DE2100447C3 - Generator zum impulsweisen Erzeugen von Röntgenstrahlen oder schnellen Elektronen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator zum impulsweisen Erzeugen von Röntgenstrahlen oder schnellen Elektronen, der einen in einem Metallgehäuse angeordneten Impulstransformator, eine Strahlungserzeugungsröhre, von der eine Elektrode mit dem Metallgehäuse und die andere Elektrode mit einer Sekundärwicklung des Impulstransformators elektrisch verbunden ist, einen Kondensator und eine Entiadungseinrichtung aufweist, deren Elektroden mit einer Wicklung des Impulstransformators und derart mit dem Kondensator verbunden sind, daß sich der Kondensator bei Auslösung eines Impulses über die Entladungseinrichtung entlädt.

Ein Impulsgenerator dieser Art ist aus der DT-AS 12 99 082 bekannt, und auch in der DT-OS 15 64 997 sowie auf den S. 299 bis 302 der »Zeitschrift für angewandte Physik«, VIII. Band, 1956, H. 6, und den S. 59 bis 63 der Zeitschrift »IEEE-Transactions on Nuclear Science«, Bd. NS-16,1969, Nr. 3, sind Generatoren ähnlicher Art beschrieben, die mit Kondensatorentladung arbeiten. Bei der aus der »Zeitschrift für angewandte Physik« bekannten Einrichtung, die auch einen Impulstransformator aufweist entladen sich konzentrisch um eine Strahlungserzeugungsröhre angeordnete Kondensatoren über eine Funkenstrecke, deren eine Elektrode mit einer Elektrode der Strahlungserzeugungsröhre verbunden ist Nach der DT-OS 15 64 997 ist der Kondensator durch ein Metallgehäuse des Generators und ein weiteres Metallgehäuse gebildet Der aus »IEEE-Transactions on Nuclear Science« bekannte Generator liefert äußerst kurze Impulse und weist hierzu einen Marx-Stoßspannungsgenerator auf, dessen Kondensatoren sich über Funkenstrecken und eine Strahlungserzeugungsröhre entladen.

Alle diese bekannten Generatoren haben einen rela

tiv komplexen und umfangreichen Aufbau, der insbesondere ein Hindernis für den Bau von tragbaren Ausführungen darstellt, wie sie etwa für die Zwecke der Materialprüfung auf Großbaustellen und ähnlichen Einrichtungen erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er bei einfacher Struktur die Abgabe von Röntgenstrahlen oder schnellen Elektronen in Impulsen von nur einigen Nanosekunden Dauer ermöglicht

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Generator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entladungseinrichtung als mit einem Metallmantel versehene Hochdruck-Entladungseinrichtung ausgebildet und mit ihrer mit dem Metallmantel elektrisch verbundenen einen Elektrode an die Sekundärwicklung des Impulstransformators und mit ihrer anderen Elektrode an die nicht mit dem Metallgehäuse verbundene Elektrode der Strahlungserzeugungsröhre angeschlossen ist und daß der Kondensator durch den Metallmantel der Hochdruckentladungseinrichtung einerseits und durch das den Impulstransformator umschließende Metallgehäuse andererseits gebildet ist.

Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung ergibt sich ein Impulsgenerator, der bei einem Gewicht von weniger als 5 kg und einer Spannung von über lOOkV an den Elektroden der Strahlerzeugungsröhre die Abgabe von Impulsen gestattet deren Dauer bei einigen wenigen Nanosekunden liegt Dabei stellt das angegebene Gewicht von 5 kg keinesfalls die erreichbare untere Grenze dar. Weiterhin läßt sich mit Hilfe von erfindungsgemäß ausgebildeten Impulsgeneratoren die Durchdringungsfähigkeit der abgegebenen Strahlungsimpulse erheblich steigern, und es gelingt beispielsweise mit Hilfe einer nur 5 kg wiegenden Apparatur bei der damit erreichbaren Spannung an der Strahlerzeugungsröhre, Stahlplatten von bis zu 20 mm Stärke zu durchleuchten, während für eine vergleichbare bekannte Anordnung bei einem Gewicht von 27 kg und einer Spannung von 100 bis 15OkV an den Elektroden der Strahlerzeugungsröhre die Durchleuchtungsgrenze bei Stahlplatten von 15 mm Stärke liegt.

