ist hervorzuheben, daß alle mit der Erzeugung und Anwendung von Hochvakuum verbundenen technischen Schwierigkeiten fortfallen, wie Arbeiten mit Hochvakuumpumpen, Kühlung mit flüssiger Luft, die schwierige und zeitraubende Entgasung aller Rohrteile und Elektroden, Notwendigkeit von Glühkathoden, deren Verwendung dadurch besondersschwierijg ist, daß alle Heizapparaturen gegen die hohen Spannungen zu isolieren sind u.a.m.

Um den Austritt der Elektronen in die freie Atmosphäre zu ermöglichen, wird das Rohr δ an der Anode A durch eine Metall-'folies abgeschlossen. An Stelle der Metallfolie s kann auch eine Antikathode t eingesetzt werden, wie in Abb. 3 angegeben. Durch ein seitliches Fenster« tritt die an der Antikathode erzeugte Röntgenstrahlung aus. Zur

Erzeugung "von Röntgenstrahlen eignet sich die beschriebene Röhre in besonderer Weise, weil die Schärfe des Brennflecks auf der Antikathode gewährleistet wird. Diese kann durch magnetische oder elektrische Felder notwendigenfalls noch erhöht werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ίο i. Unterteiltes Entladungsrohr zur Erzeugung und stufenweisen Beschleunigung von Kathodenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der in der ersten Entladungsstrecke erzeugte Kathodenstrahl weitere Entladungsstrecken mit selbständigen Gasentladungen durchsetzt.
2. 2. Kathodenstrahlrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise beschleunigten Kathodenstrahlen mit besonderen Einrichtungen für magnetische oder elektrische Feldkonzentration auf eine Antikathode fallen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen