DE2400395C3 - und/oder Dampfentladungsröhre für Bestrahlungszwecke und mit einer Einrichtung zum Abschalten der Entladungsröhre nach Erreichen einer vorgegebenen Strahlendosis - Google Patents

Description

Z₁

Ε»,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre Z₁ +Z₂
worin Z₁ die Größe des ersten Widerstandes im

Hilfszweig und Z₂ die Größe des variablen Widerstandes in der Abschalteinrichtung darstellt Z\ und Zi bilden faktisch zusammen einen Spannungsteiler, zwischen dessen Enden die Netzspannung (E_n) liegt

Beim Beginn der Bestrahlung durchfließt jetzt die erste Diode ein Strom, bis die Entladungsröhre eine derartige hohe Brennspannung führt, daß die Spannung über dem Stabilisierungswiderstand unter

Z₁ +Z₂

abgesunken ist Dann durchfließt die erste Diode kein Strom mehr. Dies bedeutet, daß über dem variablen Widerstand beim Beginn der Bestrahlung eine Spannung liegt, die gleich groß ist wie — und dann auch gleichermaßen ansteigt mit — der Brennspannung der Entladungsrohre, während nachher — im zweiten Bestrahlungsabschnitt — über dem variablen Widerstand eine Spannung

Z₂

Z, + Z₁ -

liegt, die nur von der Netzspannung und nicht mehr von der Spannung an der Entladungsröhre bestimmt wird. Dies führt dazu, daß das aus dem variablen Widerstand und dem Kondensator bestehende integrierte Element einen Ablaufbefehl rascher aussendet, wenn die Entladungsröhre schneller läuft und/oder wenn die Netzspannung einen höheren Wert hat Dies führt dann zu einer kürzeren Bestrahiungsdauer und dadurch zu der gewünschten Strahlungsdosis.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der variable Widerstand gebildet aus einem ersten Potentiometer, das zwischen der zweiten Diode und dem Kondensator angeordnet ist, und einem zweiten Potentiometer, das der Reihenschaltung aus dem ersten Potentiometer und dem Kondensator parallelgeschaltet ist, und sind die Abgriffe der beiden Potentiometer elektrisch leitend verbunden. Mit dem ersten Potentiometer kann die von Tag zu Tag ansteigende Bestrahlungsdauer eingestellt werden, während mit dem zweiten Potentiometer eine auf die Hauptempfindlichkeit der zu bestrahlenden Person abgestimmte Korrektur verwirklicht werden kann.

Vorzugsweise ist der Kondensator mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden, dessen Ausgang mit einem zweiten Kondensator und wenigstens einer Erregerwicklung eines Relais parallelgeschaltet ist, wobei diese Parallelschaltung in Reihe mit einem ersten strombeschränkenden Element und einer dritten Diode die Reihenschaltung des Stabilisierungswiderstandes und der Entladungsröhre überbrückt, und wobei das Abschalten der Entladungsröhre durch öffnen des Relaiskontakts erfolgt, welcher mit der Entladungsröhre in Reihe geschaltet ist

Vor dem Beginn einer folgenden Bestrahlung muß der erste Kondensator der Abwehreinrichtung wieder entladen sein. Dies kann z. io. durch einen getrennten Schalter erfolgen, der durch einen Widerstand über den Kondensator geschaltet ist, wobei sich durch das Schließen dieses Schalters der Kondensator entlädt. Danach muß dieser Schalter wieder geöffnet werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemätJen Schaltungsanordnung schließt in einer Stellung des Kontaktes, bei der die Verbindung zwischen Spannungsquelle und Entladungsröhre gesperrt ist, dieser Kontakt einen Kreis des ersten Kondensators und eines zweiten strombeschränkenden Elements. Beim Öffnen des Kontaktes entlädt sich der s Kondensator direkt über das zweite strombeschränkende Element so daß bald danach eine folgende Person bestrahlt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Darin zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung mit einer Entladungsröhre für Bestrahlungszwecke,

Fig.2 eine graphische Darstellung, die unter anderem über der Zeit die Spannung angibt die an der Einrichtung zum Abschalten der Entladungsröhre bei der Anordnung nach F i g. 1 liegt

