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Strahlentransformator Unter der Bezeichnung Strahlentransformator
ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher Elektronen in einer Vakuumröhre zu einem
mehrmaligen Umlauf in einem mittels Induktion, d. h. mittels eines sich zeitlich
ändernden magnetischen Flusses hergestellten elektrischen Wirbelfeld gezwungen werden.
Zur Aufhebung der Fliehkraft der Elektronen dient dabei ein weiteres mit dem genannten
InduktionsfluB parallel verlaufendes und gleichgerichtetes magnetisches Feld, das
Steuerfeld genannt worden ist.
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Um ungewollte Abweichungen der Elektronen von dem bei der Beschleunigung
durchlaufenen Benkreis zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, den Bahnkreis
mit einer Anzahl elektrostatischer Linsen zu besetzen, deren Achsen jeweils mit
einer. Tangente an den Bahnkreis zusammenfallen und welche bei Abweichungen der
Elektronen von der Kreisbahn Kräfte ausüben, die überall auf die Röhrenachse hin
gerichtet sind, und die Elektronen daher auf die Kreisbahn zurückführen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, an Stelle der erwähnten
elektrostatischen Linsen magnetische Linsen zu verwenden.
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Um die Elektronen, die in einem an der Beschleunigungsröhre angebrachten
Ansatzrohr erzeugt werden, auf den Bahnkreis zu bringen, muB man in diesen Fällen
an der Einführungsstelle den die Linsenfelder erzeugenden Elektroden, Magneten oder
Spulen einen größeren Durchmesser erteilen als an anderen Stellen der Beschleunigungsröhre
und diesen Durchmesser von der Einführungsstelle ab stetig bis auf einen konstanten
Durchmesser abnehmen lassen. Bei geeigneter Ausbildung der Linsen treten dann innerhalb
desjenigen Teils der Reschleunigungsröhre, längs dessen dieElektroden-, Magnet-
oder Spulendurchmesser langsam abnehmen, schwächere Stabilisierungskräfte auf als
an
den Röhrenstellen mit gleichen Linsendurchmessern. Da nun die Beschleunigungsröhre
von jedem Elektron sehr oft durchlaufen wird, unterliegt jedes Elektron somit einer
periodisch veränderlichen Stabilisierungskraft, wobei diese Periodendauer wegen
der ansteigenden Elektronengeschwindigkeit veränderlich ist und sehr viele verschiedene
Frequenzen in dieser periodisch veränderlichen Kraft vorkommen, denn in der Elektronenumlaufrichtung
gesehen nehmen an der Einführungsstelle die Stabilisierungskräfte plötzlich ab und
sodann langsam wieder zu. Es ist nun außerdem zu bedenken, daß die Elektronen um
den Gleichgewichtskreis als Achse schwingende Bewegungen ausführen, denn auf dem
Gleichgewichtskreis selbst ist die Linsenkraft Null, während sie bei Abweichung
von diesem Kreis zunimmt. Der Vorgang der Stabilisierung der Elektronen auf diesem
Kreis ist .also nur als ein dauerndes Schwingen der Elektronen in einer zum Kreisumfang
transversalen Richtung denkbar. Wenn nun diese Eigenfrequenz der Elektronen mit
der Grundwelle oder mit einer von den Oberwellen der veränderlichen Stabilisierungskraft
zusammenfällt, tritt Resonanz auf, und es können sich unter Umständen sehr große
Schwingungsamplituden ausbilden, mit anderen Worten, die Elektronen können auf die
Röhrenwände auftreffen.
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Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Elektronen in die Linsenstraße
einzuführen, ohne daß man das Linsenkraftfeld in der früher vorgeschlagenen Weise
auszubilden braucht, d. h. ohne die Elektronen bei jedem Umlauf an einer Stelle
vorbeizuführen, an der die Stabilisierungskraft eine Änderung aufweist.
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Zu diesem Zweck soll gemäß der Erfindung ein Strahlentransformator
mit einer Mehrzahl von zur Stabilisierung,des Elektronenstroms .dienenden, auf den
Umfang der Beschleunigungsröhre angeordneten sphärischen magnetischen Linsen eine
bzw. mehrere Kathoden zur Erzeugung .der zu beschleunigenden Elektronen von ring-
oder zylinderförmiger Gestalt besitzen, die konzentrisch zu den Linsen in der Mitte
zwischen zwei bzw. in der Mitte zwischen je zwei aufeinanderfolgenden dieser Linsen
angeordnet sind, und die zur Anfangsbeschleunigung der Elektronen dienende Spannung
soll zwischen der Ringkathode und einer im Röhreninnern liegenden rohrförmigen Anode
angeschlossen sein, derart, daß die Kathode und die Anode die Elektroden einer elektrostatischen
Immers@ionsl-inse bilden,: Eine Ausführungsform der Erfindung für nur eine Umlaufrichtung-
der Elektronen sei im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist
ein Teil derBeschleunigungsröhre eines Strahlentransformators gerade gestreckt dargestellt
und mit i o bezeichnet. Mit i i. und 12 sind zwei elektromagnetische Linsen bezeichnet,
welche gegensinnige Erregerströme führen, wie in der Zeichnung auch angedeutet.
