DE713458C - Einrichtung zum Schutz von Hochspannungsentladungsroehren - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Schutz von Hochspannungsentladungsröhren Es ist bekannt, daß in Hochspannungs.-ventilröhren oder Röntgenröhren außer der Hauptentladung, die dem eigentlichen Zwecke der Entladungsröhren dient, schädliche Nebenentladungen auftreten. Beispielsweise -#veiden bei einer Röntgemöhre im Brennfleck Eilektronen reflektiert, die entweder auf die Röhrenwand oder auf außerhalb des, Brennfleckes gelegene Teile der Anode auftreffen. In beiden Fällen wirken sie sich schädlich aus; denn .auf der Glaswand richten sie Zerstörungen an, und an den von diesen Elektronen getroffenen Stellen der Anode entstehen Röntgenstrahlen, die das Röntgenbild verschlechtern und die Anbringung eines: wirksamen Strahlenschutzes erschweren. Man hat bereits vorgeschlagen, zum Abfangen dieser Elektro nen metallene oder aus anderem Stoff bestehende Schirme ,anzubringen, welche die Elektronen von der Glas-Wand oder den außerhalb des Brennfleckes befindlichen Teilen der Anode fernhalten.. Diese Schirme haben jedoch .schwerwiegende Nachteile. Bestehen sie aus Isoliermaterial, so unterliegen sie der Gefahr, durch Elektronenaufprall zur Gas:-,abgabe veranlaßt oder durchgeschlagen zu werden. Bestehen sie aus Metall, so. sind sie einerseits nicht so wirksam, daß, .die reflektierten Elektronen vollständig abgefangen werden, -und :andererseits bedeutet das Einbringen von Metallmengen ins Vakuum eine rrhöh er Entgasungsschwierigkeiten. Ferner. bringt das Einführen derartiger Schirme in Röntgenröhren eine unerwünschte Erhöhung der Absorption der Nutzstrahlung mit sich.
• Ferner treten bei Hochspannungsventilröhren oder Röntgenröhren sog. Spitzenentladungen auf, die darauf beruhen, da.ß an scharfen Kanten oder Spitzen durch das elektrische Feld Elektronen oder Ionen befreit werden. Hau ^ptsächlich die stark negativ geladenen Teile einer Hochsp.annungsientladungsröhre geben zu derartigen Entladungen An-1aß., bei Röntgenröhren also die Kathode, bei Ventilröhren die Anode, da diese in der Sperrhalbperiode die negative Elektrode darstellt. Man hat zur Beseitigung dieser Entladungen vorge3chlagen, die Feldstärke an den Elektronenabgebenden Teilen durch Vergrößerung der Krümmungsradien herabzusetzen sowie diese Teile mit geeigneten üb:erzügen zu versehen. Eine wirklich wirksame Abhilfe ist durch diese Maßnahmen nicht erzielt -worden.
• Bei einer zylindrischen oder annähernd zylindrischen Hochspannungsventilröhre oder Röntgenröhre wird gemäß der Erfindung zum wirksamen Schutz der Wandung vor dem Aufprall von Elektrizitätsträgern in der Mitte derselben eine geerdete Magnetspule angebracht,, die die Elektroden der Hauptentladung. so übergreift, daß die magnetischen Kraftlinien parallel zur Röhrenachse laufen,

  und die Dichte der Kraftlinien wird so ge-

  wählt, dal:) schädliche, der Hauptentladung

  nicht angehörende Elektrizitätsträger die Röl3-

  remwand in der Umgebung der Magnetspti','

  nicht erreichen können.

  Zur Erläuterung des Erfind u:rigsgedatil:e;,

  ist in der Abb. r die Bahn eines Elektrons

  eingezeichnet, das in ein Magnetf; 1d eintritt,

  dessen Kraftlinien die Elektronenbahn schnei-

  den. Beim Eintritt in das Magnetfeld wirkt

  ,auf das Elektron eine Kraft, die s.enlz-reclit

  zur Elektronenhahn und den mägnetis.clierr

  Kraftlinien gerichtet ist, so daß das Elektron

  in eine schraubenförmige Bahn abgelenkt

  wird. Nach Durchlaufen von weniger als

  einer Windung einer solchen schrauh;nför-

  migen Bahn tritt das, Elektron wieder aus-d"ni

  Magnetfeld .aus. Das Elektron `wird an dein

  Magnetfeld gewissermaßen reflektiert. Diese

  Eigenschaft des Magnetfeldes, eintretende

  Elektronen ztt reflektieren, kann dazu benutzt

  werden, die Wand einer Röhre vor dem Auf-

  prall von Elektronen oder Ionen, für die

  die obenstehenden Überlegungen in gleicher

  Weise gelten, zu schützen.

  In der Abb.2 ist eine Anordnung darge-

  stellt, die bei einer Röntgenröhre zugleich die

  schädliche Wirkung von Spitzenentladungen

  und reflektierten Elektronen ,aufhebt. Di,-

  zylindrische Röntgenröhre wird mit einer ko-

  axialen Spule d umgeben, deren Kraftlinien 4.

  die Röhre in ihrer ganzen Läng° durchziehen.

