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Röntgenröhre 7.ur Erzeugun. \-erltültnismäßig hoher Spannungen, 30
bis 200 k`', die für den Betrieb von Röntgenapparaten erforderlich sind, hat man
sich bis jetzt im allgemeinen niedrigperiodigen Wechselstromes und Transformatoren
bedient. Auch hochfrequenter Wechselstrom ist zur Verwendung gelangt, wobei die
`\'echselspannungen den Elektroden der Röntgenröhre durch Vermittlung eines oder
mehrerer Resonatoren zugeführt wurden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die letztere Art von Röntgenröhren,
wobei die Röhre selbst als Resonator ausgeführt ist. Die Erfindung ist in der Hauptsache
dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und/oder die Anode der Röntgenröhre als
Resonator wirksame Teile der Hülle des Resonator: bilden und daß die Kathode im
Bereiche der beschleunigenden \@-irkung des hochfrequenten elektrischen Feldes des
1Zesonators angebracht ist. Diese Anordnung besitzt u. a. den Vorteil, däß die Arbeitsweise
der Röntgenröhre und die Röntgenstrahlen leichter reguliert werden können, als es
bei Spannungsgeneratoren bisher gebräuchlicher Art der Fall ist. So kann die hochfrequente
Wechselspannungsquelle mit einfachen Mitteln reguliert werden, so daß der Resonator
intermittent arbeitet, wobei eine intermittente Röntgenstrahlung erzeugt wird, die
beispielsweise für die Untersuchung oder Veranschaulichung in Bewegung befindlicherGegenstände
ausgenutzt werden kann.
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Im nachstehenden soll die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung
beschrieben werden.
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Fig. r stellt einen Längsschnitt durch eine Röntgenröhre nach der
Erfindung nebst dem daran angeschlossenen Hochfrequenzgenerator; Fig. a stellt im
Längsschnitt eine andere Ausführungsform der Röntgenröhre dar und
Fig.
3 einen Querschnitt durch die Symmetrieebene der Röhre; Fig. 4 zeigt die letztere
Röhre von oben gesehen und Fig. 5 die Kathode in größerem Maßstab.
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In der in Fig. i gezeigten Ausführungsform besteht die Röntgenröhre
aus einem Resonator vom Schwingungslinientyp mit koaxialem äußerem und innerem Leiter.
Sie besteht aus einem hermetisch geschlossenen, zweckmäßig evakuierten zylindrischen
Gefäße i aus Glas, keramischem Material, Metall oder sonstigem Material mit der
erforderlichen mechanischen Festigkeit und guten Evakuierungseigenschaften. Die
Enden des Gefäßes sind als im Verhältnis zum äußeren zylindrischen Mantel koaxial
angeordnete zylindrische Röhren 2, 3 ausgebildet, welche an den äußeren Enden offen
sind und deren innere, geschlossene Enden 4, 5 die beiden Elektroden bilden. Die
Elektrode 4, welche die Kathode ist, hat einen schalenförmigen Endteil 6, in welchem
die Glühdrähte 7 angebracht sind, während die Elektrode 5, welche die Anode ist,
in üblicher Weise mit einem Brennfleck 8 versehen ist und aus einem hochatomigen
Material, wie z. B. Wolfram, besteht, und zwar in der Form einer Platte, die in
das Glas eingeschmblzen wird und in der Weise schief angebracht ist, daß die Elektronen,
welche den Brennfleck treffen, Röntgenstrahlen erzeugen, welche aus der Röhre in
deren Querrichtung durch ein Fenster 9 austreten können, das aus Aluminium oder
ähnlichem Metall mit großer Durchlässigkeit für die Röntgenstrahlen bestehen kann.
