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Hochspannungsentladungsgefäß triit Glühkathode Zur Beseitigung von
schädlichen Restgasen in Entladungsröhren werden seit vielen Jahren gasbindende
Stoffe, sog. Getter oder Fangstoffe, verwendet, die meistens in einer kompakten
Form in das Vakuumgefäß eingebracht und nach der Vorentgasung, meistens erst nach
der Abschmelzung des Gefäßes von der Pumpe, verdampft oder zerstäubt und in einer
dünnen Schicht auf Teile des Entladungsgefäßes niedergeschlagen werden. Verschiedenartige
Erwägungen haben die Hersteller von Entladungsröhren veranlaßt, die Bildung des
Niederschlages auf bestimmten Teilen des. Entladungsgefäßes zu verhindern. Meistens
besteht der Fangstoff aus Metall, z. B. Magnesium oder Barium. Ist nun eine sorgfältige
Isolierung zwischen -den Zuleitungsdrähten erforderlich, wie z. B. bei Radioröhren
manchmal der Fall ist, so wird darauf geachtet, daß der Fangstoff diese Leitungen
nicht elektrisch verbinden und dadurch eine schädliche Ableitung, z. B. zwischen
Steuergitter und Kathode, verursachen kann. Ferner hat man, um zu verhindern, daß
der Metallspiegel auf der Wand die Elektroden unsichtbar macht, die Bildung eines
l'Ziederschlages auf Teile der Glaswand, die zur Beobachtung der Elektroden durchsichtig
bleiben müssen, verhindert. Bei Hochspannungsentladungsgefäßen tritt die Schwierigkeit
auf, daß Elektroden, auf denen sich ein Niederschlag des Fangstoffes bildet, die
Neigung zeigen, Elektronen zu emittieren. Unregelmäßigkeiten in der Wirkung der
Röhre können dadurch verursacht werden. Man hat mit Rücksicht hierauf Mittel vorgeschlagen,
die verhindern, daH bei solchen Röhren, z. B. Senderöhren für Radiotelegraphie,
sich der Fangstoff auf Elektroden absetzt, die nicht emittieren sollen.
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Es ist auch versucht worden, Entladungsgefäße für sehr hohe Spannungen,
wie sie für die Erzeugung von Röntgenstrahlen nötig sind, mittels eines Fangstoffes
von schädlichen Gasen zu entleeren. Daß hiermit keine praktischen Erfolge erreicht
sind, hat man zum Teil auf die starke Erhitzung der Wände solcher Entladungsgefäße
während des Betriebes zurückgeführt. Man meinte darum, daß bei der Entlüftung von
Röntgenröhren, großen Senderöhren -und Gleichrichtern für sehr hohe Spannungen Fangstoffe
nur mit Vorteil angewandt werden könnten, wenn man sie in einem besonderen, mit
der zu entgasenden Entladungsröhre verbundenen Hilfsgefäß kondensieren ließ und
der Fangstoff nicht in das eigentliche Gefäß eingebracht würde.
Ein
dauernd mit dem Hauptgefäß verbundenes Hilfsgefäß stört die regelmäßige Form, welche
für moderne Röntgenröhren verlangt wird, und vergrößert in hohem Maße die Zerbrechlichkeit
der Röhre.
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Wird das Hilfsgefäß nach dem Niederschlagen des Fangstoffes von dem
Hauptgefäß abgeschmolzen, so werden bei der Abschmelzung wieder schädlicheGasefrei:
Auch wird dann die Wirkung des Fangstoffes nicht gänzlich ausgenutzt. Diese besteht
nämlich nicht nur darin, daß der Fangstoff die in dem Entladungsgefäß verbleibenden
Restgase, welche nicht oder erst nach längeren Pumpzeiten durch die Pumpe aus _
dem Gefäß entfernt werden können, bindet, sondern auch, daß er die während des Betriebes
aus den an den-- Vakuumraum angrenzenden -T.eilen- frei werdenden Gasmengen beseitigt
und dadurch die Lebensdauer der Entladungsröhren verlängert. Es ist darum von Vorteil;
daß die Fangstoffe während des Lebens der -Ent , ladungsgefäße in dem' werbleiben.
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In Erwägung dessen, daß eine elektrische Beanspruchung .der mit einem
Fangstoffbelag versehenen Glaswand und eine Verkürzung des Isolationsweges längs
der Röhrenoberflache zufolge dieses Belages die Spannungssi:cherheit herabsetzte
hat man vorgeschlagen, das ,zu verdampfende ,Material so anzubringen, . dgß es sich
nur. .auf Metallteile absetzen kann: Das hat jedoch den Erwartungen nicht entsprochen.