  Ein Elektron, das unter dem Einfluß des

  elektrischen Feldes :aus der Kathode austritt,

  wird sogleich nach dem Austritt durch die

  Wirkung des Magnetfeldes reflelttiert, wobei

  es -eine Bahn y beschreibt, die entwder zur

  Kathode zurückführt oder auf der Anode

  endet. In beiden Fällen tritt eine schädlich-

  Wirkung der Elektronen nicht ein. Elektro-

  nen, die im Brennfleck reflektiert werden,

  werden sogleich nach Verlassen des Brenn-

  fleckes durch die Wirkung des Magnetfeldes

  auf dem Brennfleck benachbarte Teile d:r

  Anode reflektiert, wobei Elel:tron;enba.hn e.n

  beschrieben werden wie die, die mit G bezeich-

  net sind. Für den Fall, daß dennoch einzclnc

  reflektierte Elektronen tiefer in derr Anoden-

  halls der Röhre eindringen, ist .eine auf der

  Anode befestigte

  7 vorgesehen,

  die diese Elektronen abfängt. Es ist dabei

  wichtig, da.ß die die Röntgenstrahlen ierzeu-

  genden Elektronen, die von der Kathode zum

  Brennfleck gehen, durch das Magnetfeld nicht

  behindert werden, da sie in Richtung des Ma-

  gnetfeldes fliegen. Das Magnetfeld hat ledig-

  ]ich eine Wirkung auf die Brennfleclzbildung.

  und diese. Wirkung kann dazu benutzt wer-

  den, um die Brennfleckbildung günstig zu

  beeinflussen. Es ist b eispielsweis-2 möglich,

  das Elektronenbündel auf eine grätlere Strcclce

  zuammenzullalten, wodurch groLeElelktrod_rr-

  abstände, die zur Herabsetzung d,r elektri-

  '.-schen Feldstärke erwünscht sind, ermöglicht

  werden.

  Es hat sich gezeigt, dat;) zur Beseitigung

  .clcr Spitzenentladungen verhä ltnismäl:.ig ge-

  ringe Magnetfelder erforderlich sind. Dies

  Tatsache wird dadurch verständlich, daß die

  aus der Kathode austretenden Elektronen su-

  gleich der Wirkung des Magnetfeldes unter-

  worfen werden, also in einem Zeitpunkt, iii

  dem sie -nur geringe Geschwindigkeit Habe»

  und infolgedessen ihre Bahn wcriig steif ist.

  U m die reflektierten Elektronen ttns.cliädlicli

  zu machen, sind be:eits stärkere Magnetfeld-r

  nötig, da die--e Elektronen Geschwindigkeiten

  haben, die annähernd der ursprünglichen G. -

  schwindigkeit entsprechen. Es ist daher in

  vielen Fällen vorteilhaft, nur die Spitzerrerit-

  l.adungen durch Magnetfelder zu beseitigter

  und die reflektierten Ele]ztroneri durch di,

  begannen Schirme, beispielsweise M@tall-

  haul;:en, Glaswände u. dgL, trnschädlieli zu

  machen.

  Die Anbringung einer magnetizclieri Spule

  am Mittelteil einer Röntgenröhre ernrö glicht

  es, in einfacher Weise dieses 1littAteil zu

  erden und Vorrichtungen zur Halterung und.

  zum Strahlenschutz .an diesem anzubringen.

  Die Gefahr, daß die Glaswand am Mittelt-,il

  der Röhre-durchschlägt, ist dadurch behoben,

  d.aß .an dieser gefährdeten Stelle das Magn=t-

  feld angeordnet ist, das Elektrizitätsträg"rrr

  jeder Art den Durchtritt verwehrt. Dito Spule

  selbst kann sich infolgedessen auch auf Erd-

  potential befinden.

