Verfahren zur Zustandsbeeinflussung von Stoffen bezw. Stoffgemischen mit Hilfe von Elektronenstrahlen und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Zustandsbeeinflussung von Stof- fen bezw. Stoffgemischen mit Hilfe von aektronenstrahlen und auf eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Unter Zustandsbeeinflussung ist hier so- t:-ohl die Herbeiführung chemischer ReakLio- nen im gewöhnlichen Sinne des Wortes, als d j ge von #venigstens anscheinend ,iieh ie-eni- physikalischen Zusta.ndsänderimgen verstan den;
(-#s gehören dazu zum Beispiel das Unlös- liehmachen von Kautschuk, die Überfübrung von <U>F,.</U> iis und chinesischem Holzöl in den festen Zustand, die Überführung von Phenol - Formaldehyd - Kunstharzen in den unlöslichen und unschmelzbaren Zustand, die Erhöhung der Lumineszenz von Lumines- zenzfarben. die Polymerisation organischer Gase, die Umwandlung von Wassergas oder Plaugas in flüssige Kohlenwasserstoffe,
die Bindung des Stickstoffes der Luft mit dem Sauerstoff der Luft zu Stickoxyd usw. In Frage kommen hier sowohl die von radioaktiven Substanzen ausgesandten traUlen, als auch die von der Kathode eines S Entladungsgefässes (Lenard'schen Röhre) ausgehenden sogenannten Kathodenstrahlen.
Die Erfindung besteht darin, dass man ausserhalb des zu beeinflussenden Stoffes oder Stoffgemisches entstehende Elektronenstrah len, deren Elektronen künstlich erzeugte hohe Potentialdifferenzen durchlaufen, durch ein sogenanutes Lenard'sches Fenster, das heisst eine dünne, für Elektronenstrahlen durch lässige Metallfolie, in einen jenen Stoff oder jene Mischung enthaltenden Raum, der im folgenden als Reaktionsraum bezeichnet wer den wird, eindringen und darin auf den be treffenden Stoff oder auf die betreffende Mi schung einwirken lässt.
Dieses Verfahren soll ermöglichen, die Bedingungen in dem Reaktionsraum so zu wählen, wie es die günstigste Wirkung der Elektronenstrahlen erfordert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Kathodenstrahlen in einem evakuierten Entladungsgefäss (Lee nardsche Röhre), das mit einem für Elek tronenstrahlen durchlässigen Organ abge schlossen ist, erzeugt; die Kathode ist vor zugsweise als Glühkathode, insbesondere als mit Metalloxyd bedeckte Glühkathode (Weh- neltkathode) ausgeführt. Es erweist sich oft als zweckmässig, einen Teil der von den Elek tronenstrahlen zu durchlaufenden Potential differenzen in den Reaktionsraum zu ver legen.
Es hat sich auch als zweckmässig er wiesen, die Elektronen, sei es im Innern des Entladungsgefässes, sei es auch erst ausserhalb dieses Gefässes, dem Einfluss eines magneti schen Feldes auszusetzen, welches quer zur Strahlenrichtung gerichtet oder auch der 8trahlenriehtung parallel verlaufen kann.
Die Eignung der Elektronenstrahlen zu den vorgesehenen Wirkungen hängt von der Fluggeschwindigkeit der Elektronen ab, und diese ihrerseits, wenigstens zum Teil, von der durchlaufenen Potentialdifferenz. Wenn in einem Kathodenstrahlenrohr erzeugte, gerad linig fliessende Kathodenstrahlen der Einwir kung eines rotierenden magnetischen Feldes unterworfen werden, wie dies zum Beispiel der Fall ist, wenn jenes Rohr in der Mitte des Stators eines zweipoligen Drehstrom motors, also an Stelle des Rotors angeordnet ist, so dass die Elektronen, bei unerregtem Stator, in Richtung der Motorare fliegen,
so erden die Elektronenstrahlen bei erregtem Stator aus ihrer geraden Richtung abgelenkt, je nach der gerade herrschenden Feldrichtung ihre Flugbahn verläuft dann etwa wie die Windungen einer Schraubenfeder. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass solche Kathodenstrahlen, nachdem sie die durch lässige Metallfolie durchdrungen haben, schon bei einer verhältnismässig niedrigen Spannung eine chemische Wirkung auszuüben ver mögen, was bei geradlinig fliessenden Ka thodenstrahlen nicht oder doch nur in sehr ge ringem Masse der Fall ist.
Verwendet man beispielsweise eine Vorrichtung nach Fig. 1, welche später genauer beschrieben werden i..ird, und führt als zu beeinflussende Sub stanz, zum Beispiel 1,3 Butadien unter nor malem Atmosphärendruck oder schwachem Unterdruck mit etwa 1 m Geschwindig- keitjSekunden durch die Vorrichtung hin durch, so verwandelt sieh, wenn das Magnet feld besteht, ein Teil des zugeführten Gases schon bei<B>110</B> bi180 KV-Strahlen in einen Flüssigkeitsnebel, während ohne Magnetfeld die Umwandlung ,
jener Substanz erst bei bis ?40 KV-Strahlen beginnen würde.
Die chemische Wirkun-, der Elektronen strahlen hängt von der beschleunigenden Spannung bezw. von der erreichten Elek- tronen-Gesehwin.diglzeit ab. Dieser letzteren kann die Strömungsgeschwindigkeit des zu beeinflussenden Stoffes oder Stoffgemische im Reaktionsraum entsprechend bemessen werden:
,je grösser die Geschwindigkeit der Elektronen ist, umso grösser darf auch die Strömungsgeschwindigkeit sein, während bei verhältnismässig niedriger Geschwindigkeit derselben die Strömungsgeschwindigkeit ent sprechend niedrig zu bemessen ist, um die Bestrahlung- über eine längere Zeitdauer aus zudehnen. Für eine technisch verwertbare Ausbeute beginnen die meisten vvicbtigen Re aktionen erst, wenn die Elektronen mit min destens der halben Lichtgeschwindigkeit flie gen.
Bei 180 KV wäre die theoretische Cre- schwindigkeit zirka 1800011 km per Se kunde: prahtisch dürften die in dem Reak tionsraum fliegenden Elektronen erst Ge schwindigkeiten von<B>150000</B> bis 1_G000(1 km/sek. an aufweisen. 31s Strömungsge schwindigkeiten mögen (1,? bis 1 mSek. in Betracht kommen.
Es dürfte besonders ziveelz-mässig sein, den Stoff oder das Stoffgemisch in fortlaufendem Strom durch den Reaktionsraum zu führen, dessen Richtung der Strahlenrichtung ent gegengesetzt ist. also im Gegenstrom. Ferner kann die Anordnung eines Katalysators im Reaktionsraum vorteilhaft sein.
Den künstlich erzeugten Kathodenstrah len können auch ss-Strahlen beigemischt wer den, die von radioaktiven Stoffen ausgehen; diese können entweder auf der Kathode oder auf dem Lenard'schen Fenster angebracht -ein, in letzterem Falle, zum Beispiel in Form eines dünnen Netzes.
Die zur Ausführung des Verfahrens be stimmte Vorrichtung besteht aus einem einen Elektronenstrahlenerzeuger enthaltenden Ge fäss, kurz "Strahlungsgefäss" bezw. "Ent- ladungsgefäss" genannt, und einem zur Auf nahme des zu beeinflussenden Stoffes be stimmten Gefäss, kurz "Reaktionsgefäss" ge nannt, welche Gefässe durch ein Lenard'sches Fenster verbunden sind. Das Entladungsge fäss besteht zweckmässigerweise ganz aus Metall, zum Beispiel Eisen, welches in wendig mit einer isolierenden Emailschicht bekleidet sein kann und evakuiert zu denken Ist.