Wenn der Resonator aus Glas oder ähnlichem nichtleitendem Material besteht, so ist
derselbe auf der Innenseite über die ganze Oberfläche mit einem dünnen Belag aus
einem für hochfrequente Ströme gut leitendem Material, wie z. B. Silber, versehen,
das auf chemischem Wege oder durch Kathodenzerstäubung angebracht werden kann. Der
Glühstrom wird durch eine zweiadrige Leitung zugeführt, deren einer Leiter io an
die Glühdrähte 7 angeschlossen ist, während der andere Leiter i i, wie die entsprechenden
Enden der Glühdrähte, an den leitenden Belag auf der Innenseite der Röhre angeschlossen
ist. Die Anode wird mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt, die durch Rohrstutzen i2,13
zugeführt wird und die durch eine in der Röhre 3 eingesetzte Zwischenwand 14 die
Innenseite der Elektrode bestreicht. Auch die Kathode kann in ähnlicher Weise gekühlt
werden.
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Als Hochfrequendquelle kann jeder beliebige Hochfrequenzgenerator,
in der Zeichnung mit A bezeichnet, verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Röhrenoszillator
mit oder ohne Leitungsverstärker verwendet.
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Ein Magnetron, ein Klystron oder ein ähnlicher Generator kann auch
verwendet werden. Der Generator, welcher eine Wechselspannung der gleichen Frequenz
wie die Eigenfrequenz des Resonators liefert, muß für eine verhältnismäßig große
Ausgangsleistung ausgeführt sein. Die Wechselspannung wird entweder direkt oder
durch eine angepaßte Leitung mit niedriger Ohmzah.l dem metallischen Belag- des
Resonators zugeführt, wobei der Sparr nung führende Leiter 15 durch eine vakuumdichte
Wanddurchführung 16 eingeführt wird. Die angepaßteLeitung niedriger Ohmzahl kann
eine Koäxialleitung sein oder aus zwei parallelen Leitern bestehen. Die Kopplung
zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Resonator kann auch magnetisch durch
eine im Inneren des Resonators hineinragende Stromschleife erfolgen, wobei die Schleife
außen in einer geraden Leitung festsitzen und mit dem Resonator eine Halbw ellenantenne
bilden kann, welche von einer benachbarten gegen diese gerichtete Antenne Energie
erhält. Dem Hochfrequenzgenerator wird von einem Stromversorgungsaggregat B Energie
zugeführt. Mit Hilfe einer Regulieranordnung C kann die an den Resonator abgegebene
Energie und damit die Röntgenstrahlung quantitativ und qualitativ reguliert werden.
Durch Regulierung der Vorspannung am Oszillator kann dieser in sehr kurzer Zeit
zum Schweigen und ebenso schnell zum Schwingen gebracht werden. Dadurch kann der
Resonator zum intermittenten Arbeiten zur Erzeugung von intermittenter Röntgenstrahlung
gebracht werden, wodurch Gegenstände in Bewegung untersucht oder photographiert
werden können. Die Ein- und Ausschaltung der Schwingungsenergie kann dabei durch
mit dem beweglichen Gegenstand zusammenwirkende mechanische, magnetische oder photoelektrische
Relais kontrolliert werden.
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Der dargestellte Resonator ist, wie oben erwähnt, ein Koaxialleitertyp,
wobei der leitende Belag auf der Außenseite der Röhre 2, 3 den inneren Leiter und
der Belag auf der Innenseite des Zylinders i den äußeren Leiter bildet. Derselbe
kann als aus zwei Viertelwellenresonatoren, entsprechend je einer Hälfte der Röhre,
betrachtet werden, welche zusammen einen Halbwellenresonator bilden. Die Länge der
Röhre ist somit ungefähr gleich der halben Wellenlänge der Resonatorfrequenz. Um
die konstruktive Länge der Röhre herabzusetzen, kann die Röhre gebogen werden, so
daß die beiden Hälften Seite an Seite zu liegen kommen, wie die Fig. 2 bis 4 veranschaulichen.
Das Fenster 9 wird dabei in eine solche Lage kommen, daß die Röntgenstrahlung in
der Längsrichtung fokussiert werden kann, wodurch gewisse praktische Vorteile gewonnen
werden. Mit Rücksicht auf die größere Stromdichte an den Enden der Röhre sind diese
vorzugsweise kegelförmig erweitert.
