DE851529C - Hochvakuum-Roentgenblitzrohr - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRCCHE: i. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr, dadurch gekennzeichnet, d@aß einer als Hohlkegelstumpf ausgebildeten kalten Kathode eine Wolframkegelanode derart gegenübersteht, daß die Achsen von Anode und Kathode zusammenfallen und die Spitze der ersteren ungefähr in der Höhe der oberen (kleineren) Kegelstumpfebene liegt.
2. 2. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der der Anode zugekehrte Teil des Kegelstumpfes zur Erzielung einer höheren Feldstärke in RJc'htung auf die Anodenspitze nach innen umgebogen ist.
3. 3. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Hohlzylinder an einem Ende Kathode und Strahlenaustrittsfenster und am anderen Ende den Durchführungsisolator für die Anode trägt.
4. 4. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr nach Anspruch i und 3, derart geschaltet, daß parallel zu ihm einmal die Sekundärseite eines Stoßtransformators mit vorgeschaltetem Hochohmwiderstand, zum anderen eine Schaltfunkenstrecke mit dem Hochspannungsladekondensator in Serie liegen und die Zündung durch einen Stromimpuls auf dler Primärseite des Stoßtransformators mit anschließendem Durchschlag der Funkenstrecke erfolgt.
5. Hochvakuum-Röntgenbl-itzrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da.ß oberhalb der Kegelstumpfkathode eine tellerförmige Zündelektrode derart angeordnet ist, daß zwischen beiden ein schmaler ringförmiger Spalt verbleibt, in; welchem ein Überschlag im Hochvakuum bewirkt und dadurch die Hauptentladung zwischen Anode und Kathode zur Erzielung des Röntgenblitzes eingeleitet wird.
6. 6. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeüchnet, daß ein metallischer Hohlzylinder an einem Ende Kathode, , Zündelektrode und Stra.hlenaustrittsfenster und, am anderen Ende dien Durchführungsisolator für die Anode trägt.
7. 7. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr .nach Anspruch 5, derart geschaltet, daß der Hochspannungskondensator fest mit ihm verbunden bleibt und eine Zündung erst eintritt, wenn vermittels eines Stoßtransformators zwischen Zünd elektrode und Kathode eine zum Durchschlag im Hochvakuum führende Stoßspannung gelegt w i rd. B. Hochvakuum-Röntgenblitzröhr nach Anspruch i und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kathode, Zündelektrode mit Durchführung, Strahlenaustrittsfenster und-, Hochvakuum-Pumpenanschluß in einem nüedrigen metallischen Topf untergebracht sind und darüber ein innen glasierter, die Anode tragender Hochspannungsisolator aufgebaut ist, wodurch der Entladungsraum nur zu einem Teil von metallischen Wänden umschlossen ist. g. Hochvakuum-Röntgenblitzrohr nach Anspruch 8, derart geschaltet, daß bei Benutzung der Zündelektrode die Schaltung nach An@ Spruch 7 und ohne Benutzung der die Schaltung nach Anspruch 4 zur Anwendung kommt.