Das Lenard'sche Fenster ist zweck mässigerweise mit dem metallenen Ent ladungsgefäss leitend verbunden. Bei einer Ausführungsform dieses Gefässes ist aber auch die Kathode leitend mit dem Gefäss ver bunden, wobei sie vorzugsweise einen Teil der Gefässwand selber bildet; sie kann dann, trenn sie als Glühkathode, insbesondere als Wehnelt-Kathode ausgeführt ist, von aussen beheizt werden.
Das Entladungsgefäss besteht zweck- rnä,ssigerweise aus zwei am Boden verbun denen konzentrischen Metallzylindern, von denen der innere an seinem freien Ende durch die Kathode abgeschlossen ist und in seinem Innenraum den Heizkörper für die Kathode aufnimmt, während der äussere Zylinder an seinem freien Ende durch das Lenard'sche Fenster abgeschlossen ist. Diese Ausfüh rungsform ermöglicht es, die Kathode dem Lenard'schen Fenster bis auf eine sehr ge ringe Entfernung zu nähern.
Auch der Baustoff des Lenard'schen Fen sters und seine bauliche Ausgestaltung kön nen von Bedeutung für die Erreichung des Erfindungszweckes sein. Zweckmässigerweise wird das Fenster aus Nickel oder Kobalt her gestellt oder auch aus einer Nickel-Kobalt- Legierung, welcher 0,1 bis 1 % Caesium oder Thorium zugesetzt ist. Das Fensterblech kann zum Beispiel durch Prägung mit netzartig sich kreuzenden Rip pen oder Rillen versehen sein, die die Wider standsfähigkeit des Fensters gegen den äu ssern Überdruck sehr verstärken. Zu demsel ben Zweck kann auf das Fenster ein Metall netz aufgelötet sein.
Zur besseren Unterstützung des Fensters kann in die Fensteröffnung auf der Innen seite des Fensters ein mehr oder weniger eng maschiges Netzwerk aus Metallrippen ein gesetzt werden, gegen das sich das Fenster blech anlegt. Dieses Netzwerk kann wieder um durch ein Netzwerk mit gröberen Maschen, aber stärkeren Rippen gestützt wer den.
Um die Zerstäubung zu verhindern, kann das Fenster auf der Aussenseite noch mit Spitzen besetzt sein.
Bei Verwendung eines Metallgefässes ist auch auf die vakuumdichte isolierende Ein führung derjenigen Elektrode oder Elektro den, die nicht auf dem Potential des Ent ladungsgefässes sind, Bedacht zu nehmen, und das ist in der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung lediglich die Anode.
Man kann beispielsweise für eine vom Entladungs gefäss isoliert zu haltende Elektrode einen gläsernen Träger vorsehen, der zugleich die Isolierung für die elektrische Zuleitung der Elektrode bilden kann, und eine Verbindung zwischen diesem Träger und dem metallenen Entladungsgefäss mit Hilfe einer ringförmi gen, konzentrisch zum Mittelpunkt gerillten Wellmembran (ähnlich den als Teilen von Aneroid-Barometer-Dosen benutzten Well- membranen) herstellen. Diese Membran kann mit ihrem äussern, ebenen Flansch mit dem Entladungsgefäss verlötet, und mit ihrem innern, zum Beispiel zylindrisch aufgestülp ten Flansch in den gläsernen Elektroden träger eingeschmolzen sein.
Die Membran kann am besten aus einem Stoff bestehen, der praktisch den gleichen Ausdehnungskoeffi zienten hat wie das Glas, zum Beispiel aus einer Nickel-Eisen-Legierung von der Art, wie sie in der Glühlampentechnik für die Drahtdurchführungen durch die Glaswand benutzt werden.
Auf eine zweckmässige Anordnung der Anode in dem Entladungsgefäss ist auch Be dacht genommen. Diese ist zweckmässiger- weise als Ring auf der Aussenwandung eines den Träger der Kathode ringförmig umgeben den Glasmantels angeordnet und kann gegen die Wand des Entladungsgefässes durch einen äussern, mit dem erst erwähnten Glasmantel verbundenen zweiten Glasmantel abgeschirmt sein.
Bei einem Entladungsgefäss, das die Form. von zwei an einem Ende miteinander verbundenen, konzentrischen Zylindern hat, sind der die Anode tragende und der die Anode a,bsehirmende Glasmantel zweck mässigerweise zu einem sich der Innenform des Entladunasgcfässes anschmiegenden Glas einsatz ausgestaltet.
Es können, wie aus schon Gesagtem her vorgeht, auch Anordnungen vorgesehen sein, um in dem Reaktionsraum ein elektrosta tisches Feld zu schaffen. So kann man zum Beispiel dem Lenard'schen Fenster gegenüber in dem Reaktionsraum eine Elektrode anord nen, die aus einem dem Fenster im wesent lichen parallel verlaufenden metallenen Netz oder Gifer bestehen und an ein Potential an meschlossen werden kann. das stärker uositiv ist als das Potential der im Reaktionsgefäss befindlichen Anode.
Infolge ihrer Critterform stört diese Elektrode nicht die Bewegung des Stoffes im Reaktionraum. Der Träger dieser Elektrode wird vorzugsweise hohl gemacht, und kann dann als Zuleitung für den zu be handelnden Stoff benutzt werden.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der ?ektrodenträger in der Wandung des R,eak- ;io=-s,ge_fässes beweglieb angeordnet, so dass der Abstand zwischen Fenster und Elektrode ver ändert werden kann.
In einer andern Ausführungsform der Vorrichtung ist ausser dieser Elektrode, in grösserer Entfernung von dem Fenster als die selbe, noch eine weitere Elektrode angeord- iiet, die plattenförmig sein kann und ein noch -stärker positives Potential erhält als die gitterförmige Elektrode.
Bei denjenigen Entladiingsp-efässen, in denen Glühkathoden verwendet sind, hat es sich als zweckmässig herausgestellt, die Hei zung dreiphasig zu gestalten, zum Beispiel dadurch, dass man bei solchen Kathoden, die von aussen geheizt werden, einen von Drei phasenstrom durchflossenen Heizkörper, oder einen Heiztransformator mit Dreiphasenwick- lung anordnet, dem ein Kathodenblech als kurzgeschlossene Sekundärwicklung dient. Kathoden, die durch unmittelbaren Strom durchgang geheizt werden, kann man aus drei Leitern zusammensetzen, die von den drei Strömen eines Dreiphasensystemes durchflossen werden.
Zur Speisung des Entladungsgefässes dient zweckmässigerweise ein gleichgerich teter Wechselstrom. Wenn Entladungsgefässe mit Glühkathoden verwendet werden, lässt sich ein besonderer Gleichrichter zwischen Wechselstromquelle und Entladungsgefäss erübrigen, da die Gleichrichtung durch die R.ichtwirkun,g der Glühkathoden selber he wirkt werden kann.
Die Figuren der beigegebenen Zeichnunz beziehen sich auf Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäss Erfindung, und zwar zeigt Fig. 1 eine vollständige Vorrichtung, be stehend aus einem Entladunas- oder Strah- liing4gefä.ss und einem Reaktionsgefäss.
in einem 14Zeridianschnitt, Fig. 2 und 3 zwei andere Ausführungen des Entladungs- oder Strahlungsgefässes. nach Wegnahme des Reaktionsgefässes, eben falls in Neridiansehnitten.
