DE693547C

DE693547C - X-ray tube arrangement

Info

Publication number: DE693547C
Application number: DE1938A0087101
Authority: DE
Inventors: Kenneth H Kingdon
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-06-09
Filing date: 1938-06-10
Publication date: 1940-07-13
Also published as: GB499721A; US2149093A; BE429452A; FR838991A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Röntgenröhrenanordnung, bei der die Kathode aus Quecksilber oder einem ähnlichen, sich im Betriebszustand ständig erneuernden Stoff besteht und bei der der Entladungsstrom schneller ansteigt, als es die für das Kathodenmaterial charakteristische Emission zuläßt.The subject of the invention is an X-ray tube arrangement, in which the cathode consists of mercury or a similar substance that is constantly renewed during operation and in which the discharge current increases faster than that for the cathode material characteristic emission allows.

Es ist bereits eine der Erzeugung von Röntgenstrahlen dienende Einrichtung zur intermittierenden Unterbrechung elektrischer Ströme mittels eines Gasentladungisgefäßes mit Glühkathode bekannt, bei der in dem Entladungsgefäß die Strom und Gasdruckverhältnisse so bemessen und geregelt sind, daß der Entladungsstrom . selbsttätig. eine ein Hochvakuum darstellende Gasverarmung an der Anode erzeugt, die durch entsprechende Induktivität so weit getrieben wird, daß die anfängliche Gasverteilung in der Röhre und damit die Leitfähigkeit des Entladungsgefäßes von neuem wiederhergestellt wird.It is already a device used to generate X-rays for intermittent Interruption of electrical currents by means of a gas discharge vessel known with hot cathode, in which the current and gas pressure conditions in the discharge vessel are dimensioned and regulated so that the discharge current. automatically. one a Gas depletion at the anode, representing a high vacuum, is generated by corresponding Inductance is driven so far that the initial gas distribution in the tube and thus the conductivity of the discharge vessel is restored again.

Durch die. Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, Röntgenstrahlen mit einer hohen Strahlungsleistung bei Entladungsgefäßen mit Quecksilberkathode zu erhalten. .Die Verwendung von Quecksilber oder einer ähnlichen Kathode bringt stets die Gegenwart von Ionen des Kathbdenmaterials in dem Entladungsraum mit sich, die die Entladungsspannung bis zu einem Wert reduzieren, der sich der Ionisationsspannung des Materials nähert. Bei Quecksilber beträgt diese Spannung etwa io Volt.Through the. Arrangement according to the invention it is possible, X-rays with a to obtain high radiation output from discharge vessels with mercury cathodes. The use of mercury or a similar cathode always brings the present of ions of the cathode material in the discharge space with it, which reduce the discharge voltage to a value that approaches the ionization voltage of the material. In the case of mercury, this voltage is about 10 volts.

Es ist für die Erfindung wesentlich, daß ein Entladungsgefäß der obengenannten Art unter ^3S gewissen Bedingungen und für besonders kurze Zeitintervalle derart betrieben wird, daß Spannungen von der Größe erhalten werden, die die Erzeugung von Röntgenstrahlen ermöglichen. Dies wird nach der Erfindung durch hohe Spannungsenergie aufspeichernde Mittel erreicht, die für ein Quecksilberent-It is essential for the invention that a discharge vessel of the abovementioned type under certain ^3S conditions and is operated for very short time intervals such that voltages are obtained from the size, which allow the generation of X-rays. This is achieved according to the invention by means of storing high voltage energy, which are necessary for a mercury removal

ladungsgefäß. während einer Zündperiode einen Strom von einem derartigen Wert liefern, daß der Strom schneller ansteigt als die für das Kathodenmaterial charakteristische Emission zulaßt.cargo vessel. deliver a current of such a value during an ignition period, that the current increases faster than that characteristic of the cathode material Emission allowed.

Die Abb. ι zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Entladungsröhre besteht .aus einem länglichen Glasgefäß ι ο mit einer ίο Anode, einer Kathode und einer Zündelektrode. Die Anode ii besteht aus einer Platte oder Scheibe aus gegen den Elektronenaufprall widerstandsfähigem Material, z. B. Wolfram, und ist an dem Leiter 12 befestigt, der vorzugsweise aus Molybdän besteht. Die Kathode 14 erzeugt im Ruhezustand genügend Elektronen, um eine fast unbegrenzte Energie durch das Entladungsgefäß zu schicken. Eine derartige Kathode ist beispielsweise ein Quecksilberbad oder ein anderer, sich stets erneuernder Körper aus verdämpfbarem und ionisierbarem Material.Fig. Ι shows an embodiment of the invention in a partially schematic representation. The discharge tube consists .aus an elongated glass vessel ι ο with a ίο anode, a cathode and an ignition electrode. The anode ii consists of a plate or disk made against the electron impact resistant material, e.g. B. tungsten, and is attached to the conductor 12, which preferably consists of molybdenum. The cathode 14 generates enough in the idle state Electrons to send almost unlimited energy through the discharge vessel. One such a cathode is, for example, a mercury bath or another that is constantly renewing itself Body made of vaporizable and ionizable material.

