DE972355C

DE972355C - Strahlenaustrittsfenster aus Glasfolie mit einer Dicke kleiner als 0, 1 mm, vorzugsweise Hartglasfolie, fuer Entladungsgefaesse, insbesondere Roentgenroehren, und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE972355C
Application number: DEL11624A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Phil Nat Habi Hosemann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-02-20
Filing date: 1952-02-21
Publication date: 1959-07-09

Description

AUSGEGEBEN AM 9. JULI 1959

Lii624VIIIc/2ig

Um die in einem Entladungsgefäß entstehende Strahlung ohne wesentlichen Intensitätsverlust außerhalb des Gefäßes ausnutzen zu können, sind bekanntlich in der' Gefäßwandung Stellen geringen Absorptionsvermögens, sogenannte »Röhrenfenster«, angebracht. Ist μ der Absorptionskoeffizient des Fenstermaterials und d die Fensterdicke, so gilt für die aus dem Fenster austretende Inten-

~- der Primärintensität J₀
Jo

J /o

= e

-μα

Der vom Fenster absorbierte Anteil ist also gegeben durch

ι ~j-= μα(τ — A · falls μί<ο,^.

Um diesen Wert möglichst klein zu halten, ist man vor allem bemüht, Fenstermaterial mit mögliehst niedrigem Absorptionskoeffizienten zu finden, und kann dann die Fenster genügend dick machen, damit sie die mechanischen Beanspruchungen leichter aushalten. Speziell für Feinstruktur-Röntgenröhren verwendet man Fenster aus Beryllium oder Lindemannglas (ein Lithium-Beryllium-Boratglas).

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Ihr Absorptionskoeffizient für die meist benutzte Cu-K-Eigenstrahlung beträgt μ = 3 cm"¹ bzw. ,M=IOCm""¹. Falls diese Fenster 25% der sie passierenden Strahlung verschlucken, dürfen siealso eine Dicke von 1 bzw. 0,3 mm haben. Da Lindemannfenster hygroskopisch sind und Berylliumfenster eine Reihe anderer Nachteile haben, ist neuerdings vorgeschlagen worden, Glimmerfenster zu verwenden. Da der Absorptionskoeffizient von Glimmer den Wert μ ~ioo Cm^-1 hat, müssen diese Fenster dünner als 0,03 mm sein. Bei 0,02 mm Dicke werden z. B. 18% der Strahlung im Fenster absorbiert. Glimmer hat neben anderem aber den großen Nachteil, schon unterhalb von 6oo° C Kristallwasser abzugeben. Aus diesem Grunde sind Strahlenaustrittsfenster aus dünnem Glas bekannt. Der Absorptionskoeffizient liegt zum Teil unter dem von Glimmer: Geräteglas 1447 III mit μ = Tj cm"¹, Pyrexglas mit μ = 85 Cm^-1 und ao Geräteglas 2577III mit μ = 110 cm—¹. Bei Fensterdicken von 0,02 mm werden also 15 bzw. 16 bzw. 20% der Strahlung absorbiert. Derartige Glasfenster sind absolut vakuumdicht und halten bei richtiger Wärmebehandlung bei einem Durchmesser von 10 bis 15 mm einen Druck von 1 atm zuver-. lässig aus. Der dünnwandige Glasteil wird durch Ausziehen aus dem übrigen dickwandigeren Teil oder durch Aufschmelzen von Glasfolie an einem Glasrohr vorgenommen. Derartige Fenster sind aber außerordentlich schwer herstellbar und nur wenig stabil.

Gegenstand der Erfindung ist ein Strahlenaustrittsfenster aus Glasfolie mit einer Dicke kleiner als 0,1 mm, vorzugsweise Hartglasfolie, für Entladungsgefäße, insbesondere Röntgenröhren mit dem Kennzeichen, daß die Folie auf einen gesonderten, geeignet geformten Fensterrahmen aus Metall aufgeschmolzen ist, derart, daß Folie und Rahmen einen fertigen Einbauteil bilden, der in das Entladungsgefäß vakuumdicht einbaubar ist. Es ist zwar bekannt, eine als Strahlenaustrittsfenster dienende Metallfolie längs ihres Randes mit einem Ring zu verlöten und anschließend die aus dem Ring und der Folie gebildete Einheit nach *5 Einfügen eines Stützkörpers für die Folie in die Gefäßwand einzusetzen und dann den auf der Wandung aufliegenden Ring mit ihr zu verschweißen. Diese Maßnahmen sind aber für Strahlenaustrittsfenster aus dünner Glasfolie ungeeignet.

Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. ι gibt die grundsätzliche Ausführungsform wieder. Die Glaslamelle 1 liegt auf der Wand des Fensterrahmens 8 auf, der aus einem Metall mit annähernd gleichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas hergestellt ist und am Fenster in einem Tubus 9 endigt, der am Innenrand 10 asymptotisch in der Mantelfläche eines Kegels mit dem Öffnungswinkel 11 endigt. Auf dem Fensterrand 9 ist die Lamelle 1 über eine größere Fläche aufgeschmolzen. Die Auf Schmelzung erfolgt vorteilhaft durch Hochfrequenzerhitzung.

Um jegliche Schubspannung aus der Glaslamelle ι zu nehmen, ist sie in an und für sich bekannter Weise nach dem Röhreninnern konvex mit einer derartigen Oberflächenform gekrümmt, daß innerhalb eines gewissen Bereiches ihrer Enddicke durch den Außendruck praktisch nur noch Zugspannungen im Glas erzeugt werden können. Durch die Gestaltung der Oberfläche in Form eines Paraboloides oder eines durchhängenden Kettennetzes wird dieses Ziel erreicht.