In Fig. 1 ist 1 ein evakuiertes, das Strah- lungs- oder Entladungsgefäss bildendes Me tallgefäss, in welchem eine Glühkathode 2 aus hoher Hitze widerstehendem Metall, wie zum Beispiel Wolfram, Tautal, Osmium, Zir- koniiun, angeordnet ist. Das Gefäss 1 ist zweckmässigerweise mindestens an der Innen wandung mit einer isolierenden Emailschicht versehen. Die Kathode 2 steht auf einem Glasrohr 5 und kann durch die Drähte 3 und 4, die durch einen Glasfuss isoliert zu den Klemmen 6 und 'l geführt sind, geheizt wer den.
Zur luftdichten Verbindung des Fusses des Glasrohres 5 mit dem Metallgefäss 1 dient die Wellmembran 9, die zweckmässig aus c_inem dünnen Blech eines Metalles bestehen kann, das wesentlich den gleichen Ausdeh nungskoeffizienten wie Glas hat, zum Bei spiel aus einer Legierung, wie sie bei der Herstellung von elektrischen Lampen für die Durchführungsdrähte benützt zu werden pflegt. Die Wellmembran 9 hat am innern Ende einen aufgestülpten Flansch 8, mit dem Sie in das Ende des Glasrohres 5 eingeschmol zen ist mit ihrem flachen, nach aussen ragen den Teil ist sie auf den Flansch 10 des Me tallgefässes aufgelötet.
An die Einschmelz stelle setzt sich ein den Fuss des Glasrohres 5 umgebender gläserner Mantel 55 an, so dass Fuss und Mantel zusammen die Gestalt einer oben offenen Glocke haben, in deren unteres Ende die Wellmembran 9 eingeschmolzen ist. Die Wellmenrbran gleich durch ihre Fede rung alle Unterschiede in der Wärmeausdeh- nung der verschiedenen Teile aus.
Der Glühkathode 2 gegenüber liegt das Lenard'sche Fenster, ein Metallfenster 1-1. Dieses, eine Membran darstellend, besteht aus einer sehr dünnen Metallfolie, am besten ei- neni Nickel- oder Kobalt-Blättchen oder einem andern möglichst festen und hitzebe- tändigen, aber für Elektronenstrahlen gut durchlässigen Metall. Die Stärke des Blätt chens schwankt je nach der Grösse der Röhre :i zwischen 0,01 und 0,05 mm Dicke.
Zur Unterstützung für die dünne Metallfolie der :Membran ist in die von letzterer überspannte @)ffnung des Gefässes 1 ein netz- oder waben- artiges Unterstützungsgerüst 15 mit mög lichst dünnen Rippen eingebaut. Auf dieses Unterstützungsgerüst 15 legt sich die Mem bran auf und erhält dadurch die nötige Widerstandsfähigkeit gegen den äussern 13ruck. Es ist möglich, aber nicht unbedingt notwendig, die Metallfolie an das Unter- stützungsgerüst anzulöten.
Bei grossen Apparaten kann zweck jnässigerweise die Metallfolie 14 behufs Er höhung ihrer Widerstandsfestigkeit selbst \waffelartig gerippt sein; solche Rippen las sen sieh schon in einer Stärke von 0,1 mm pressen, und durch eine Rippenstärke von 0,2 bis 0,5 mm kann eine sehr gute und feste Fensterfolie geschaffen werden.
Bei einer Rippenstärke von 0,1 mm und einer Waben tiefe bezw. Rippenhöhe von 1 bis 2 mm ge nügt eine durch Pressen mit Rippen versehene Folie, zum Beispiel aus Nickel für ein Elek tronenrohr von 5 bis 8 cm Durchmesser; bei Verwendung eines Unterstützungsgerüstes mit einer Maschengrösse von 10 bis 25 mm wird dieselbe sogar für Elektronenrohre von 10 bis 20 cm und mehr Durchmesser aus reichen, besonders wenn das Gerüst durch Sprossen, etwa in der Weise wie an Fenster flügeln, verstärkt ist. Anstatt die Metallfolie mit einer rippenartigen Pressung zu versehen, kann sie beispielsweise mit einem Metall- drahtnetz verlötet werden.
Die Metallfolie und deren Rippen können unter Umständen galvanoplastisch oder durch ein Spritzverfahren hergestellt werden, so fern der Bedingung Genüge geleistet werden kann, dass die Folie dichte Beschaffenheit be sitzen muss.
Die Metallfolie 14 wird mit ihrem äussern Umfang an den Flansch 16 angelötet, der seinerseits mit dem Gehäuse 1 dicht verlötet ist. Um eine zu starke Erwärmung der IVTe- tallfolie durch das Elektronenbombardement und Beschädigungen durch zu starke Aus dehnung der Metallfolie zu vermeiden, be findet sich die Lötstelle im Bereich eines ringförmigen Kühlrohres 18, in das durch einen absperrbaren Stutzen 19 eine Kühlflüs sigkeit oder ein Kühlgas eingeführt werd- kann; das Kühlmedium kann durch einer: rri Hahn versehenen Stutzen ?0 wieder ausge führt werden.
Bei 1ss ist an das Gefäss 1 ein Evakuie- rungsst.utzen angeschlossen, der nach dem Evakuieren hart verlötet oder durch den ständig ein Hochvakuum aufrecht erhalten werden kann.
Um den Glasmantel 55 ist unterhalb der Glühkathode 2 die Anode in Gestalt eines Metallfolienringes 038 gelegt; sie ist von einem an seinem untern Ende mit dem Glas mantel ä5 verbundenen kurzen Glaszylinder 54 umgeben. Die Zuleitung 39 der Anode ist mittelst eines Glasrohres 40 isoliert und durch den Stutzen 41 des Gefässes nach aussen geführt. Die Dichtung ist auch hier durch eine ringförmige Wellmembran 42 be werkstelligt, die mit ihrem äussern Rande mit dem Flansch 43 des Stutzens 41 verlötet und mit ihrem innern Rande in den Fuss des Glasrohres 40 eingeschmolzen ist.
Auf den das Fenster 14 tragenden Flansch 16 ist luftdicht das Reaktionsgefäss 33 aus einem chemisch widerstandsfähigen Stoff, wie zum Beispiel Glas, Porzellan, Hartgummi, oder C-Bakelit, aufgesetzt und mit seinem Flansch 17 auf jenen Flansch 16 aufgeschraubt. Durch seinen dem Fenster 14 gegenüber liegenden Deckel ist eine gitter- förmige positive Elektrode 21 an einem hoh len Stiel 34 luftdicht, aber auf- und abbeweg- lich durchgeführt.
An den hohlen Stiel 3'4 kann die Zuleitung für den zu be handelnden Stoff elektrisch isoliert ange- chlossen werden. Der Stiel 34 selber ist mit s<B>s</B> dem positiven Pol der Energiequelle verbun den zu denken und dient zugleich zur Be schickung des Reaktionsgefässes 3-3. An dem Reaktionsgefäss sind ferner zwei Schauöff nungen 37 und zwei Stutzen 35 und 36 für den Austritt des behandelten Stoffes ange bracht.