  Um zu verhindern, daß Hochspannung an

  die Röhre angelegt wird, bevor der Magnet-

  strom eingeschaltet ist, -was zu einer G,##@fälir--

  dung der Röhre führen i@7ürde, werden z@t-ecl._-

  mäßig Sicherheitsvorrichtuagen angebracht,

  die das Einschalten der Hochspannung vor

  diesem Zeitpunkt nicht gestatten. Für den

  Austritt von Röntgenstrahlen wird in der

  Spule eine StrahIenaustritesöffnung vorge-

  sehen. Zur Verminderung des, magnetischen

  Widerstandes wird die Spule zweckmäf-ig nach

  außen hin mit ferromagnetischem Stoff um-

  geben. Der Spulenstrom kann Gleichstrom

  oder Wechselstrom sein; er kann auch eine

  beliebige I;urvenform haben. Z«-eckmäflig

  wird sein Verlauf der Kurvenform der an der

  Röhre liegenden Hochspannung derart arrg-

  paßt, daß das Spannungsmaximum der Hoch- i

  Spannung mit dem Stromstärkemaximum in

  der Spule zusammenfällt. Da die Glaswand

  durch das Magnetfeld einen absolut sicheren

  Schutz vor Elektrorenbomt,ardement genießt,

  ist es nicht erforderlich, wie bislie:- üblich, x

  das Mittelteil der Entladungsröhre kugelför-

  mig, melorenförrnig oder nach Art eine s Dop-

  pelkonus zu erweitern. Es kann auch bei höchsten Spannungen eine zylindrische oder wenig von ihr :abweichende Form des Glaskörpers Verwendung -finden. Die Elektroden drei; Röhre werden im allgemeinen aus. unmagn,#= tischem Stoff aufgebaut, jedoch kann unter Umständen durch Verwendung ferromagnetis:cher Bauteile an besonders gefährdeten Stellen das magnetische Feld verstärkt oder anderweitig beeinflußt werden.
• Eine besonders vorteilhafte Anwendung findet der Erfindungsgedanke bei Hochspannungsventilröhren. Durch Anbringung eines Magnetfeldes wird :das Austreten von Elektronen ,aus der Anode, .die in der Sperrhalbperiode eine hohe negative Spannung gegen die Kathode hat, verhindert. Diese Elektronen haben bisher einerseits das Erreich--n hoher Spannungen dadurch unmöglich gemacht, daß sie zu Gasentladungen Anlaß gegeben haben; .andererseits haben sie: die Glaswand negativ .aufgeladen und dadurch in der Durchlaßhalbperiode des Ventils infolge Gitterwirkung der negativgeladenen Glaswanrnd einen hohen Spannungsverlust verursacht. Diese Nachteile fallen durch Anbringung eines Magnetfeldes fort. Um diejenigen Spitzenentladungen, die von d;er Anode aus in den Kathodenhals hineingehen und die vom Magnetfeld nicht beseitigt werden, unschädlich zu machen, wird bei Ventilröhren zweckmäßig ,auf der Kathode, beispielsweise hinter dem Glühdraht, :eine Scheibe zum Abfangen dieser Elektronen :angeordnet. Die für den Betrieb von Hochspannungsventilröhren vorgesehene Spule wird zweckmäßig mit Wechselstrom beschickt, dessen Stromstärkemaximum mit dem Maximum der vom Ventil zu sperrenden Spannung zusammenfällt.
• Selbstverständlich kann der Erfindungsgedanke auch bei anderen Hochspannungsröhren, beispielsweise Entladungsröhren für positiv geladene Teilchen, Anwendung finden.
• Die Anordnung der gesamten Einrichtung oder von Teilen der§elben unter öl oder andieren isolierenden Flüssigkeiten ist in @@iel:n Fällen besonders vorteilhaft, wpti die Flüssig- : keit zur Kühlung der Magnetspule herangezogen werden kann.
• Es ist an sich bekannt, in Röntgenröhren die Fokusierung des die -Röntgenstrahlen !er zeugenden Elektronenbündels durch ein Magnetfeld zu beeinflussen. Bei :einer solchen bekannten Einrichtung ist die Magnetspule- i in der Mitte der Röntgenröhre, die ein kugelförmiges Mittelteil aufweist, angeordnet. Da das Feld dieser Magnetspule, wie :es dem Zweck der bekannten Einrichtung entspricht, lediglich den Raum zwischen der Anode und der Kathode erfaßt, so sind bei dieser Einrichtung die besonders gefährdeten üb,ergangsstellen des Anoden- und des Kathodenhalses in dem kugelförmigen Mittelteil der Röntgenröhre vor dem Aufprall von der Hauptentladung nicht angehörenden Elektrizitätsträgern nicht geschützt.

Claims (1)

1. PATE NTANsP12LICFIE: i. Zylindrische oder .annähernd zylindrische Hochspannungsventilröhre oder Röntgenröhre mit einer in der Mitte derselben befindlichen, geerdeten Magnetspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule die Elektroden der Hauptentladung so übergreift, daß, die magnetischen Kraftlinien parallel zur Röhrenachse verlaufen und daß sie von einer solchen Dichte sind, daß schädliche, der Hauptentladung nicht angehörende Elektrizitätsträger die Röhrenwand in der Umgebung der Magnetspule nicht erreichen können. z. Hochspannungsentladtmgs.°@öhre nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, :daL, zum Auffangen reflektierter Elektronen in der Röhre Schirme vorgesehen sind. 3. Hochspannungsentladungs:öhre nach Anspruch i oder z, dadurch gekennzeichnet, daß an der geerdeten. Magnctspule, Halterungs- und Strahlenschutzvorrichtungen .angebracht sind. q.. Entladungsröhre nach Anspruch i, a oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetstrom in seinem zeitlichen Verlauf der Hochspannung angepaßt ist. 5. Hochsparmungsentladungs.Öhre nach Anspruch i, a, 3- oder -., dadurch gekennz.eichnet; daß die Magnetspule nach außen hin von ferromagnetis:chem Stoff unigeben ist. 6. Hochspannungsentladungs: hre nach Anspruch 1, a, 3, 4. oder 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Kathode mit :einor Scheibe zum Abfangen von Elektronen versehen ist. ,~. Entladungsröhre nach Anspruch i, z, 3, 4., 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie für sich oder mit der Magüetspule in einer isolierenden Flüssigkeit angeordnet ist.