Die vorliegende Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der schubspannungsfreien Fensteroberfläche das Fenster bei von außen kontrollierbarer Temperatur in der Nähe oder oberhalb seines Transformationspunktes bei einem gleichfalls von außen einstellbarem Unterdruck in einem gewissen Zeitabschnitt je nach der Glasviskosität auf die schubspannungsfreie Form ausgezogen wird. Dazu bildet (Fig. 2) das Fenster mit Fensterrahmen 13 einen Teil der Wandung eines Hilfsgefäßes 14, das über das Rohr

15 auf geeigneten Unterdruck gebracht wird. Fenster und Gefäß sind dabei in einem Temperofen

16 untergebracht. Sobald das Fenster die geeignete Form angenommen hat, vermindert man die Ofentemperatur und den Unterdruck nacheinander oder in Kombination miteinander und erhält nach ent- go sprechender Abkühlzeit das Fenster mit Fassung 13 fertig zum Einbau.

In Fig. 3 schließlich ist das im Metalltubus 20 angebrachte Glasfenster 21 durch ein Schirmgitter 22 geschützt. Dieses Schirmgitter ist als dünne Metallfolie oder als Metalldrahtnetz ausgeführt und hat mit der Metallwand 23 und dem Fenstertubus 20 elektrischen Kontakt. Dadurch ist das Fenster vor elektrischen Spannungen und vor auftreffenden Elektronen geschützt. Hat das Schirm- 1.00 gitter 22 die Form einer Metallfolie und wird die Cu-K-Eigenstrahlung einer Kupferanode benutzt, so werden 5⁰/» der durchgehenden Intensität absorbiert, falls eine Mg-Folie von 0,007 mm Dicke oder eine Al-Folie von 0,004 ^mm Dicke oder eine Ni-Folie von ο,οοι mm Dicke Verwendung finden. Wird statt dessen ein Schirmgitter aus parallelen Metallfolienstreifen verwendet, deren Dicke gleich ist ihrem gegenseitigen Zwischenraum, so können bei gleichem Intensitätsverlust die Streifendicken doppel so groß sein wie bei einer zusammenhängenden Folie. Das Schirmgitter kann auch aus sehr feinem Maschendraht hergestellt sein oder als Metallbelag auf der Innenseite des Röhrenfensters aufgedampft werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Strahlenaustrittsfenster aus Glasfolie mit einer Dicke kleiner als 0,1 mm, vorzugsweise Hartglasfolie, für Entladungsgefäße, insbesondere Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie auf einen gesonderten, geeignet geformten Fensterrahmen aus Metall aufgeschmolzen ist, derart, daß Folie und Rahmen einen fertigen Einbauteil bilden, der in das Entladungsgefäß vakuumdicht einbaubar ist.
2. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterrahmen in seinem innersten Teil in die Mantelfläche eines Kegels einmündet oder einen nach innen ragenden Wulst derart bildet, daß die Fensterfolie in das Gefäßinnere durchgebogen ist, wobei sie beispielsweise die Oberflächenform eines Paraboloides, eines durchhängenden Kettennetzes oder einer Halbkugel hat, so daß in ihr ίο durch den Unterdruck im Entladungsgefäß

praktisch keine Schubspannungen entstehen können.
3. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterrahmen aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Verbindung hergestellt ist und das Glas einen diesem Metall entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat.
4. Strahlenaustrittsfenster mit Fensterrahmen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster vor dem Einbau in das Entladungsgefäß seine endgültige Form erhält.
5. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu seinem Schutz vor Elektronenbombardement und elektrischer Spannung auf der Fensterinnenseite ein Schirmgitter angebracht ist.
6. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schirmgitter als zusammenhängende Folie oder als Streifengitter aus einander parallelen Folienstreifen oder als Maschengitter aus feinem Draht aus einem Metall mit niedrigem Absorptionskoeffizienten, vorzugsweise aus Beryllium, Magnesium oder Aluminium, hergestellt ist.
7. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Schirmgitter ein Metall gewählt wird, dessen K-Absorptionskante etwas kurzwelliger ist als die benutzte Eigenstrahlung der Anode, für Cu-K-Strahlung beispielsweise Nickel.
S. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Vakuum zugekehrten Seite des Glasfensters ein Metallspiegel, vorzugsweise aus Aluminium, aufgedampft ist, der elektrischen Kontakt mit dem Fensterrahmen hat.
9. Verfahren zur Herstellung eines Strahlenaustrittsfensters aus Glas nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster mit Rahmen einen Teil der Wandung eines Hilfsgefäßes bildet und gleichzeitig bis auf eine in der Nähe oder oberhalb des Transformationspunktes des Glases liegende Temperatur aufgeheizt und das Hilfsgefäß auf einen gewissen Unterdruck ausgepumpt wird, und daß die Heiztemperatur und die Höhe des Unterdruckes einzeln oder in Kombination miteinander über eine gewisse Zeitspanne auf einem unter Umständen zeitabhängigen Sollwert gehalten werden, bis das Glasfenster eine möglichst schubspannungsfreie Form erreicht hat und seine inneren Spannungen ausgeglichen sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Strahlenaustrittsfensters nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaslamelle durch Hochfrequenzerhitzung aufgeschmolzen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 490 709, 578 638, 356, 591 463. 603 896, 615 691, 633 298, 649688, 699204, 743765, 818383;

schweizerische Patentschrift Nr. 158 061;

Espe und Knoll: »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, 1936, S.322;

Werbedruckschrift »SRW572G« der Siemens-Reinigerwerke.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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