Auf den die Kathode tragenden Flansch 1.0 des Metallgefässes 1 ist, um die Über schlagsgefahr zu vermindern, eine isolierende Scheibe 32 von grossem Durchmesser aufge legt. Diese greift mit einem Ansatz in eine Bohrung des isolierenden Fusses 53. Am Grund dieser Bohrung sind die Klemmen 11 und 12 angeordnet, in die die Steckkontakte 6 und 7 der Kathodenzuleitungen 3 und 4 eingreifen.
Der Heizstrom für die Kathode kann von Einer Batterie oder einem besonderen Trans formator geliefert und der- Klemmen 11 und 12 zugeführt werden. Die Klemme 11 und durch diese die Kathode 2 ist ferner mit dem negativen Pol -26 einer Hochspannungs- quelle verbunden. Wie bereits erwähnt wurde, wird vorzugsweise gleichgerichteter Wechsel strom verwendet, der zwar beständig die gleiche Richtung besitzt, dessen Stärke aber nicht konstant ist, sondern von Null bis zum Maximum ansteigt und dann wieder bis Null abfällt. Die Stromleitung 26 ist über einen schwingfähigen Kondensatorkreis, bestehend aus dem Kondensator 27, zu welchem ein Kondensator 29 und eine mit diesem letzteren in Reihe geschaltete regelbare Drosselspule 30 parallel liegen, bei 28 geerdet.
Durch diese Erdungseinrichtung sollen die beim Betrieb der Vorrichtung auftretenden hochfrequenten Nebenströme, die unter Umständen einen Durchschlag von Funken durch die Wandung des Glasmantels 55 und die Isolierscheibe 32 verursachen könnten, abgeleitet werden. Dufch diese Einrichtung soll also die Be triebssicherheit gefördert und den mit äussern Funkenübergängen verbundenen Gefahren für das Betriebspersonal möglichst vorge beugt werden.
An den Pol + 24 der Hochspannungs quelle sind der hohle Stiel 34 der Gitterelek trode 2,1 und über vier in Serie geschaltete Kondensatoren 22 die Anode 38 angeschlos sen. Der Zweck dieser Anordnung ist, bei der Erzeugung der Elektrenenstrahlen im Innern des Strahlungsgefässes eine niedrigere Span nung als diejenige der Hochspannungsquelle ist, zu ermöglichen, um auch so einem Durch schlag von Funken durch den Glasmantel 55 vorzubeugen, also grössere Betriebssicherheit zu schaffen.
Da die in das Reaktionsgefäss 33 eingedrungenen Elektronen eine höhere (xe- schwindigkeit als die im Strahlungsgefäss er zeugten Kathodenstrahlen erhalten sollen, er hält die Gitterelektrode 2:1 unmittelbar Hoch spannung aus der Leitung -i- 24. Die an die Anode 38 im Strahlungsgefäss gelangenden relativ wenigen Elektronen werden durch die Unvollkommenheit der Isolation der Kon densatoren 22 abgeführt, die so gebaut zu denken sind, dass sie dauernd durch sie hin durchgehende schwache stille Entladungen vertragen.
Die erforderlichen Hochspannungsisola- tionsvorrichtungen sind nur teilweise und schematisch angedeutet, und mit bekannten Mitteln, wie Hochspannungsisolatoren, Zwi schenscheiben von genügend grossem Durch inesser etc. ergänzt zu denken.
Die eben beschriebene Vorrichtung ar beitet etwa folgendermassen: Die nicht ge zeichnete Wechselstromquelle speist zwei Ebenfalls nicht gezeichnete Transformatoren. Die sekundäre Wicklung des ersten Transfor inators liefert Niederspannung von 6 bis 8 Volt, die über die Klemmen 11, 12 mit den Kontakten .6, 7 und die Leitungen 3, 4 der Glühkathode 2 zugeführt wird und diese zum Glühen bringt.
Die Sekundärwicklung des -andern Transformators liefert eine Hochspan- i)ung, die mittelst eines Induktionsreglers im Primärkreis, zum Beispiel zwischen 180 bis \?(i0 KV oder darüber, je nach den Umstän den, geregelt werden kann. - Die Hochspan- ijung kann, wie bereits mehrmals erwähnt, schon ausserhalb des Strahlungsgefässes bleichgerichtet sein, zweckmässig derart, dass beide Halbwellen ausgenützt werden, oder erst im Gefäss selbst, wobei die eine Halb welle unterdrückt wird.
Sofern die Spannung ausserhalb des Gefässes gleichgerichtet wird, wird sie mit ihrem negativen Pol an die Lei tung - 26, mit dem positiven Pol an die Leitung -i- 24 angelegt.
Sobald die Glühkathode 2 soweit erhitzt ist, dass sie Elektronen ausstrahlt, so streben diese zu dem Metallfenster 1.1 und durch die hindurch zu der positiven Elektrode 31, die sie anzieht. Das Metallfenster ist mit dem 1Tetallgefäss 1 verbunden. und dieses ist weiterhin über die mit Kondensatoren 64 ver sehene Leitung 63 bei Punkt 65 mit der Erde verbunden. Die Elektronen treten durch das Fenster 14 in das Reaktionsgefäss 33 und ioni sieren die Luft zwischen der Elektrode 21 und dein Metallfenster 14. Dadurch wird die Leitfähigkeit der Luft erhöht, so da.ss man die Positive Elektrode 21 nach und nach weiter von dem Metallfenster entfernen kann, bis der ganze innere Raum des Gefässes 33 lei tend geworden ist.
Durch dieses allmähliche Anlassen der -Wirkung wird erreicht, dass die Bombardierung des Gefässinhaltes durch Elektronen wesentlich kräftiger wird und stärkere Schichten durchsetzen kann, als beim Anlassen mit einer unbeweglichen Elektrode 21.
Es mag noch erwähnt werden, dass durch Vergrösserung der angelegten Spannung, als deren Mindestwert 180 bis 200 KV angenom men werden kann, die Geschwindigkeit der von der Glühkathode 2 ausgestrahlten Elek tronen erheblich erhöht werden kann. Be trägt beispielsweise bei dem eben angegebe nen Mindestwert die praktische Strahlungs geschwindigkeit etwa 150000 km/Sek., so steigt sie bei 2,40 bis 2.50 KV schon auf etwa 200000 km/Sek. Unter der praktischen Strah- lungsgeschvindigkeit ist.
die wirkliche Ge schwindigkeit der Elektronenstrahlen ausser halb des Fensters zu verstehen, die hinter der theoretischen Geschwindigkeit zurückbleibt, die man unter Zugrundelegung der verfüg- baren Spannung errechnet. Im vorliegenden Bereich ist die praktische Strahlungsge schwindigkeit annähernd proportional der Zahl der angewendeten KV.
Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei andere Aus führungsformen des Strahlungs- oder Entla dungsgefässes derVorrichtung; dagReaktions- gefäss ist der besseren Übersicht halber weg gelassen. Bei beiden Ausführungsformen ist die Kathode unmittelbar in das Entladungs gefäss eingesetzt und bildet einen Teil der Ge fässwand. Das ganze Gefäss befindet sich auf dem Potential der Kathode, was den Vorteil bietet, dass nur eine isolierende Durchfüh rung, nämlich die für die Anode, nötig ist.
In beiden Ausführungsformen hat das Entladungsgefäss 1 die Form von zwei kon- axialen Metallzylindern, die am Boden durch einen nach unten gewölbten Boden unter sich verbunden sind; sie bilden demnach zusam men einen Ringkörper, den man sich durch- Rotation eines hufeisenförmigen Körpers um eine zu den Schenkeln parallele Axe entstan den denken kann.