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. Ferner ist vorgeschlagen worden, -bei einer mit:Hochspannung arbeitenden
Glühkathodenröhre -den Fangstoff an der. Mündung der Pumpleitung an: denkältesten
Stelle einer der Röhrenhälse innerhalb des Röhrenvakuums anzuordnen. und nach Beendigung-des
Purupvorganges. - zunächst die Pumpleitung abzuschmelzen und dann den.Fangstoff
zu verdampfen.. _ Nach diesem Vorschlag wird der Fangstoff -. durch einen Metallschirm
gegen innerhalb der Röhre auftretende elektrische Felder geschützt. .. -Erfindungsgemäß
wird- .die Anordnung eines; besonderen Schirmes zum Schutze des Fangstoffes vermieden,
und wird dennoch ,der Fangstoff z: B_ in Form eines Wandbelages -an.. einer.. Stelle
angeordnet, wo er nicht nur gegen schädliche elektrische Felder, sondern auch gegen
das Auftreffen von Teilchen, -welche durch in .der Röhre herrschende elektrische
Felder eine große Geschwindigkeit be-...
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kommen- haben, geschützt. wird. ..Die-Erfindung betrifft ein Hochspannungsentladungsgefäß
mit Glühkathode mit .einem eine Sammelvorrichtung enthaltenden Kathodengebilde,
das einen durch Zwischenwände vorn Entladungsraum getrennten .Vakuumraum besitzt,
der mit dem eigentlichen Entladungsraum iiur durch die Austrittsöffnung für die
Glühelektronen in Verbindung steht.
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Erfindungsgemäß wird der Fangstoff bei solchen Entladungsgefäßen in
dem vom Entladungsraum getrennten Vakuumraum des Kathodengebildes angebracht. Die
Erfindung, die besonders für Röntgen- oder Ventilröhren von Bedeutung ist, wird
an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung stellt Fig. i einen Schnitt
durch eine Röntgenröhre dar, während in Fig. 2 ein zum Einbringen des Fangstoffes
dienender Teil gezeigt wird. -Die-Wand der in Fig. i abgebildeten Röntgenröhre besteht
aus zwei Glasteilen i und 2, die je an einem Rand des Metallzylinders -3 angeschmolzen
sind. Der Teil i trägt -die Anode 4, der Teil 2 das Kathodengebilde. Zum Letztgenannten
gehören der Glühdraht 5, der Kathodentopf oder die Sammelvorrichtung 6 und Zuleitungsdrähte
7 und B. Die Zuführungsleitung 8 ist an der Wolframplatte g befestigt, mit der das
eine Ende. des Glühdrahtes 5 verbunden ist. Das andere Ende des Glühdrahtes ist
mit dem isoliert durch die Platte 9 hindurchgeführten Zuführungsleiter 7 verbunden.
Die von dem Glühdraht 5 ausgesandten Elektronen treffen beim Betriebe :der Röhre
auf .die Wolfrarnscheibe i .o der Anode auf und erzeugen dort Röntgenstrahlen, die
durch das Glasfenster i i aus dem Entladungsraum heraustreten können.
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Zwischen der Einschmelzstella 12 -der -Zuleitungen 7 und B. und dem
Kathodengebilde liegt ein Teil 13 des Vakuumraumes, Nwelcher von dem Kathodentopf
6 mit der Wolframplatte 9 gegen den restlichen Teil q, des- Vakuumraumes der Röhre
getrennt ist. Die Zwischenwände, welche die beiden Räume. 13
und 14 trennen,
sind nicht lückenlos geschlossen.- Die Platte g ist z. B. bei 15 durchlöchert, und
indem Vorderteil des Kathodentopfes 6 befindet sich eine Offnung, in welcher der
Glühdraht 5 angeordnet ist.
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In dem Raum 1 3 ist ein Fangstoff angebracht, der auf die Wand
dieses Raumes niedergeschlagen ist, wie in der Zeichnung durch eine Punktierung
angegeben ist. Um diesen Niederschlag zu bilden, ist- ein Fangstoffverdampfer in
.dem Raum 13. aufgestellt, der in Fig. 3 um go' gedreht gezeichnet ist. Er
besteht aus einem Behälter in Form -eines Röhrchens 16 aus Isoliermaterial, wie
z. B. Magnesiumoxyd, auf dem ein Heizdraht 17
schraubenförmig aufgewickelt
ist. Der Draht 17 dient als elektrisches- Heizelement und ist mit Zuleitungen
versehen. Wenn das köhrchen 16 -in das Gefäß eingebracht wird, -enthält es eine
Menge des einzubringenden Fangstoffes;
beispielsweise ist in das
Röhrchen 16 ein von einem Kupfermantel eingeschlossenes Stäbchen aus, einem elektropositiven
Metall, z.-B--Magnesium .oder Barium, eingelagert.