Zusammenfassend ermöglicht also ein erfindungsgemäß ausgebildeter Impulsgenerator die Erzeugung von Röntgenstrahlen und schnellen Elektronen mit geringer Impulsdauer, und diese Eigenschaften machen den Generator sehr geeignet für eine bequeme Anwendung bei der Materialprüfung und für diagnostische Zwecke in der Medizin. Dank der Kürze der erzielbaren Impulsdauer lassen sich erfindungsgemäß ausgebildete Impulsgeneratoren mit großem Vorteil auch für die Untersuchung von sehr schnell ablaufenden Vorgängen einsetzen, und weiterhin ist ihre Verwendung in mit Röntgenstrahlen arbeitenden Entfernungsmessern und in Aufbereitungsanlagen der Großindustrie möglich.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Generator und

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild des Generators nach Fig. 1.

Der in F i g, 1 dargestellte Generator für die Erzeugung von Röntgenstrahlen und schnellen Elektronen besitzt ein Metallgehäuse 1 und einen darin angeordneten Hochspannungs-Impulstransformator 2 mit ölpäpierisolation, der einen Ferritkern 3 aufweist und im Metallgehäuse 1 mittels eines dielektrischen Distanz-

ringes 4 befestigt ist Zwischen dem impulstransformator 2 und dem Metallgehäuse 1 ist ein magnetischer Schirm 5 angeordnet

Das Metallgehäuse 1 enthält weiter eine Hochdruck-Entladungseinrichtung 6, die anschließend an den Impulstransformator 2 auf dtasen Achse angeordnet ist An einer Stirnseite des Metallgehäuses 1 ist eine Strahlungserzeugungsröhre 7 befestigt, die auf der gleichen Achse wie der Impulstransformator 2 und die Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 hinter dieser angeordnet ist

Die Strahlungserzeugungsröhre 7 (F i g. 1 und 2) ist eine Zweielektrodenröhre mit einer Kaltkathode 8, die in einem Metallgehäuse 9 eingeschlossen ist Dieses Metallgehäuse 9 weist ein Austrittsfenster aus dünnem Beryllium von nur 100 bis 200 μπι Dicke auf, das mit einem 10 bis 20μπι dicken Überzug aus einem schweren Element (Rhenium, Wolfram) zugleich als Anode für die Strahlungserzeugungsröhi*e 7 dienen kann.

In einem Metallmantel 10 der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 befinden sich zwei Elektroden U und 12, von denen die Elektrode 11 an eine Herausführung einer Sekundärwicklung 13 (P i g. 2) des Impulstransformators 2 und die andere Elektrode 12 an die Kaltkathode 8 der Strahlungserzeugungsröhre 7 angeschlossen ist Die zweite Herausführung der Sekundärwicklung 13 des Impulstransformators 2 ist mit der anderen Elektrode der Strahlungserzeugungsröhre 7 elektrisch verbunden. Der Metallmantel 10 der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 und das Metallgehäuse 1 des Generators bilden gemeinsam einen elektrischen Kondensator, der über die Strahlungserzeugungsröhre 7 entladen werden kann. In F i g. 2 ist dieser Kondensator mit gestrichelten Linien angedeutet.

Die Elektroden 11 und 12 der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 sind mit der Sekundärwicklung 13 des Impulstransformators 2 bzw. mit der Kaltkathode 8 der Strahlungserzeugungsröhre 7 elektrisch über Leitungen 14 bzw. 15 verbunden (F i g. 1).