Das freie Ende des innern Zylinders ist durch eine aus einem ATetall- blech bestehende Oxyd-Glühkathode 45 ab- geschlossen, die zur Vermeidung von Tempe raturspannungen die Form einer Wellmem- bran besitzt. Zur Verbindung der Glüh- kathode mit dem innern Gefässzylinder dient ein Blechkranz, der bei 46 an den Rand der Kathode 45, bei 59, an den obern Rand des innern Zylinders angelötet ist.
An das freie obere Ende des äussern Zylinders 1 ist ein konischer Ring 13' aus leitendem Material an gesetzt, in dessen Üffnung das Lenard'sche Fenster 14 nebst Stützgitter 15 eingesetzt ist. Der obere Rand des Ringes 13' trägt einen Flansch 17' mit Löchern 60 und 61, durch welche Schrauben zur Befestigung des (nicht dargestellten) Reaktionsgefässes gesteekt wer den können. Eine Kühlleitung 18' für den Rand 16 des Fensters 14 ist in den Flansch 17' verlegt; sie ist mit einem Zulaufstutzen 19 und einem Ablaufstutzen 20 versehen.
Das Gefäss 1 ruht in einem Fuss 53 aus Isoliermaterial, an welchem die Klemmen 11 und 12 angebracht sind. In das Gefäss ist ein ringförmiger, im Querschnitt ebenfalls huf eisenförmiger Glaskörper 58 eingesetzt, der sich der Innenwandung des Gefässes anpasst und durch Distanzstücke 62 in richtiger Lage gehalten ist; er trägt auf der Aussenseite sei ner innern Zylinderwandung die ringförmige Anode 38 und soll Kurzschlüsse zwischen letzterer und der Wand des Gefässes 1 ver hindern.
Die Glühkathode 45 und das mit ihr elek trisch verbundene Entladungsgefäss 1 und das Lenard'sche Fenster 14 sind im Punkt 25 mit dem negativen Pol - 26 einer Hochspan nungsquelle verbunden und über Kondensa toren 27 und 29 und eine Drosselspule 30 bei 28 geerdet. Der Zweck dieser Erdungseinrich- tung ist, die beim Betrieb der Glühkathode auftretenden hochschwingenden Nebenströme, die unter Umständen einen Durchschlag von Funken durch die Wandung des Glaskörpers 58 und den Isolierfuss 53 verursachen könn ten abzuleiten. Die Kathode 45 erhält von den Klemmen 11 und 12 aus Energie von der Niederspannungsseite eines Transformators.
Die Anode 38 im Innern des Strahlungsge fässes steht über eine Spannungsteilungsein- richtung 22' mit dem positiven Pol + 24 der Hochspannungsquelle derart in Verbindung. dass an der Anode eine niedrigere Spannung herrscht als in der Leitung -f- 24, um da durch einem allfälligen Durchschlag von Funken durch die Wandung des Strahlungs gefässes möglichst vorzubeugen. Bezüglich der Ableitung der relativ wenigen an die Anode 38 gelangenden Elektronen vergleiche man das bezüglich Fig. 1 Gesagte.
Die Zu leitung 39 zur Anode 38 durchsetzt den Stutzen 41 und ist gegen aussen durch eine #NTellmembran 42 abgedichtet, die mit einer in den Flansch 52 eingesetzten 14luffe 43 ver lötet und in den Fuss eines Glaskörpers ein geschmolzen ist.
Die positive Gitterelektrode 21 ist auch nicht unmittelbar an die Leitung -I- 24 an gelegt, sondern empfängt durch die erwähnte Spannungsteilungseinrichtung 2:2', die zum Beispiel als ein in Serie geschalteter Konden sator ausgebildet sein kann, eine Spannung, die etwa in der Mitte liegt zwischen derjeni gen der Leitung 24 und derjenigen der Anode 38. Es ist aber noch eine weiter als die Gitter elektrode 21 vom Lenard'schen Fenster 14 ent fernte plattenförmige Elektrode 23 angeord net, die unmittelbar an die Leitung -i- 24 an geschlossen ist. Von 21 zu 23 gelangen die sich an 21 ansetzenden Elektronen haupt sächlich durch das ionisierte Gas hindurch.
Die Elektronen werden also in drei Abstufun gen abgeführt, wobei die dem Fenster 14 direkt gegenüberliegende Gitterelektrode 21 ein stärker positives Potential aufweist als die Anode 38, die Plattenelektrode 23 aber ein noch stärkeres Potential als die Gitter elektrode 21, so dass auch zwischen den Elek troden 21. und 23 ein elektrostatisches Feld besteht, das die Elektronenstrahlen bei ihrem Durchgang durch den im Reaktionsgefäss zu behandelnden Stoff zu beschleunigen vermag.
Durch die erwähnte Abstufung und die da durch bedingte niedrige Anodenspannung lässt sich die nötige Sicherheit gegen Durch schlag im Innern des Entladungsgefässes er reichen, was bei Metallgefässen ganz beson ders wichtig ist, während die folgenden Span- nungsstufen die Geschwindigkeit der Elek tronen zu erhöhen vermögen.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. \? ist für die Heizung der Oxydkathode 45 ein (lieht unter letzterer. befindlicher Heizkörper 44 angeordnet, der durch die Leitungen h und i mit den Klemmen 1.1 und 12 verbunden ist.
reim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist für die Heizung der Glühkathode 45 eine von Wechselstrom durchflossene, in der Mitte ües ringförmigen Entladungsgefässes in des sen oberes Ende eingeschobene Magnetspule 4 7 angeordnet, welche die Primärwicklung eines Transformators darstellt, dessen kurz geschlossene Sekundärwicklung durch das Blech der Glühkathode gebildet wird, welches hierbei durch die induzierten Wirbelströme beheizt wird. Die Magnetspule 47 ist durch Leitungen 48 und 49 an die Klemmen 11 und 12 angeschlossen.
Das magnetische Feld der Spule verläuft zum Teil in der Wandung des Entladungsgefässes, wenn diese aus mag netischem Material besteht. - Wenn das obere Ende des Entladungsgefässes an der Stelle des Rotors in den Stator eines mit Dreiphasenstrom gespeisten Drehstrommotors eingeschoben wird, in der Absicht, die schon weiter oben erwähnten Vorteile zu erzielen, können die Streufelder auch zur Heizung der Glühkathode 45 ausreichen.
Ein erfahrungsgemäss nützlich wirkendes magnetisches Feld kann auch durch eine das Strahlungsgefäss umgebende Spule erzeugt werden. Das magnetische Feld kann auch ganz ausserhalb des Entladungsgefässes, näm lich im Reaktionsraum auf die Elektronen strahlen wirken. Das kann beispielsweise so erfolgen, dass das Innere eines auf das Lenard'sehe Fenster aufgesetzten Hohlzylin ders, welcher von einer Magnetspule umgeben ist, als Reaktionsraum dient. Derartige in Richtung der Elektronenstrahlen verlaufende magnetische Felder bewirken, wie bekannt, eine Konzentrierung der Elektronenstrah lung.
Process for influencing the state of substances or Mixtures of substances with the aid of electron beams and equipment for carrying out the process. The invention relates to a method for influencing the state of substances bezw. Mixtures of substances with the help of electron beams and a device for carrying out this process.
