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Hochvakuum-Röntgenblitzrohr Um den Zustand schnell bewegter materieller
Objekte oder die Phase schnell veränderlicher Wellenvorgänge im Innern undurchsichtiger
Körper photographieren und messen zu können, . hat M. S t e e n b e c k erstmals
intensive Röntgenllichtblitze zur Anwendung gebracht. Er verstand darunter Röntgenstrahlen
von großer Intensität, aber kleiner Zeitdauer zwischen 10-7 bis io e sec.
Er erzeugte diese Röntgenstrahlen in gläsernen Entladungsgefäßen, die mit Hg-Dampf
gefüllt waren.
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Nähere Untersuchungen haben nun gezeigt, daß man erheblich größere
Intensitäten von Röntgenblitzen und längere Lebensdauer der Entladungsrohre erzielen
kann, wenn man vom gasgefüllten Entladungsgefäß zum Hochvakuumentladungsrohr übergeht.
Fig. i zeigt das Schema eines Hochvakuum-Röntgenblitzrohres mit der zugehörigen
Betriebsschältung. Der Entladungsraum des Rörntgenr blitzrohres r wird durch dien
Innenraum eines polierten, Stahlzylinders 2, der über das. Rohr 3 an eine Hochvakuumluftpumpe
angeschlossen und ständig evakuiert wird, gebildet. Der Stahlzylinder 2 trägt an
seinem einen Ende den Durchführungsiisolator 4 mit der Anodenstange 5 und dem massiven
Wolframkegel6 als Spitze; das andere Ende des Stahlzylinders 2 wird durch die Kathode
7 in Gestalt eines abgestumpften Hohlkegels aus Molybdän oder Eisen und durch das
dünne Strahlenaustrittsfenster aus beispielsweise Aluminium gebildet. Der obere
Rand dies Hohlkegelstumpfes ist nach innen in Richtung auf die Anodenspitze zu umgebogen
und abgerundet.
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Parallel zu diesem Blitzrohr liegt einmal die Sekundärseite eines
Stoßtransformators 12 mit dem
Hochohmwiderstand i i in< Serie.,
zum anderen die Kugelfunkenstrecke 9 und mit ihr in Serie der von einer Hochspannungsquelle,
z. B. Transformator mit Ventilröhre, aufgeladene Kondensator io. Ist der Kondensator
io aufgeladen und die Kugelfunkenstrecke 9 apf einen Abstand nahe dem Durchschlag
eingestellt, so bedarf es nur noch eines. Stromimpulses auf der Primärseite des
Transformators 12, um durch die sekundäre Stoßspannung die Funkenstrecke 9 zu zünden
und damit den Kondensator io über diese sehr niederohmige Funkenstrecke auf das
Röntgenblitzrohr i zu schalten. Gestalt und Abstand: der Elektroden 6 und 7 ermöglichen
eine so hohe elektrische Feldstärke daß durch kalte Elektronenemission ein Überschlag
.im Hochvakuum zwischen Arnodrenspitze 6 und Kathode 7 auftritt und dadurch auf
der Anode 6 die Emission von Röntgenstrahlungermöglichtwird. DieEmisson der Röntgenstrahlung
erfolgt vorzugsweise durch das Strahlenaustrittsfenster B. Die Entladung des Kondensators
io erfolgt mit großer Stromstärke in einem einzigen Schlag, also nicht oszillierend.
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Die rotationssymmetrische Form des Anodenkegels 6 und der Hohlkathode
7 und ihre entsprechende Zuordnung zueinander weist gegenüber anderen Konstruktionsformen
besondere Vorteile auf. Das elektrische Feld zwischen beiden Elektroden ist rotationssymmetrisch
und- bewirkt, daß der elektrische Durchschlag praktisch in dem gesamten Bereich
zwischen der Anode und dem oberen Ende der Hohlkathode bzw: zwischen mehreren über
dien Umfang 'der Kathode verteilten Punkten und der Anodenispitze stattfindet. Eine
verhältnismäßig gleichmäßige Abnutzung der Anode ist die Folge. Die härtesten Komponenten
des entstehenden Gem,ischE:s von Röntgenstrahlen gehen von der Spitze der Anode
aus, da hier naturgemäß die schnellsten Elektronen auftreffen. Der Brennfleck hat
an sich der Form der Anode entsprechend die Gestalt eines Kegelmantels. Seine Achse
fällt in die Richtung des Hauptstrahles der Röntgenstrahlung. Der Anastigmatismus
dieser Anode ist verhältnismäßig gut; der wirksame Fokus hat einen Durchmesser von
mehreren Millimetern je nach der Stärke der Strahlenfilterung. Als Spitzenwinkel
des Anodenkegels 6 wählt man zweckmäßig einen Wert um 3o° herum. Zu groß darf dieser
Winkel nicht werden, da dann das elektrische Feld zwischen Anode und Kathode an
Bündelung und Feldstärke verliert; zu klein darf er nicht werden, da'dann.die Anode
der hohen Belastung nicht mehr gewachsen ist und die Spitze zu schnell weggeschmolzen
wird. In der Nähe der Anodenspitze erfolgt der Aufschlag der Elektronen ungefähr
senkrecht auf den Kegelmantel, das Maximum der emittierten BremGstrahlung liegt
unter einem spitzen Winkel zum Kegelmantel, sö daß wirklich ein. Maximum an Strahlenenergie
das Fenster 8 verläßt.