Für die genannten Entladungsgefäße ist es charakteristisch, daß sie, während sie fast unbegrenzt' Energie übertragen können, mit einer geringen, nicht Röntgenstrahlen erzeugenden Spannung arbeiten. Diese Erscheinung ist dadurch bedingt, daß im Ruhestand genügend Kathodenmaterial verdampft und somit stets eine wesentliche Ionisation im Entladungsraum vorhanden ist. Eine derartige Ionisation läßt Entladungen bei derartigen Spannungen zu, wie sie für Bogenentladungen charakteristisch sind· Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen von kurzer Dauer während der Zündperioden sind erfindungsgemäß verschiedene Bedingungen zu beobachten. Während einer Zündperiode ist der Strom, der durch das Entladungsgefaß geschickt wird, durch die momentane oder zeitliche charakteristische Emission der Kathode begrenzt. Es steht hingegen fest, daß wenn Strom von einer Spannungsquelle, die einen äußerst schnellen Stromstoß liefert, fließt, die Kathode, obschon sie aus Quecksilber besteht, nicht fähig ist, genügend Elektronen auszusenden, um den ganzen verfügbaren Strom durch die Anordnung zu schikken. Infolge der kapazitiven Zeitverzögerung an der Kathode werden aber durch die hohen Spannungsunterschiede die erzeugten Elektronen genügend beschleunigt.For the mentioned discharge vessels it is characteristic that, while they can transmit energy almost indefinitely, with work at a low voltage that does not generate x-rays. This appearance is due to the fact that enough cathode material evaporates and thus there is always a substantial ionization in the discharge space. Such a one Ionization allows discharges at voltages such as those for arc discharges characteristic are · To generate X-rays of short duration during the ignition periods are various conditions according to the invention to observe. The current flowing through the discharge vessel is during an ignition period sent by the instantaneous or temporal characteristic emission of the cathode limited. On the other hand, it is certain that if current is supplied from a voltage source which delivers an extremely rapid current surge, flows, the cathode, although it consists of mercury, is not able to carry enough electrons to send all the available electricity through the arrangement. As a result of the capacitive time delay However, the electrons generated are at the cathode due to the high voltage differences accelerated enough.

Abb. 2 zeigt eine graphische Darstellung, bei der die Abszisse die Zeit und die Ordinate den Strom anzeigt. Die Kurvet stellt die Charakteristik einer besonderen Energiequelle dar unter Berücksichtigung des Wertes, bei dem die Kapazität der Quelle und die Induktanz des zugehörigen Kreises einen Entladungsstrom zuläßt. Die Kurve B gibt den zunehmenden Wert eines Entladungsstromes während der Zündperiode des obengenannten Kathodenmaterials an. Wenn die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind, d. h. wenn der Wert des Speisestromes schneller ansteigt, als die momentane charakteristische Emission es zuläßt, kommt ein großer Spannungsabfall im Entladungskreis längs des Entladungsraumes zustande. Diese angelegte Spannung muß genügend groß sein, um Röntgenstrahlen zu erzeugen.Fig. 2 shows a graph in which the abscissa indicates time and the ordinate indicates current. The curve represents the characteristics of a particular energy source, taking into account the value at which the capacitance of the source and the inductance of the associated circuit permit a discharge current. The curve B indicates the increasing value of a discharge current during the ignition period of the above-mentioned cathode material. If the necessary conditions are met, ie if the value of the supply current increases faster than the momentary characteristic emission allows, a large voltage drop occurs in the discharge circuit along the discharge space. This applied voltage must be sufficient to generate x-rays.