Der Impulstransformator 2, die Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 und die Leitungen 14 und 15 liegen im Inneren des Metallgehäuses 1 und sind gegen dasselbe durch Transformatorenöl 16 elektrisch isoliert. Zwischen der Leitung 15 einerseits und dem Metallgehäuse 9 der Strahlungserzeugungsröhre 7 bzw. dem Metallmantel 10 der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 sind Isolatoren 17 bzw. 18 vorgesehen.

Der Strahlungserzeugungsröhre 7 (Fig.2) ist ein Widerstand 19 parallel geschaltet

Weiterhin enthält gemäß F i g. 2 der dargestellte Generator eine Ladeeinrichtung 20, die mit einer Primärwicklung 21 des Impulstransformators 2 über einen Speicherkondensator 22 und einen Schalter 23 elektrisch verbunden ist Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Ladeeinrichtung 20 aus einem Transformator 24, dessen weniger Windungen aufweisende Primärwicklung 25 an einem Wechselstromnetz liegt während seine mehr Windungen aufweisende Sekundärwicklung 26 über eine Diode 27 mit dem Speicherkondensator 22 verbunden ist.

Der dargestellte Impulsgenerator für die Erzeugung von Röntgenstrahlen und schnellen Elektroden arbeitet in folgender Weise:

Nach Aufladung auf eine Spannung von etwa 5 kV über die Ladeeinrichtung 20(F i g. 2) wird der Speicherkondensator 22 über den Schalter 23 und die Primärwicklung 21 des Impulstransformators 2 entladen. An der Sekundärwicklung 13 des Impulstransformators 2 und am Metallmantel 10 der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 entsteht dann ein negativer Spannungsimpuls mit einer Flanke von einer Mikrosekunde Dauer. Die Amplitude dieses Spannungsimpulses hängt von der Durchbruchsspannung an der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 ab und erreicht normalerweise Werte von 150 kV.

Im Anschluß an die Auslösung der Hochdruck-Entladungseinrichtung 6 (Fig. 1) gelangt ein Hcchspannungsimpuls mit der oben erwähnten Amplitude und einer Flankendauer von 1 bis 3 Nanosekunden, also einer Flankensteilheit von 10¹⁴ V/sec, an die Kaltkathode 8 der Strahlungserzeugungsröhre 7.

Die auf diese Weise durch Selbstemission entstehenden schnellen Elektronen werden durch das Austrittsfenster im Metallgehäuse 9 nach außen geführt, oder sie rufen, bei Ausbildung als Röntgenröhre, an der Anode der Röntgenröhre einen intensiven Röntgenstrahlungsimpuls von Nanosekunden Dauer hervor. Während des Impulses erreicht der durch die Strahlungserzeugungsröhre 7 fließende Strom eine Amplitude von 500A.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   js Generator zum impulsweisen Erzeugen von iöntgenstrahlen oder schnellen Elektronen, der λ •inen in einem Metallgehäuse angeordneten Im- ν pulstransformator, eine Strahlungserzeugungsröhre, «on der eine Elektrode mit dem Metallgehäuse und die andere Elektrode mit einer Sekundärwicklung des Impulstransformators elektrisch verbunden ist, finen Kondensator und eine Entladungseinrichtung pufweist, deren Elektroden mit einer Wicklung des Impulstransformators und derart mit dem Kondensator verbunden sind, daß sich der Kondensator bei Auslösung eines Impulses über die Entladungseinrichtung entlädt, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinrichtung als mit einem Metallmantel (10) versehene Hochdruck-Entladungseinrichtung (6) ausgebildet und mit ihrer mit dem Metallmantel (10) elektrisch verbundenen einen Elektrode (11) an die Sekundärwicklung (13) des Impulstransformators (2) und mit ihrer anderen Elektrode (12) an die nicht mit dem Metallgehäuse (1) verbundene Elektrode (8) der Strahlungserzeugungsröhre (7) angeschlossen ist und daß der Kondensator durch den Metallmantel (10) der Hochdruck-Entladungseinrichtung (6) einerseits und durch das den Impulstransformator (2) umschließende Metallgehäuse (1) andererseits gebildet ist

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