In F i g. 1 sind 1 und 2 Eingangsklemmen der erfindungsgemäßen Anordnung, welche zum Anschließen an ein Wechselspannungsnetz von 220 V, 50Hz bestimmt sind. Die Klemmen 1 und 2 sind durch eine Reihenschaltung aus einem Stabilisierungswiderstand 3 und einer Entladungsröhre 4, die zum Aussenden ultravioletter Strahlung bestimmt ist sowie einem Hauptschalter 5 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Stabilisierungswiderstand 3 und der Entladungsröhre 4 ist über eine erste Diode 6 mit einem ersten Widerstand 7 verbunden. Die Reihenschaltung aus der Diode 6 und dem ersten Widerstand 7 bildet eine Überbrückung des Stabilisierungswiderstandes 3. An einen Abzweigpunkt 8 zwischen der Diode 6 und dem Widerstand 7 ist eine weitere Diode 9 angeschlossen. Die Durchlaßrichtungen der beiden Dioden 6 und 9 sind dem Abzweigpunkt 8 zugewandt An der Anodenseite der Diode 9 sind zwei Potentiometer angeschlossen.

j5 Das erste Potentiometer enthält die Widerstände 10 bis 17, das dazu parallelgeschaltete Potentiometer enthält die Widerstände 18 bis 21. In Reihe mit den Widerständen 10 bis 17 ist weiter ein erster Kondensator 22 aufgenommen. Der Kondensator 22 sowie der

Widerstand 21 sind an eine Verbindung angeschlossen,

die zur Netzklemme 2 führt. Ein Abgriff 23 des ersten

. Potentiometers ist mit dem Abgriff 24 des zweiten

Potentiometers elektrisch verbunden. Das zweite Potentiometer ist außerdem durch einen Kondensator

25 überbrückt.

Ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 17 und dem Kondensator 22 ist über einen Hilfswiderstand 26 an einen weiteren Kontakt 27 des Schalters 5 angeschlossen. Gleichfalls ist ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 17 des ersten Potentiometers und dem Kondensator 22 an eine Verstärkeranordnung

28 angeschlossen. Es ist ein mit einem MOS-Transistor ausgerüsteter Verstärker. Dieser Verstärker 28 ist ein Teil einer Hilfseinrichtung, die auch einen Kondensator 29 und eine Erregerwicklung 30 eines Relais enthält. Der Kontakt des Relais 30 ist der Schalter 5. Der Ausgang der Verstärkeranordnung 28 ist mit einem Kondensator

29 und mit einer Reihenschaltung aus der Wicklung 30 und einem weiteren Widerstand 31 parallel verbunden.

Diese Parallelschaltung ist in Reihe mit einem Widerstand 32 und einer Diode 33 zwischen den Klemmen 2 und 1 der Anordnung angeschlossen.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Der Abgriff 24 des zweiten Potentiometers wird

b5 zunächst in eine Stellung gebracht, die der Hautempfindlichkeit der zu bestrahlenden Person entspricht. Dieser Abgriff wird in der Nähe des Widerstandes 18 angeordnet, wenn die Haut für Strahlung äußerst