Influencing the state means here: - only the bringing about of chemical reactions in the ordinary sense of the word, as the ones understood by # at least apparently, iie-physical state changes;
(- # s include, for example, making rubber insoluble, converting <U> F,. </U> iis and Chinese wood oil into a solid state, converting phenol-formaldehyde synthetic resins into insoluble and infusible ones State, the increase in the luminescence of luminescent colors, the polymerisation of organic gases, the conversion of water gas or plaugas into liquid hydrocarbons,
the binding of the nitrogen in the air with the oxygen in the air to form nitrogen oxide, etc. Both the dead rays emitted by radioactive substances and the so-called cathode rays emanating from the cathode of a discharge vessel (Lenard's tube) come into question here.
The invention consists in that outside of the substance or mixture of substances to be influenced, electron beams, the electrons of which pass artificially generated high potential differences, through a so-called Lenard window, i.e. a thin metal foil that is permeable to electron beams, into that substance or that mixture-containing space, hereinafter referred to as the reaction space, penetrate and let it act on the substance in question or on the mixture in question.
This method should make it possible to choose the conditions in the reaction space as required for the most favorable effect of the electron beams. In a preferred embodiment of the invention, cathode rays are generated in an evacuated discharge vessel (Lee Nard's tube) which is closed with an organ that is permeable to electron rays; the cathode is preferably designed as a hot cathode, in particular as a hot cathode (Wehnelt cathode) covered with metal oxide. It often proves to be expedient to lay some of the potential differences to be traversed by the electron beams into the reaction space.
It has also proven to be useful to expose the electrons, whether inside the discharge vessel or outside of this vessel, to the influence of a magnetic field, which can be directed transversely to the direction of the rays or parallel to the direction of the rays.
The suitability of the electron beams for the intended effects depends on the flight speed of the electrons, and this in turn, at least in part, on the potential difference traversed. If in a cathode ray tube, straight flowing cathode rays are subjected to the action of a rotating magnetic field, as is the case, for example, when that tube is arranged in the middle of the stator of a two-pole three-phase motor, i.e. instead of the rotor, so that the electrons, when the stator is not excited, fly in the direction of the motor,
Thus, when the stator is excited, the electron beams are deflected from their straight direction; depending on the direction of the field, their trajectory then runs roughly like the turns of a helical spring. In practice it has been found that such cathode rays, after they have penetrated the permeable metal foil, are able to exert a chemical effect even at a relatively low voltage, which is not the case with rectilinearly flowing cathode rays, or only to a very small extent is.
If one uses, for example, a device according to FIG. 1, which will be described in more detail later, and leads as the substance to be influenced, for example 1.3 butadiene under normal atmospheric pressure or weak negative pressure at about 1 m speed through the If the magnetic field is present, part of the gas supplied transforms into a liquid mist at <B> 110 </B> to 180 KV rays, while without a magnetic field the conversion,
that substance would only begin at up to? 40 KV rays.
The chemical action of the electrons depends on the accelerating voltage or from the electron vision time reached. The flow rate of the substance or substance mixture to be influenced in the reaction space can be measured accordingly to the latter:
The greater the speed of the electrons, the greater the flow speed may also be, while at a relatively low speed of the same, the flow speed must be dimensioned correspondingly low in order to extend the irradiation over a longer period of time. To achieve a technically usable yield, most vigorous reactions only begin when the electrons are flying at at least half the speed of light.
At 180 KV, the theoretical cre speed would be around 1800011 km per second: practically, the electrons flying in the reaction space should only have speeds of <B> 150,000 </B> to 1_G000 (1 km / sec. 31s flow rate speeds (1.? to 1 msec. are possible.
It should be particularly civilized to lead the substance or the mixture of substances in a continuous flow through the reaction space, the direction of which is opposite to the direction of the radiation. so in countercurrent. Furthermore, the arrangement of a catalyst in the reaction space can be advantageous.
The artificially generated Kathodenstrah len can also be mixed with ss rays who emanate from radioactive substances; these can either be attached to the cathode or to Lenard's window, in the latter case, for example, in the form of a thin network.
The specific device to carry out the process consists of a vessel containing an electron beam generator, or "radiation vessel" for short. Called the "discharge vessel", and a vessel intended to receive the substance to be influenced, called a "reaction vessel" for short, which vessels are connected by a Lenard window. The Entladungsge vessel is expediently made entirely of metal, for example iron, which can be flexibly clad with an insulating enamel layer and should be thought of as evacuated.
The Lenard window is expediently conductively connected to the metal discharge vessel. In one embodiment of this vessel, however, the cathode is also conductively connected to the vessel, it preferably forming part of the vessel wall itself; it can then be heated from the outside, if it is designed as a hot cathode, in particular as a Wehnelt cathode.
The discharge vessel expediently consists of two concentric metal cylinders connected at the bottom, of which the inner one is closed at its free end by the cathode and houses the heating element for the cathode in its interior, while the outer cylinder passes through at its free end Lenard's window is locked. This Ausfüh approximately form makes it possible to approach the cathode of Lenard's window up to a very small distance.
The building material of the Lenard window and its structural design can also be of importance for achieving the purpose of the invention. The window is expediently made of nickel or cobalt or a nickel-cobalt alloy to which 0.1 to 1% cesium or thorium is added. The window plate can be provided, for example, by embossing with ribs or grooves that cross each other like a network, which greatly increase the resistance of the window to the external overpressure. For the same purpose, a metal net can be soldered onto the window.
For better support of the window, a more or less close-meshed network of metal ribs can be placed in the window opening on the inside of the window, against which the sheet metal window rests. This network can again be supported by a network with coarser meshes but stronger ribs.
To prevent atomization, the outside of the window can still be studded with points.
When using a metal vessel, the vacuum-tight, insulating introduction of those electrodes or electrodes that are not at the potential of the discharge vessel must also be taken into account, and in the preferred embodiment of the device that is only the anode.
For example, a glass support can be provided for an electrode to be kept isolated from the discharge vessel, which can also form the insulation for the electrical supply line to the electrode, and a connection between this support and the metal discharge vessel with the help of an annular shape, grooved concentrically to the center point Make a corrugated membrane (similar to the corrugated membrane used as parts of aneroid barometer cans). This membrane can be soldered with its outer, flat flange to the discharge vessel, and with its inner, for example cylindrically turned-up flange, be fused into the glass electrode carrier.
The membrane can best consist of a material that has practically the same expansion coefficient as the glass, for example from a nickel-iron alloy of the type used in incandescent lamp technology for the wire feedthroughs through the glass wall.
An appropriate arrangement of the anode in the discharge vessel is also considered. This is expediently arranged as a ring on the outer wall of a glass jacket surrounding the carrier of the cathode in a ring shape and can be shielded from the wall of the discharge vessel by an outer second glass jacket connected to the first-mentioned glass jacket.
With a discharge vessel that has the shape. of two concentric cylinders connected to one another at one end, the glass jacket carrying the anode and the glass jacket shielding the anode a are expediently designed to form a glass insert that conforms to the inner shape of the discharge vessel.
As has already been said, arrangements can also be provided to create an electrostatic field in the reaction space. For example, an electrode can be arranged opposite Lenard's window in the reaction space, which electrode consists of a metal network or gripper running essentially parallel to the window and can be connected to a potential. which is more positive than the potential of the anode in the reaction vessel.
As a result of its cinder shape, this electrode does not interfere with the movement of the substance in the reaction space. The carrier of this electrode is preferably made hollow, and can then be used as a supply line for the substance to be treated.
In one embodiment of the device, the electrode carrier is arranged so that it can move in the wall of the R, eak-; io = -s, vessel, so that the distance between window and electrode can be changed.
In another embodiment of the device, in addition to this electrode, at a greater distance from the window than the same, another electrode is arranged, which can be plate-shaped and has an even more positive potential than the grid-shaped electrode.