Zwischen den beiden Spulen ii und 12 und konzentrisch zu ihnen liegt ein ringförmiger
Kathodenkörper 13, der von seiner nach rechts konkaven Innenfläche aus vermöge eines
dort angebrachten aktiven -Belags oder von einem dort v °rlaufenden Glühdraht (nicht
gezeichnet) aus nach rechts Elektronen emittiert. Diese Kathode ist über die Leitung
14 an ein negatives Potential gegenüber dem .Potential eines Metallrohres 15 und
i#6 im Innern der Röhre io angeschlossen, beispielsweise an - 3o kV, wenn das Metallrohr
15 und 1,6 sich auf o kV befindet. Das Metallrohr 15 wirkt als Anode für
die aus der Kathode 13 austretenden Elektronen und ist zu diesem Zweck an der der
Kathode gegenüberstehenden Känte abgerundet. Von dem Rohr 16 wird später gesprochen
werden.
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Wenn die Kathode .r3 sich auf negativem Potential gegenüiber
15 befindet, werden sich bei der dargestellten Anordnung etwa die durch die
punktierten Linien 17 angedeuteten Elektronenbahnen ausbilden, die von einer fiktiven
Kathode 13' herzukommen scheinen. Es gelingt also in dieser Weise, in die
Beschleunigungsröhre Elektronen einzuführen, ohne eine besondere Linsenausbildung
an der Einführungsstelle und damit die Gefahr von Resonanzschwingungen der Elektronen
in Kauf nehmen zu müssen. Das Rohr 15 stellt dabei die eine Elektrode und
die Kathode 13 die andere Elektrode einer elektrostatischen Immersionslinse dar,
die in einiger Entfernung von der Kathode auf einem Leuchtschirm ein verkleinertes
Bild der Kathode erzeugen würde. Die Einführung des Elektronenstroms in die Linsenstraße
unter Vermeidung des Auftretens einer Änderung der Stabilisierungskraft an der Einführungsstelle
gelingt dabei deshalb, weil in der Mitte zwischen zwei Linsenspulen .die Stabilisierungskraft
Null ist und man infolgedessen an dieser Stelle Elektronen der Röhrenachse nähern
kann, ohne daß sie in dem magnetischen Linsenfeld kinetische Schwingungsenergie
erhaften. Bei den weiteren Umläufen bewirkt zwar die Immersionslinse ihrerseits
eine periodische Abbremsung der Elektronen, aber diese Störung kann kleingehalten
werden; und außerdem vermindert sich der Betrag dieser Störung mit steigender Elektronengeschwindigkeit
sehr stark. Um die Störung durch die Immersionslinse klein zu halten, muß die Kathode
in der Richtung z und ,der Abstand zwischen der Kathode und dem Beginn des Rohres
15 in der Richtung z klein gegenüber dem Radius. y der Beschleunigungsröhre
gemacht werden.
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Außerdem kann man die Zeitdauer dieser Störung begrenzen, indem man
nach vollendeter Einführung von Elektronen in die. Röhre die Kathode auf das Potential
der Anode bringt. Auf diese Weise !kann man z. B. die Störung bei einem z5-@MV-Transformator
auf etwa i Mikrosekunde oder weniger, d. h. auf etwa ioo Elektronenumläufe oder
noch weniger, begrenzen. Während dieser kurzen Zeit läß!t sich die Resonanz der
Störung mit den Eigenschwingungen der Elektronen auch leicht vermeiden.
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Von der Kathode 13 werden zwar auch Elektronen in das Rohr
i;6 hineinwandern, jedoch ist deren Zahl bei der dargestellten Kathodenform sehr
gering und ohne Bedeutung. -Die Erfindung bringt außerdem den Vorteil mit
sich,
daß die konstruktiven Verhältnisse für die Benutzung einer sehr starken negativen.
Spannung zwischen einer Ring- oder Zylinderkathode gemäß der Erfindung und einer
rohrförmigen Anode zwischen zwei Linsenspulen besonders günstig sind. Man kann also
die Elektronen sehr leicht bereits mit hohen Geschwindigkeiten auf den Bahnkreis
bringen.
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Eine Elektroneneinführung gemäß der Erfindung kann ferner nicht nur
an einer, sondern an mehreren Stellen des Bahnkreises, gewünschtenfalls zwischen
allen Linsenspulen vorgenommen werden.
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Außerdem kann man die Anode 15 in mehrere an verschiedenen Spannungen
liegende Zylinder unterteilen.
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Falls in dem Strahlentransformator während beider Halbperioden der
die Primärwicklung speisenden Spannung eine Elektronenbeschleunigung stattfinden
soll, d. h. wenn man Elektronen sowohl in der einen als auch in der entgegengesetzten
Umlaufrichtung beschleunigen will, muß die Kathode nach beiden Seiten hin, also
sowohl nach dem Rohr 15 als nach dem Rohr 16, symmetrisch gestaltet werden. Es geht
zwar dann stets die Hälfte des Emissionsstroms der Kathode verloren, was jedoch,
da man eine verhältnismäßig große Kathodenoberfläche zur Verfügung hat, leicht tragbar
ist.