Abb. ι zeigt eine Apparaturanordnung, bei der mit den Strömzuführungen 12 und 15 ein energieaufspeicherndes Mittel, z. B. ein Kondensator 17, verbunden ist. Dieser Kondensator wird mittels eines Hochspannungstransformators 18 über einen Gleichrichter 19 und einen Widerstand 20 auf ein Röntgenstrahlen erzeugendes Potential aufgeladen· Zur Zündung ist eine Elektrode 22 vorgesehen, die vorzugsweise aus halbleitendem Material besteht. Zur Spannungserzeugung an der Zündelektrode ist ein Kondensator 23 in Verbindung mit einer Batterie 24 und einem Widerstand 25 vorgesehen. Der Kondensator 17 muß eine relativ hohe Kapazität aufweisen. Besonders geeignet erwies sich ein Kondensator von 0,015 Mikrofarad, der auf eine Spannung von 100 000 Volt aufgeladen war. Die Stromkreisverbindungen 29 und 30 müssen eine möglichst niedrige Induktanz und einen geringen Widerstand aufweisen.Fig. Ι shows an apparatus arrangement in which, with the flow feeds 12 and 15, an energy-storing means, e.g. B. a capacitor 17 is connected. This capacitor is charged by means of a high-voltage transformer 18 via a rectifier 19 and a resistor 20 to an X-ray generating potential. An electrode 22 is provided for ignition, which is preferably made of semiconducting material. A capacitor 23 in connection with a battery 24 and a resistor 25 is provided to generate voltage at the ignition electrode. The capacitor 17 must have a relatively high capacitance. A capacitor of 0.015 microfarads which was charged to a voltage of 100,000 volts proved to be particularly suitable. The circuit connections 29 and 30 must have the lowest possible inductance and resistance.

Unter diesen Bedingungen entsteht beim Schließen des Schalters 27 eine Entladung zwischen der Anode 11 und der Kathode 14. Es wurden mit dieser Anordnung Röntgenstrahlen kurzer Dauer erzeugt, die einer Million Röntgeneinheiten pro Minute gleich kamen.Under these conditions, when switch 27 is closed, a discharge occurs between the anode 11 and the cathode 14. This arrangement produced short duration X-rays, say a million X-ray units per minute were the same.

Das Steigen der Röntgenstrahlung ist abhängigvon der Temperatur des Quecksilbers. Diese Temperaturabhängigkeit zeigt die Abb. 3, nach der die beobachtete Strahlung bei einer Temperatur von aberhalb 0⁰C sehr schnell abfällt. Es erscheint also vorteilhaft, das Quecksilber durch Kühlmittel unter diesen Wert zu halten. Eine Kühlschlange 35 mit einem Zufluß 36 und einem Abfluß 37 ist daher in Abb. 1 vorgesehen.The increase in X-rays depends on the temperature of the mercury. This temperature dependence is shown in Fig. 3, according to which the observed radiation rapidly decreases at a temperature of 0 ⁰ C but half. It therefore seems advantageous to keep the mercury below this value by means of coolants. A cooling coil 35 with an inlet 36 and an outlet 37 is therefore provided in FIG.

In der Anordnung nach Abb. 4 ist als enengieaufspeicherndes Mittel wiederum ein Kondensator 40 vorgesehen, der über einen Widerstand 41 mit der Spannungsquelle verbunden ist. Bei dieser Anordnung fehlt die Zündelektrode. In Serie mit dem Entladungsgefäß und zwischen dem Entladunggefäß und dem Kondensator 40 ist eine Funkenstrecke mit den Kugeln 46 und 47 vorgesehen- Parallel zu dem Entladungsgefäß ist ein großer Widerstand 48 (etwa 500000hm) angeordnet. Zur Zündung der Entladung nach der obengenannten Anordnung sind zwei Verfall-In the arrangement according to Fig. 4 there is again an energy-storing means Capacitor 40 is provided, which is connected to the voltage source via a resistor 41 is. The ignition electrode is missing in this arrangement. In series with the discharge vessel and between the discharge vessel and the capacitor 40 is a spark gap with the balls 46 and 47 provided parallel to the discharge vessel is a large one Resistor 48 (about 500000hm) arranged. To ignite the discharge after the above arrangement are two expiry

ren möglich. Wenn die Kugeln 46 und 47 in einem festen Abstand voneinander angebracht sind und die Spannung am Kondensator 40 den Funken zündet, wird im wesentlichen die ganze Spannung an die Entladungsrohre angelegt. Im zweiten Fall soll der Abstand der Kugeln zueinander abnehmen, während der Kondensator auf die gewünschte Spannung aufgeladen ist.ren possible. When the balls 46 and 47 are attached at a fixed distance from each other and the voltage on capacitor 40 ignites the spark, is essentially the full voltage applied to the discharge tubes. In the second case, the distance should be the Remove the balls from each other while the capacitor is charged to the desired voltage.