In those discharge tanks in which hot cathodes are used, it has been found to be useful to make the heating three-phase, for example by using a three-phase current flowing through a heating element for cathodes that are heated from the outside, or arranges a heating transformer with three-phase winding, for which a cathode plate serves as a short-circuited secondary winding. Cathodes, which are heated by the direct passage of current, can be composed of three conductors through which the three currents of a three-phase system flow.
A rectified alternating current is expediently used to feed the discharge vessel. If discharge vessels with hot cathodes are used, there is no need for a special rectifier between the alternating current source and the discharge vessel, since the rectification can be effected by the rectification of the hot cathodes themselves.
The figures of the accompanying drawings relate to exemplary embodiments of the device according to the invention, namely FIG. 1 shows a complete device, consisting of a discharge or radiation vessel and a reaction vessel.
in a zeridian section, FIGS. 2 and 3, two other versions of the discharge or radiation vessel. after removing the reaction vessel, also if in Neridiansehnitten.
In FIG. 1, 1 is an evacuated metal vessel forming the radiation or discharge vessel, in which a hot cathode 2 made of high heat-resistant metal, such as tungsten, tautal, osmium, zirconium, is arranged. The vessel 1 is expediently provided with an insulating enamel layer at least on the inner wall. The cathode 2 stands on a glass tube 5 and can be heated by the wires 3 and 4, which are insulated by a glass base to the terminals 6 and 'l.
For the airtight connection of the foot of the glass tube 5 with the metal vessel 1, the corrugated membrane 9 is used, which can conveniently consist of a thin sheet of metal that has substantially the same expansion coefficient as glass, for example made of an alloy such as that used in manufacture tends to be used by electric lamps for the lead-through wires. The corrugated membrane 9 has an inverted flange 8 at the inner end, with which you are melted into the end of the glass tube 5 with its flat, protruding outward part, it is soldered onto the flange 10 of the tallgefäßes Me.
At the melting point, a glass jacket 55 surrounding the foot of the glass tube 5 is attached, so that the base and jacket together have the shape of a bell open at the top, in the lower end of which the corrugated membrane 9 is melted. Thanks to its suspension, the Wellmenrbran compensates for all the differences in the thermal expansion of the various parts.
Opposite the hot cathode 2 is the Lenard window, a metal window 1-1. This, representing a membrane, consists of a very thin metal foil, ideally a nickel or cobalt flake or another metal that is as solid and heat-resistant as possible, but permeable to electron beams. The thickness of the leaflet varies depending on the size of the tube: i between 0.01 and 0.05 mm thickness.
To support the thin metal foil of the membrane, a mesh-like or honeycomb-like support structure 15 with ribs as thin as possible is built into the opening of the vessel 1 spanned by the latter. On this support structure 15, the mem brane rests and thereby receives the necessary resistance to the external 13 jerk. It is possible, but not absolutely necessary, to solder the metal foil to the support structure.
In the case of large apparatuses, the metal foil 14 can expediently be ribbed like a waffle in order to increase its resistance; Such ribs can already be pressed in a thickness of 0.1 mm, and a very good and strong window film can be created with a rib thickness of 0.2 to 0.5 mm.
With a rib thickness of 0.1 mm and a honeycomb depth respectively. A rib height of 1 to 2 mm is sufficient for a foil provided with ribs by pressing, for example made of nickel for an electron tube of 5 to 8 cm in diameter; when using a support frame with a mesh size of 10 to 25 mm, the same will even be sufficient for electron tubes of 10 to 20 cm and more in diameter, especially if the frame is reinforced by bars, for example in the same way as sash on windows. Instead of providing the metal foil with a rib-like pressure, it can for example be soldered to a metal wire mesh.
The metal foil and its ribs can, under certain circumstances, be produced by electroplating or by an injection molding process, provided that the condition that the foil must be airtight can be satisfied.
The metal foil 14 is soldered with its outer circumference to the flange 16, which in turn is soldered tightly to the housing 1. In order to avoid excessive heating of the IV metal foil by the electron bombardment and damage from excessive expansion of the metal foil, the soldering point is in the area of an annular cooling tube 18 into which a cooling liquid or cooling gas is introduced through a shut-off connector 19 can be; the cooling medium can be fed out again through a connector? 0 provided with a: rri tap.
At 1ss an evacuation nozzle is connected to the vessel 1, which after evacuation is hard soldered or through which a high vacuum can be maintained at all times.
The anode in the form of a metal foil ring 038 is placed around the glass jacket 55 below the hot cathode 2; it is surrounded by a short glass cylinder 54 connected at its lower end to the glass jacket ä5. The feed line 39 of the anode is insulated by means of a glass tube 40 and led to the outside through the nozzle 41 of the vessel. The seal is also made here by an annular corrugated membrane 42 which is soldered with its outer edge to the flange 43 of the nozzle 41 and melted into the foot of the glass tube 40 with its inner edge.
The reaction vessel 33 made of a chemically resistant material, such as glass, porcelain, hard rubber, or C-Bakelite, is placed on the flange 16 carrying the window 14 in an airtight manner, and its flange 17 is screwed onto that flange 16. A grid-shaped positive electrode 21 on a hollow stem 34 is carried through its cover lying opposite the window 14 in an airtight manner, but can be moved up and down.
The supply line for the substance to be treated can be connected to the hollow handle 3'4 in an electrically insulated manner. The stem 34 itself is connected to s <B> s </B> the positive pole of the energy source to think and at the same time serves to load the reaction vessel 3-3. On the reaction vessel two Schauöff openings 37 and two nozzles 35 and 36 are also introduced for the outlet of the treated substance.
On the flange 1.0 of the metal vessel 1 carrying the cathode, an insulating disk 32 of large diameter is placed in order to reduce the risk of overheating. This engages with a shoulder in a bore in the insulating foot 53. At the bottom of this bore, the terminals 11 and 12 are arranged, in which the plug contacts 6 and 7 of the cathode leads 3 and 4 engage.
The heating current for the cathode can be supplied by a battery or a special transformer and the terminals 11 and 12 are fed. The terminal 11 and through this the cathode 2 is also connected to the negative pole -26 of a high voltage source. As already mentioned, rectified alternating current is preferably used, which although constantly has the same direction, but whose strength is not constant, but increases from zero to the maximum and then drops again to zero. The power line 26 is grounded at 28 via an oscillatable capacitor circuit consisting of the capacitor 27, to which a capacitor 29 and a controllable inductor 30 connected in series with the latter are connected in parallel.
This grounding device is intended to divert the high-frequency secondary currents which occur during operation of the device and which, under certain circumstances, could cause sparks to break through through the wall of the glass jacket 55 and the insulating washer 32. This facility is intended to promote operational safety and prevent the dangers associated with external spark transitions for the operating personnel as far as possible.
At the pole + 24 of the high voltage source of the hollow stem 34 of the grid electrode 2.1 and four series-connected capacitors 22, the anode 38 are ruled out. The purpose of this arrangement is to enable a lower voltage than that of the high voltage source when generating the electron beams inside the radiation vessel, in order to prevent sparks from breaking through the glass jacket 55, i.e. to create greater operational reliability.
Since the electrons that have penetrated into the reaction vessel 33 should have a higher xe speed than the cathode rays generated in the radiation vessel, he keeps the grid electrode 2: 1 directly high voltage from the line -i- 24. The anode 38 in the radiation vessel relatively few electrons are discharged through the imperfection of the insulation of the condensers 22, which are to be thought of as being constructed in such a way that they can continuously tolerate weak silent discharges through them.