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Eine andere Form des Rörttgenblitzrohres, die sich von der vorhergehenden
durch eine besondere Zündelektrode sowie durch die elektrische Schaltung unterscheidet,
zeigt Fig. 2. Das sonst wie -in Fig. i gestaltete Blitzroht'i besitzt hier als Kathode
einen Hohlkegelstumpf, dessen der Anode zugekehrtes Ende flach geschliffen ist.
Oberhalb dieser Kathode ist eine ringförmige flache Zündelektrode 13 derart angeordnet,
däß zwischen ihr und der Kathode 7 ein schmaler ringförmiger Schlitz von einigen:
Zehnteln Millimeter Breite verbleibt. Die Spannungszuführung zur Zündelektrode 13
erfolgt durch einen Wandisolator 14.
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lm Gegensatz zum Rohr nach Fig. i sind Anode und Kathode hier ständig
mit dem Hochspannungskondensator io verbunden. Die Elektrodena@bstände sind so gewählt,
daß bei der Betriebsspannung kein selbständiger Überschlag im Hochvakuum auftritt.
Erst wenn durch irgendeinen Vorgang, beispielsweise dem,, der dann durch den Röntgenblitz
durchstrahlt und in einer bestimmten Phase photographiert werden soll, an der Sekundärseite
von 12 eine Stoßspannung von io bis 2o kV erzeugt wird, erreicht die elektrische
Feldstärke in dem schmalen Ringspalt zwischen Zündelektrode und Kathode einen Wert,
der zur Feldemission von Elektronen führt und damit die Hauptentladung zwischen,
Anode und Kathode auslöst. Durch die Entladung, die mit Stromstärken von mehreren
tausend Ampere vor sieh geht, wird der Hochspannungskondensator io momentan entladen.
Durch die Einführung einer besonderen Zündielektrode 13 werden die unregelmäßigen
Schwankungen des zeitlichen Einsatzes des Röntgenblitzes, wie,sie der Schaltfunken
der Kugelfunkenstrecke 9 mit sich bringt, ganz beträchtlich vermindert; der Zeitmoment
der Auslösung des Röntgenblitzes kann mit großer Exaktheit von der Phase des zu
beobachtenden Vorganges abhängig gemacht werden. Die Einführung einer Zündelektrode
bringt andererseits die Notwendigkeit einer besonderen isolierten Durchführung mit
sich und erfordert unter Umständen ein besseres Hochvakuum als früher.
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Eine technisch besonders einfache, materialsparende und in .den wichtigsten
Teilen leicht zugängliche Konstruktion eines Hochva.kuum-Röntgenblitzrohres zeigt
Fig.3. Der große stählerne Zylinder 2 der Fig. i und 2 ist hier durch einen niedrigen
Topf 15 ersetzt worden. Er trägt im Innern die Hohlkathode 7 und. kann gegebenenfalls
mit ihr zusammen aus einem einzigen Stück Eisen gedreht werdem An diesem Topf 15
befindet sich ferner der Ansaugestutzen 3 und der Durchführungsisolator 14 für die
Zündelektrode. Der Abstand zwischen Kathode 7 und Zündelektrode 13 kann durch passend
angebrachte Glas- oder Keramikringe eingehalten werden:. Oberhalb dieses Topfes
15 befindet sich ein innen glasierter Hochspannungsisolator, der die Anodenstange
5 . mit der Wolframspitze 6 trägt. Entladungstopf 15 und Isolator 4 sind unter Zwischenlage
eines Gummiringes 16 vakuumäbcht verbunden. Um den Zündverzug an der ringförmigen
Zündfunkenistrecke besonders klein haltern und eine hohe elektrische Feldstärke
dort erzeugen zu können, ist der Kegelstumpf der Kathode, wie gezeichnet, schräg
angeschliffen worden. Zwischen der scharfen ringförmigen Kante dieser Kathode und
der ebenfalls scharfen inneren Kante
der Zündelektrode
13 befindet sich nur ein Zwischenr raum von etwa ilio mm. Der wirksame Fokus
dieses Rohres hat bei ioo kV Betriebsspannung für die harten Strahlen einen Durchmesser
von etwa i mm. Vor dem Strahlenaustrittsfenster 8 kann mit einem einzigen Röntgenblitz
von etwa i0-7 sec Dauer eine Eisenplatte von 7 mm Stärke und eine Aluminiumplatte
von 70 mm Stärke durchleuchtet werden.