In der Anordnung nach Abb. 5 ist eine Funkenstrecke und eine Zündelektrode gemeinsam vongesehen. Die Funkenstrecke 50 ist in dem Kreis zwischen dem Kondensator und der Entladungsröhre eingeschaltet. Bevor die Entladung eintritt, also während des Ruhezustandes, liegt ein Teil der Spannung an der Funkenstrecke und der andere Teil am Entladungsraium zwischen der Anode 11 und der Kathode 14. Zündet die Elektrode 22 die Entladung, so vermindert sich der Spannungsabfall an der Röhre und bewirkt sogleich eine Funkenbildung an der Funkenstrecke. Es wird hierdurch bewirkt, daß die ganze Spannung des Kondensators an die Anode 11 und die Kathode 14 in Form einer steilen Entladung angelegt wird.In the arrangement according to Fig. 5, a spark gap and an ignition electrode are common aside. The spark gap 50 is in the circuit between the capacitor and the discharge tube turned on. Before the discharge occurs, i.e. during the In the quiescent state, part of the voltage is applied to the spark gap and the other part to the Discharge area between the anode 11 and the cathode 14. If the electrode 22 ignites the discharge, the voltage drop is reduced on the tube and immediately causes a spark in the spark gap. It is hereby caused that all the tension of the capacitor to the anode 11 and the cathode 14 in the form of a steep discharge is created.

Abb. 6 zeigt eine weitere Ausbildung des Entladungsgefäßes. Das Glasgefäß 55 ist an seinen Enden mit Metalldeckel 56 und 57 ver-Fig. 6 shows a further design of the discharge vessel. The glass vessel 55 is on its ends with metal covers 56 and 57

3" schmolzen. Der obere Deckel 56 trägt die Anode 58 mittels der Stromleiter 60 und 61. Diese Zuleitungen sind -mit einem leitenden Zylinder 62 verbunden, dessen Durchmesser nur wenig von dem der Hülle abweicht, so3 ″. The upper cover 56 supports the anode 58 by means of the current conductors 60 and 61. These leads are connected to a conductive cylinder 62, the diameter of which differs only slightly from that of the shell, so

'35 daß ein langer Raum zwischen dem Zylinder und der Hülle gebildet wird, der ein Durchdringen der Entladung bis zum Deckel 56 verhindert. Der untere Metalldeckel 57 ist von Kühlrohren 65 umgeben. Zur Zündung taucht eine Zündelektrode 66 in das Quecksilber 64· Um die Gefahr einer unerwünschten Entladung zwischen der Elektrode 56 und der Anode 58 zu vermeiden, ist ein Metallschirm 68 mit einer abgerundeten und polierten Oberfläche vorgesehen.'35 that a long space is formed between the cylinder and the envelope, which allows penetration the discharge to the cover 56 is prevented. The lower metal cover 57 is surrounded by cooling tubes 65. Dives for ignition an ignition electrode 66 in the mercury 64 · To reduce the risk of undesired discharge To avoid between electrode 56 and anode 58 is a metal screen 68 is provided with a rounded and polished surface.

Wird als Anodenmaterial Wolfram verwendet, so besteht die Gefahr,, daß durch Verspritzen des Anodenmaterials die Röhrenwand bedeckt und der Durchgang von Röntgenstrahlen verhindert wird. Um dies zu vermeiden, ist ein strahlendurchlässiges Fenster vorgesehen,, das an dem äußeren Ende des Rohres 71 angebracht ist.If tungsten is used as the anode material, there is a risk that through Splashing of the anode material covered the tube wall and the passage of X-rays is prevented. To avoid this, a radiolucent window is provided at the outer end of the Tube 71 is attached.

Außer Quecksilber eignet sich als Kathodenmaterial fernerhin Gallium, Cadmium oder ähnliche Metalle.In addition to mercury, gallium and cadmium are also suitable as cathode material or similar metals.

Claims

Patent claims:

1. X-ray tube assembly, characterized in that the cathode is made of Mercury or a similar substance that is constantly renewed during operation exists, and that the discharge current increases faster than that for the cathode material characteristic emission allows.

2. X-ray tube arrangement according to claim i, characterized in that An energy-storing means, for example a capacitor, is provided parallel to the anode and cathode.

3. X-ray tube arrangement according to An, Spruch ι and 2, characterized in that that a spark gap is provided between the anode and the capacitor.

4. X-ray tube arrangement according to claim ι and following, characterized in that that the ignition of the discharge by an ignition electrode made of semiconducting material, which is permanently in the cathode immersed and connected to a capacitor, is effected.

5. X-ray tube assembly according to claim ^, characterized in that A metal screen with a rounded and polished surface is provided over the ignition anode is.

6. X-ray tube arrangement according to claim ι and following, characterized in that that the radiation exit window on a tubular extension of the discharge vessel is appropriate.

1 sheet of drawings