The required high-voltage insulation devices are only partially and schematically indicated, and should be supplemented with known means, such as high-voltage insulators, intermediate washers of sufficiently large diameter, etc.
The device just described works roughly as follows: The alternating current source, not shown, feeds two transformers, also not shown. The secondary winding of the first transformer supplies low voltage of 6 to 8 volts, which is fed to the hot cathode 2 via the terminals 11, 12 with the contacts 6, 7 and the lines 3, 4 and causes it to glow.
The secondary winding of the -other transformer supplies a high voltage which can be regulated by means of an induction regulator in the primary circuit, for example between 180 to \? (10 KV or above, depending on the circumstances. - The high voltage can be regulated As already mentioned several times, it can be bleached outside the radiation vessel, expediently in such a way that both half-waves are used, or only in the vessel itself, with one half-wave being suppressed.
If the voltage outside the vessel is rectified, its negative pole is applied to the line -26, and the positive pole to the line -i- 24.
As soon as the hot cathode 2 is heated to such an extent that it emits electrons, they strive to the metal window 1.1 and through it to the positive electrode 31, which it attracts. The metal window is connected to the 1 metal vessel 1. and this is still connected to the ground via the line 63 provided with capacitors 64 at point 65. The electrons pass through the window 14 into the reaction vessel 33 and ionize the air between the electrode 21 and the metal window 14. This increases the conductivity of the air, so that the positive electrode 21 is gradually removed further from the metal window can until the entire inner space of the vessel 33 has become lei tend.
This gradual starting of the effect ensures that the bombardment of the contents of the vessel by electrons is much more powerful and can penetrate thicker layers than when starting with an immovable electrode 21.
It should also be mentioned that by increasing the applied voltage, the minimum value of which can be assumed to be 180 to 200 KV, the speed of the electrons emitted by the hot cathode 2 can be increased considerably. If, for example, the practical radiation speed is around 150,000 km / sec at the minimum value just given, it increases to around 200,000 km / sec at 2.40 to 2.50 KV. Is below the practical radiation velocity.
Understanding the real speed of the electron beams outside the window, which lags behind the theoretical speed calculated on the basis of the available voltage. In the present range, the practical Strahlungsge speed is approximately proportional to the number of KV applied.
Figures 2 and 3 show two other embodiments of the radiation or discharge vessel of the device; The reaction vessel has been omitted for the sake of clarity. In both embodiments, the cathode is inserted directly into the discharge vessel and forms part of the vessel wall. The entire vessel is at the potential of the cathode, which has the advantage that only one insulating implementation, namely that for the anode, is required.
In both embodiments, the discharge vessel 1 has the shape of two conaxial metal cylinders which are connected to one another at the bottom by a bottom arched downwards; they therefore together form an annular body, which can be imagined by rotating a horseshoe-shaped body around an axis parallel to the legs.
The free end of the inner cylinder is closed off by an oxide hot cathode 45 consisting of a metal sheet, which has the shape of a corrugated membrane to avoid temperature stresses. A sheet metal ring is used to connect the hot cathode to the inner vessel cylinder, which is soldered to the edge of the cathode 45 at 46 and to the upper edge of the inner cylinder at 59.
At the free upper end of the outer cylinder 1, a conical ring 13 'made of conductive material is set, in the opening of which Lenard's window 14 and support grid 15 is inserted. The upper edge of the ring 13 'carries a flange 17' with holes 60 and 61 through which screws for fastening the reaction vessel (not shown) can be used. A cooling line 18 'for the edge 16 of the window 14 is laid in the flange 17'; it is provided with an inlet connection 19 and an outlet connection 20.
The vessel 1 rests in a foot 53 made of insulating material to which the clamps 11 and 12 are attached. An annular glass body 58, likewise hoof-iron in cross-section, is inserted into the vessel, which adapts to the inner wall of the vessel and is held in the correct position by spacers 62; he wears the ring-shaped anode 38 on the outside of his inner cylinder wall and is intended to prevent short circuits between the latter and the wall of the vessel 1.
The hot cathode 45 and its electrically connected discharge vessel 1 and Lenard's window 14 are connected at point 25 to the negative pole - 26 of a high-voltage source and are grounded via capacitors 27 and 29 and a choke coil 30 at 28. The purpose of this earthing device is to divert the high-oscillating secondary currents which occur during operation of the hot cathode and which, under certain circumstances, could cause sparks to break through through the wall of the glass body 58 and the insulating base 53. Cathode 45 receives power from terminals 11 and 12 from the low voltage side of a transformer.
The anode 38 in the interior of the Strahlungsge vessel is connected to the positive pole + 24 of the high voltage source via a voltage dividing device 22 '. that there is a lower voltage at the anode than in the line -f- 24, in order to prevent a possible breakdown of sparks through the wall of the radiation vessel. With regard to the dissipation of the relatively few electrons reaching the anode 38, compare what has been said with regard to FIG.
The line 39 to the anode 38 passes through the nozzle 41 and is sealed against the outside by a #NTellmembran 42, which is soldered to a 14luffe 43 inserted in the flange 52 and melted in the foot of a glass body.
The positive grid electrode 21 is also not placed directly on the line -I- 24, but receives a voltage through the mentioned voltage dividing device 2: 2 ', which can be designed, for example, as a capacitor connected in series, a voltage that is approximately in the The center lies between the line 24 and the anode 38. However, a plate-shaped electrode 23, which is further away from the Lenard window 14 than the grid electrode 21, is arranged, which is connected directly to the line -i- 24 is. From 21 to 23, the electrons attached to 21 pass mainly through the ionized gas.
The electrons are thus discharged in three stages, with the grid electrode 21 directly opposite the window 14 having a more positive potential than the anode 38, but the plate electrode 23 an even greater potential than the grid electrode 21, so that electrodes also between the electrodes 21. and 23 there is an electrostatic field which is able to accelerate the electron beams as they pass through the substance to be treated in the reaction vessel.
The aforementioned gradation and the resulting low anode voltage allow the necessary security against breakdown inside the discharge vessel to be achieved, which is particularly important with metal vessels, while the following voltage levels are able to increase the speed of the electrons.
In the embodiment according to FIG. A heater 44 is arranged for heating the oxide cathode 45 (borrowed under the latter. The heater 44 is connected to the terminals 1.1 and 12 by the lines h and i.
3 an alternating current flowing through the middle of the ring-shaped discharge vessel in the upper end of the sen upper end is arranged for heating the hot cathode 45, which is the primary winding of a transformer whose short-circuited secondary winding through the sheet metal of the Hot cathode is formed, which is heated here by the induced eddy currents. Solenoid 47 is connected to terminals 11 and 12 by lines 48 and 49.
The magnetic field of the coil runs partly in the wall of the discharge vessel if it is made of magnetic material. - If the upper end of the discharge vessel is pushed into the stator of a three-phase motor fed with three-phase current at the location of the rotor, with the intention of achieving the advantages already mentioned above, the stray fields can also be sufficient to heat the hot cathode 45.
Experience has shown that a useful magnetic field can also be generated by a coil surrounding the radiation vessel. The magnetic field can also act on the electron beams completely outside the discharge vessel, namely in the reaction space. This can be done, for example, in such a way that the inside of a hollow cylinder placed on the Lenard's window, which is surrounded by a magnetic coil, serves as a reaction space. Such magnetic fields running in the direction of the electron beams, as is known, cause the electron beam to be concentrated.