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Nach der Erfindung wird eine größere Strahlungswirkung dadurch erzielt,
daß die Kathode innerhalb des Gebietes für die beschleunigende Wirkung,des hochfrequenten
elektrischen Feldes des Resonators angebracht ist. Zu diesem Zweck ist die Kathode
wie auch die Anode so angeordnet, daß dieselbe einen in Resonatorhins-icht wirksamen
Teil des Resonatorkörpers bildet, d. h. vorzugsweise einen integrierenden Teil der
Resonatorhülle. Dadurch, daß die Kathode und die Anode an eingebogene und vorzugsweise
gegen die Mitte des Hohlraumes gerichtete Teile des Resonators liegen, werden dieselben
sich im Gebiete der maximalen elektrischen
Feldstärke befinden,
wobei die von der Kathode emittierten Elektronen einer kräftig beschleunigenden
Wirkung des Feldes des Resonators ausgesetzt werden. In der in den Fig. 2 bis 4
gezeigten Ausführungsform sind die Innenleiter kegelförmig gegen die Stelle des
Feldmaximum des Resonators verjüngt ausgeführt. Dadurch wird eine erhöhte Parallelimpedanz
zwischen den Innenleitern, dadurch eine erhöhte Spannung zwischen den Innenleitern
und dadurch eine erhöhte Spannung zwischen den Elektroden erzielt, ohne das der
Widerstand an den Endteilen der Röhre, wo der Strom seinen Höchstwert hat, erhöht
wird.
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Durch die Ausführung des Resonators als ein Viertelwellenresonator
kann die Röhrenlänge auf die Hälfte reduziert werden, wobei aber die Spannung zwischen
den Elektroden auf die Hälfte heruntergebracht wird, weshalb ein Halbwellenresonator
in der Praxis vorzuziehen ist.
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Ein guter Resonator mit mäßigen Abmessungen ist kaum über einer Wellenlänge
von 3 m (10o Mc) zu erzielen. l)ei kleineren Wellenlängen muß bes s ondere Rücksicht
auf <las Verhältnis zwischen der Größe der zugeführten Leistung und der Laufzeit
der Elektronen in der Entladungsstrecke des Resonators genommen wenden. Bei 30o
Mc dürfte es ziemlich schwierig sein, hoheLeistungen bei dauernder Speisung zu verwenden,
weshalb es notwendig wird, den Resonator von einem mit Impulsen betriebenen Generator
intermittent zu speisen. Durch Verwendung intermittenter Röntgenstrahlung köntitii
somit die Dimensionen des Resonators reduziert werden.
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Der Resonator kann außen am Erdpotential angeschlossen werden. Schädliche
Sekundärstrahlung und sonstige unerwünschte Strahlung kann mit einer am Resonator
angebrachten Schicht aus Blei oder aus sonstigem Röntgenstrahlen absorbierenden
\laterial abgeschirmt werden. Zu ähnlichem Zweck und auch zur Kühlung kann die Röhre
in einer Flüssigkeit vollständig versenkt werden.
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(.'m ein größtmögliches Hochtransformieren der zugeführten @\'ecliselspannung
und damit möglichst hohe Spannungen zwischen den Elektroden des Resonators zu erhalten,
soll der Resonator eine hohe Impedanz besitzen und einen hohen Q-«'ert durch zweckmäßiges
Abmessen der Innen- und Außenleiter bei Verwendung von Resonatoren mit koaxialen
Leitern.
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Anstatt Resonatoren der Schwinglinientype mit koaxialen Leitern können
freilich auch solche mit parallelen Leitern zur Verwendung kommen. Auch andere Typen
von Resonatoren, wie Rhumbatronen und sphärische Resonatoren (Hohlraumresonatoren)
können verwendet werden.
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Die an den Elektroden erzeugten Wechselspannungen sind von solcher
Größenordnung, daß eine Röntgenstrahlung von allen in der Praxis erforderlichen
Frequenzen erhalten werden kann. Da die Elektronen nur während der einen Halbperioden
der Schwingung im Resonator beschleunigt werden, so kann es zweckmäßig sein, beide
Elektroden sowohl mit Glühkathode als auch mit Brennfleck zu versehen, wobei die
Anordnung der Brennflecke derartig ist, daß die von denselben austretenden Röntgenstrahlen
gegen ein gemeinsames Fenster gerichtet sind und dasselbe passieren. Dadurch wird
eine annähernd ununterbrochene Strahlung erzielt.