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Strahlentransformator zur Erzeugung hoher Spannungen Es ist bereits
bekannt, daß man zur Erzeugung hoher Spannungen einen sogenannten Strahlentransformator
verwenden kann, d. h. eine Einrichtung, in der ein Elektronenstrom in einem elektrischen
Wirbelfeld beschleunigt wird. Dieses elektrische Wirbelfeld wird durch einen sich
zeitlich ändernden magnetischen Fluß erzeugt. Auf die Elektronen, die den sich ändernden
magnetischen Fluß, d. h. die Bahn dieses Flusses umkreisen und dabei beschleunigt
werden, wirkt dabei zur Aufhebung der Fliehkraft der Elektronen ein sogenanntes
magnetisches Steuerfeld, so daß unter dem Einfluß der Fliehkraft und der Kraft des
Steuerfeldes eine Kreisbahn (Gleichgewichtskreis) durchlaufen wird.
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Zur Einführung des Elektronenstromes in die Kreisbahn dient bei derartigen
Strahlentransformatoren, soweit der Elektronenstrom nicht in unmittelbarer Nähe
des Gleichgewichtskreises erzeugt wird, ein magnetisches Hilfsfeld, welches den
verhältnismäßig weit außerhalb des Gleichgewichtskreises erzeugten Elektronenstrom
in die Kreisbahn hineinführt. Der beschleunigte Elektronenstrom wird mittels eines
weiteren Hilfsfeldes, welches erst eingeschaltet wird wenn der Elektronenstrom voll
beschleunigt worden ist, aus der Kreisbahn wieder herausgelenkt und zum Auftreffen
auf eine Antikathode gebracht.
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Für die Spannung V, welche man mit einem derartigen Strahlentransformator
erzeugen kann, wenn man die schnellen Elektronen auf eine Antikathode auftreffen
läßt, gilt die Gleichung
in welcher V die Spannung der Antikathode bedeutet, 0 den Wert, auf welchen der
Fluß gesteigert wird, c die Lichtgeschwindigkeit, r den Radius des Gleichgewichtskreises
und a die sogenannte spezifische Massenenergie, d. h. den Quotienten
worin m. die Ruhemasse des Elektrons ist und c seine Ladung.
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Diese Gleichung für die Spannung V setzt voraus, daß die Elektronen
mit der Geschwindigkeit Null in
den Gleichgewichtskreis eingeführt
werden und daß der magnetische Fluß sich von dem Werte Null aus auf den Wert 0 steigert.
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Nun ist eine Einführung von Elektronen »in den Gleichgewichtskreis
mit der Geschwindigkeit Null nicht möglich, da die zugeführte Ladung sich sofort
zerstreuen würde. Daher wurden bei einer bekannten Ausführung eines Strahlentransformators
die Elektronen in der Nähe des Gleichgewichtskreises mit einer gewissen Anfangsspannung
erzeugt. Wenn in einem derartigen Fall die Anfangsspannung der Elektronen eine andere
ist, als dem Achsabstand der Einführung entspricht, so entsteht zunächst eine spiralförmige
Bahn, bis die Elektronen den Gleichgewichtskreis erreicht haben. Die Anfangsspannung
der Elektronen kann jedoch nicht beliebig hoch gesteigert werden, da sonst nach
einem Umlauf die Spirale noch nicht genügend weit von der Einführungsstelle entfernt
ist. An sich würden hohe Anfangsspannungen erwünscht sein, um hohe Strahlleistungen
zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb bei einem Strahlentransformator mit
einer verhältnismäßig weit außerhalb des Gleichgewichtskreises vor sich gehenden
Erzeugung des Elektronenstroms und einemElektronenstrahl, der anfänglich auf einer
spiralförmigen Bahn, später auf einem Kreise (Gleichgewichtskreise) verläuft, wobei
mittels eines ersten Hilfsfeldes der Elektronenstrom in die Spiralbahn eingeführt
und mittels eines zweiten Hilfsfeldes aus der Kreisbahn abgeführt wird, durch das
ersteHilfsfeld der Elektronenstrom elektrostatisch tangential zum Anfang der Spiralbahn
gerichtet und mittels eines weiteren, radial zum Gleichgewichtskreis verlaufenden
elektrischen Feldes zeitlich abnehmender Feldstärke der Radius des Gleichgewichtskreises
allmählich verkleinert.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Abb. i der 'Zeichnung
veranschaulicht. Diese zeigt den Gleichgewichtskreis K und ein Ablenkplattenpaar
P, das die von der nur schematisch gezeichneten Elektronenquelle Q stammenden Elektronen
tangential zum Anfang der Spiralbahn richtet. Dieses Plattenpaar P erzeugt das obengenannte
erste Hilfsfeld. Durch ein fast den ganzen Gleichgewichtskreis umfassendes und sich
an diesen Kreis anschmiegendes weiteres Plattenpaar P' wird ein in der Richtung
des Radius des Gleichgewichtskreises verlaufendes Feld erzeugt, das im Augenblick
des Eintretens der Elektronen in die Spiralbahn eine endliche Feldstärke hat und
zeitlich allmählich abnimmt. Dieses Feld soll vorzugsweise mittels einer Kondensatorentladung
erzeugt werden, d. h. zeitlich exponentiell abnehmen. Nach einem Umlauf der Elektronen
ist dieses Feld so weit abgeklungen, daß die Spiralbahn, die unmittelbar hinter
den Platten P längs der Kurve a verläuft, etwa der Kurve b folgt. Durch die Dimensionierung
der Zeitkonstante der Kondensatorentladung hat man es nun in der Hand, den Abstand
der Spiralkurvenstücke a und b vom Mittelpunkt des Gleichgewichtskreises derart
verschieden groß zu machen, daß auch bei hoher Anfangsspannung kein Anstoßen der
Elektronen an den Platten P befürchtet werden muß. Gemäß der weiteren Erfindung
soll nach erfolgter Beschleunigung des Elektronenstromes durch einen möglichst schnellen
Anstieg der an den Platten P' liegenden Spannung auf einen neuen konstanten Wert
das radial zum Gleichgewichtskreis gerichtete elektrische Feld wieder zeitlich zunehmen,
so daß sich der Radius des Gleichgewichtskreises allmählich wieder vergrößert, bis
die Elektronen das zweite Hilfsfeld durchlaufen, das sie wieder aus der Kreisbahn
abführt. Die entsprechende Anordnung der Abführungselektroden A und eine Darstellung
der Bahnkurven bei der Einführung und Abführung ist in Abb. 2 enthalten. Die Mittellinie
iYI der Kreisröhre ist dort gerade gestreckt dargestellt, und die Einführungselektroden
sind, wie in Abb. i, mit P bezeichnet. Der Beginn und das Ende der Kreisröhre sind
mit B und E bezeichnet; die beiden senkrechten punktierten Linien fallen also in
Wirklichkeit zusammen, d. h. der Gleichgewichtskreis hat den Umfang U. Die bei der
Einführung durchlaufene Bahnkurve a nähert sich allmählich dem mit M zusammenfallenden
Gleichgewichtskreis, und bei der Abführung folgen die Elektronen der Bahnkurve z,
um von den Abführungsplatten A der Stelle zugeführt zu werden, an der sich die Antikathode
oder auch etwa eine Ionisierungskammer befindet, die ein dem Elektronenbombardement
auszusetzendes Gas enthält und die durch ein Lenardfenster L abgeschlossen ist.