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. Nachdem der Pumpvorgang beendet ist, wenigstens vorzugsweise nach
dem Abschmelzen/.des Vakuumgefäßes von der Pumpe, wird der Heizdraht 17 mittels
eines elektrischen Stromes auf Glühtemperatur gebracht. Zu dieseln Zwecke ist das
eine Ende des Heizdrahtes bei 18 an der Zuleitung 8- befestigt, während das andere
Ende an einem beson=-deren, ebenfalls in den Quetschfuß 12 eingeschmolzenen Stroinzuführungsdraht
i9 angeschlossen ist. Werden die Drähte 8 und i9 an Spannung gelegt und dadurch
ein Glühstrom durch den Draht 17 geschickt, !so bringt die in dem Draht 17 entwickelte
Wärme das Kupfer, welches das Barium umschließt,- zum Schmelzen, und das verdampfende
aktive Metall breitet sich in dem Raum 13 aus und kondensiert an der Wand dieses
Raumes. Dabei werden, wie an sich bekannt, die in dem Vakuumgefäß verbleibenden
unedlen Restgase :gebunden. Die Durchlöcherung in der Platte 9 gestattet dabei den
Druckausgleich in den Räumen 13 und 1q..
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Wenn später beim Betriebe der Röhre Gasausbrüche auf den Elektroden
oder sonstigen Teilen stattfinden, können auch diese durch den Fangstoff im Raume
13 gebunden werden, so daß der Metallniederschlag dauernd wirksam bleibt. ' Da der
Raum 13 bis auf die Öffnungen in der Metallplatte 9 abgeschlossen ist, treten praktisch
keine beweglichen Teilchen, wie Elektronen .oder Ionen, in ihn hinein. Abgesehen
von einem geringen Spannungsunterschied zwischen dem Kathodentopf und dem Draht
7 verlaufen in dem Raum 13 keine elektrischen Kraftlinien. Die Metallschicht, die
sich auf die Wand des Kathodentopfes und gegebenenfalls noch auf einen Teil der
an diesen Topf ängeschmolzenen gläsernen Einstülpung 2o bildet, begrenzt einen praktisch
feldfreien Raum, so daß Entladungserscheinungen, welche sonst in Röntgenröhren durch
die Anwesenheit von Fangstoffen häufig auftreten, ganz unterbleiben. Der Fängstoffbehälter
kann gewünschtenfalls an einer anderen Stelle in dem Raum 13 angeordnet sein, z.
B. neben dem Quetschfuß i2, so daß sich dann das verdampfte Material hauptsächlich
auf dem Glasteil 2o befindet. Wenn der Niederschlag dadurch außer Berührung mit
den Metallteilen des Kathodengebildes bleibt, empfiehlt es sich, zur Verhinderung
von Potentialunterschieden die Metallschicht mit einer der Zuleitungen des Kathodengebildes,
z. B. mittels einer Kontaktfeder 8a, zu verbinden. Ein großer Vorteil der erst durch
die Erfindung praktisch möglich gemachten Anwendung von Fangstoffen bei Röntgenröhren
besteht darin, daß die Röhren ohne Verwendung von betriebsmäßiger Hochspannung,,
d. h. von einer Hochspannung in der Größe, wie sie die Röhren zu ihrem Betriebe
brauchen, entgast werden können und dabei doch keine langen Pumpzeiten erfordern.
Die Erhitzung der verschiedenen Teile der Röhre kann durch Wirbelstromheizung in
einem Hochfrequenzfeld-erfolgen, oder die Teile -können durch elektrische Heizelemente
oder sonstige Wärmeerzeuger erhitzt werden. Wenn aber kein Fangstoff in der Röhre
vorhanden ist, dauert die Entlüftung auch bei sorgfältigsten Pumpen mehrere Stunden.
Durch die Erfindung kann diese Zeit oft bis auf einige Minuten -herabgesetzt werden,
weil die Beseitigung der letzten schädlichen Gasmengen, die gerade-die. meiste Zeit
erfordert, den Fangstoff überlassen werden kann.- Dadurch wird an Herstellungskosten
sehr- erheblich gespart. Außerdem bildet der in der Röhre verbleibende Fangstoff
ein Sicherheitsmittel, das die Röhre währenddes Betriebes gegen Durchschlag zufolge
von Gasausbrüchen schützt.