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Verfahren zur Erzeugung eines kurz dauernden Strahles positiver oder
negativer Ladungsträger Bei Entladungsröhren, beispielsweise Röntgenröhren, Kathodenstrahl-
oder Kanalstrahlröhren, die mit . sehr kurzzeitigen Spannungsstößen betrieben werden,
besteht die Schwierigkeit, daß die bekannten Elektronen- oder Ionenquellen Ladungsträger
in dem während der sehr kurzen Stoßzeit erforderlichen Maße nur abgeben können,
wenn sie so bemessen sind, daß sie dauernd einen Ladungsträgerstrom abgeben können,
der den mittleren Bedarf außerordentlich überschreitet. Bei den bekannten Elektronen-
oder Ionenquellen findet nämlich während der Pausen zwischen den einzelnen Spannungsstößen
praktisch keine Speicherung der gebildeten Ladungsträger statt. Die erforderliche
Ergiebigkeit der Ladungsträgerquelle ist daher von der Länge der Pausen zwischen
den einzelnen Stößen im wesentlichen unabhängig. Es müssen daher die bekannten Ladungsträgerquellen
dem Bedarf während des Stoßes entsprechend bemessen werden.
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Diese Nachteile werden bei dem Verfahren zur Erzeugung eines kurz
dauernden Strahles positiver oder negativer Ladungsträger nach der Erfindung dadurch
vermieden, daß zunächst die von einer Hilfsladungsträgerquelle erzeugten Ladungsträger
auf einer dein Entladungsraum zugekehrten Isolatoroberfläche, die die zweite Belegung
eines Kondensators darstellt, aufgefangen und gespeichert werden und daß dann durch
Umladung der einen Belegung dieses Kondensators die aufgespeicherten Ladungsträger
zur Bildung des Strahles frei gemacht werden.
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Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Der dargestellte Teil des Entladungsrohres dient zur Erzeugung des
Strahles positiver oder negativer Ladungsträger.
Die Hilfsladungsträgerquelle;Q
sendet`Ladungsträger, beispielsweise Elektronen, aus, die unter dem Einfluß eines
elektrischen Feldes auf die an den Entladungsraum angrenzende Oberfläche des Isolators
l wandern. Zur Erzeugung des elektrischen Feldes dient bei der in Abb. i und 2 dargestellten
Anordnung die Spannungsquelle V. Mit Hilfe einer mit dieser Spannungsquelle verbundenen
Spannungsteileranordnung wird an den Leiter P wahlweise, je nachdem ob auf dem an
P angrenzenden Isolator f positive oder negative Ladungsträger gespeichert werden
sollen, eine gegenüber der mit der Hilfsladungsträgerquelle Q verbundenen Mitte
der Spannungsteileranordnung positive oder negative Spannung angelegt. Die dünne
Isolierschicht J, die je nach der Spannung beispielsweise o,oi oder o, i min betragen
kann, stellt daher das Dielektrikum eines Kondensators dar, dessen eine Belegung,
der Leiter P, und dessen andere Belegung, die dem Entladungsraum zugekehrte Seite,
mit den von der Hilfsladungsträgerquelle Q herrührenden Ladungsträgern beladen ist.
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" Der Isolator und die leitende Schicht P sind in einem ebenfalls
aus isolierendem Werkstoff bestehenden Abschlußdeckel S eingebettet, der vakuumdicht
mit dem metallischen Rohr L in Verbindung steht. Die Stoßspannung U wird
an das Metallrohr L und das MetallrohrA gelegt, die durch einen rohrförmigen Isolator,
beispielsweise aus Glas, voneinander getrennt sind. Falls ein Strahl negativer Ladungsträger
erzeugt werden soll, muß dabei selbstverständlich die Polarität so gewählt werden,
daß das Metallrohr L negativ gegenüber dem Rohr A aufgeladen wird. Falls jedoch
ein Strahl positiver Ladungsträger erzeugt werden soll upd dementsprechend die Hilfsladungsträgerquelle
nicht Elektronen, sondern positive Ionen aussenden muß, muß die Polarität gerade
umgekehrt gewählt werden. In diesem Falle ist das Metallrohr L Anode, das
Rohr A Kathode.
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Für manche Zwecke ist es nicht wünschenswert, daß während der Stoßpausen
Ladungsträger in das eigentliche Entladungsgefäß gelangen. Bei den in den Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispielen sind deshalb Gitter GI und G2 vorgesehen, die
durch die Spannungsquelle B so gegeneinander aufgeladen sind, daß die Ladungsträger
nur unter der Einwirkung der Stoßspannung U aus dem Erzeugungsraum in den Entladungsraum
gelangen können. In dem Rohr L können unter Umständen mit Vorteil zum Auffangen
von nicht achsenparallel verlaufenden Strahlen Blenden vorgesehen werden, wie in
Abb. i angedeutet ist. Es ist auch vorteilhaft, das Metallrohr L an seinem an dem
rohrförmigen Isolator angrenzenden Ende mit einem Gitter abzuschließen, das als
ebene Äquipotentialfläche . die geometrische Form des elektrischen Feldes in seinem
zur Beschleunigung der Ladungsträger wesentlichen Teil günstig beeinflußt.
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Das in Abb.2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von
dem nach Abb. i durch das Gitter G3, das einen Nebenraum abschließt, der die Hilfsladungsträgerquelle
Q enthält. Durch entsprechende Rufladung der Hilfsladungsträgerquelle Q gegenüber
dem Gitter G3 kann die Zufuhr von Ladungsträgern zur Oberfläche des Isolators !
gesperrt oder freigegeben werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient
zu dieser Beeinflussung des Ladungsträgerstromes der Spannungsteiler W. Eine vorübergehende
Sperrung der Zufuhr von Ladungsträgern ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die
an den Entladungsraum angrenzende Oberfläche des Isolators! im Zustand der Entladung
als Photokathode benutzt werden soll.
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Abb.3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung des
Verfahrens gemäß der Erfindung ein Entladungsrohr, das sich von dem in Abb. i dargestellten
nur un, wesentlich unterscheidet. Die Stoßspannungsquelle U und die Hilfsspannungsquelle
V sind jedoch im Gegensatz zu der bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i erläuterten
An-
wendung des Verfahrens über Widerstände oder Drosseln S, bzw. S2 mit L
bzw. P verbunden. über den Kondensator !( wird im Augenblick des Stoßes die Belegung
l' gegenüber dem Rohr L umgekehrt aufgeladen. Erst in diesem Augenblick werden daher
die auf der an dem Entladungsraum angrenzenden Seite des Isolators ! aufgespeicherten
Ladungsträger befreit. An Stelle der Widerstände S1 und S2 ist es unter Umständen
zweckmäßig, Drosselspulen zu verwenden.
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Das zwischen P und Q mit Hilfe der Spannungsteileranordnung erzeugte
Feld muß, wie bereits angegeben, so gewählt werden, daß die leitende Schicht P während
der Beladungsperiode die den aufzuspeichernden Ladungsträgern entgegengesetzte Ladung
aufweist. Die Auslösung der gespeicherten Elektronen oder Ionen wird bei den Anordnungen
nach Abb. i und 2 dadurch vorgenommen, daß durch Änderung der Spannungsteilereinstellung
V
die Elektrode P umgeladen wird. An Stelle der Spannungsteilerschaltung mit
einer Gleichspannungsquelle kann auch eine Wechselspannung oder eine mittels eines
Kippkreises erzeugte Spannung verwendet werden, falls dafür gesorgt wird, daß jeweils
während der
Beladungsperiode die leitende Schicht P ein
zur
Bindung der Ladungsträger auf dem Isolator J geeignetes Potential aufweist.
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je dünner die Isolierschicht J ist, desto größer ist die Ladung, die
bei gegebener Spannung auf ihrer an den Entladungsraum angrenzenden Oberfläche für
die Erzeugung eines kurzzeitigen Strahles von Ladungsträgern zur Verfügung gehalten
werden kann. Wenn es sich beispielsweise darum handelt, einen Stromstoß von o, i
mA/Sek. und 10-7 Sek. Dauer zu erzeugen, so ist es lediglich notwendig, die entsprechenden
Ladungsträger auf der Oberfläche des Isolators J aufzuspeichern. Bei der Verwendung
der bisher bekannten Elektronenquellen, beispielsweise einer Glühkathode, müßte
hierfür ein Strom von ioooAmp. bemessen werden. Wenn der Stromstoß von o, i niA/Sek.
während einer Dauer von io-$ Sek. erzeugt werden soll, muß bei dem bekannten Verfahren
der Emissionsstrom der Ladungsträgerquelle etwa verzehnfacht werden; bei dem Verfahren
nach der Erfindung brauchen die Abmessungen des IsolatorsJ jedoch nicht geändert
zu werden.
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Zur Vergrößerung der Kapazität des Ruffängers wird für die Isolierschicht
J ein Werkstoff hoher Durchschlagsfestigkeit verwendet, vorzugsweise aus Quarz,
Glimmer, Glas oder Emaille.
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Zur Vergrößerung der dem Entladungsraum zugekehrter- Oberfläche des
Ruffängers kann unter Umständen mit Vorteil die Oberfläche mit Unebenheiten versehen
werden. Sie kann beispielsweise aus sehr vielen nebeneinander angeordneten Lamellen,
Nadeln oder Zylindern bestehen. Auch bei dieser Anordnung ist es zweckmäßig, zur
Vergrößerung der Kapazität die dem Entladungsraum abgekehrte Bewegung des Ruffängers
mit entsprechenden,-ähnlich geformten Unebenheiten zu versehen.