empfindlich ist, und in der Nähe des Widerstandes 21, wenn die Haut besonders unempfindlich ist. Am ersten Bestrahlungstag wird der Abgriff 23 des ersten Potentiometers in der Nähe des Widerstandes 17 angeordnet. In dieser Lage wird jetzt der Schalter 5 von Hand in diejenige Stellung gebracht, in der der Hauptstromkreis durch die Entladungsröhre 4 geschlossen ist. Darauf zündet einerseits diese Entladungsröhre 4 und führt Strom über den Stabilisierungswiderstand 3, andererseits fließt unter anderem ein Strom durch die Wicklung 30 und die Widerstände 31,32 und die Diode 33, wodurch der Schalter 5 in der jetzt eingenommenen Stellung gehalten wird. Dies ist der Anfangspunkt der Bestrahlung. In dieser Situation wird jetzt zunächst die Entladungsröhre vorgewärmt, wodurch ihre Brennspannung immer höher ansteigt. Die zu bestrahlende Person empfängt dann bereits Ultraviolettstrahlung. In der jetzt betrachteten Lage ist die Spannung am Stabilisierungswiderstand 3 verhältnismäßig hoch, und zwar höher als durch das Produkt der Netzspannung und das Verhältnis des Widerstandes 7 in bezug auf den Widerstand 7 mit dem hinzugezählten Widerstandswert des vollständigen zweiten Potentiometers bestimmt wird. Dies bedeutet, daß jetzt die Diode 6 ein Strom durchfließt (Selbstverständlich nur während diejenigen Halbperioden der Netzwechselspannung, bei denen die Klemme 2 in bezug auf die Klemme 1 positiv ist.) Bei der verhältnismäßig geringen Spannung zwischen den Punkten 2 und 8 lädt sich der Kondensator 22 auf. Die Geschwindigkeit des Aufladens wird selbstverständlich auch durch die in Reihe mit diesem Kondensator angeordneten Widerstände der beiden Potentiometer bestimmt Nachdem die Entladungsröhre 4 einige Zeit gebrannt hat, hat sich ihre Brennspannung vergrößert, wodurch in einem gegebenen Augenblick die Spannung am Widerstand 7 nur noch im wesentlichen durch die Spannungsteilung mit der des zweiten Potentiometers bestimmt wird. Dann stoppt der Strom durch die Diode 6 und die Spannung zwischen den Punkten 8 und 2 wird ein nahezu konstanter Bruchteil der Netzspannung. Mit Hilfe dieser weiteren Spannung (8, 2) lädt sich der Kondensator 22 auf. Wenn nun in einem gegebenen Augenblick die negative Schwellenspannung der Verstärkeranordnung 28 erreicht wird, leitet der Transistor in dieser Anordnung, wodurch die Relaiswicklung 30 kurzgeschlossen wird und dadurch der Schalter 5 nicht mehr in der angegebenen Stellung festhalten kann. Dieser Schalter öffnet sich und nimmt die Stellung ein, in der die Verbindung mit dem Kontakt 27 hergestellt wird. Dies bedeutet einerseits, daß die Entladungsröhre erlischt, und andererseits, daß sich über den Kreis 22,26, 27,5 der Kondensator 22 wieder entlädt

Wenn dieselbe Person am nächsten Tag wieder bestrahlt werden will, wobei bekanntlich in der Regel eine größere Dosis verabreicht werden soll, bringt sie den Abgriff des ersten Potentiometers, d. h. den Abgriff 23, in eine höhere Stellung, also in Richtung des Widerstandes 11, wodurch sie eine größere Bestrahlungsdosis empfangen wird. Wenn nun eine folgende Person mit einer anderen Hautempfindlichkeit vor das Bestrahlungsgerät kommt, muß der Abgriff des zweiten Potentiometers, d.h. der Abgriff 24, in eine andere Stellung gebracht werden.

Wenn aus irgendeinem Grunde die Entladungsröhre 4 verhältnismäßig rasch die Betriebsbedingung erreicht, würde die Spannung zwischen den Punkten 2 und 8 nur verhältnismäßig kurz von der Entladungsröhre bestimmt und dann von der Netzspannung übernommen werden. Dies bedeutet, daß der Kondensator 22 dann bereits schnell mit einer verhältnismäßig hohen Spannung gespeist wird, wodurch dieser Kondensator die Schwellenspannung früher erreicht und dadurch schneller einen Befehl zum Abschalten des Schalters 5 gibt. Dies ist richtig, denn eine rasch ansteigende Spannung an der Entladungsröhre bedeutet, daß zum Beibehalten einer konstanten Bestrahlungsdosis die Bestrahlungsdauer kurz sein muß. Auch eine hohe

ι« Netzspannung führt zu einer kurzen Bestrahlungszeit, weil eine hohe Netzspannung weiter bedeutet, daß die Spannung zwischen den Punkten 2 und 8 vei lältnismäßig groß ist.

Umgekehrt wird für eine langsam anlaufende Entladungsröhre 4 sowie für verhältnismäßig niedrige Netzspannungen mit einer Anordnung nach der F i g. 1 eine etwas längere Bestrahlungsdauer erzielt, so daß wiederum die Bestrahlungsdosis nahezu konstant bleibt, wenn man davon ausgeht, daß die Situationen bei festen Stellungen der Abgriffe 23 und 24 betrachtet werden.

In Fig.2 ist dies in einer graphischen Darstellung gezeigt. Hierin ist auf der vertikalen Achse die Spannung aufgetragen, unter anderen zwischen den Punkten 8 und 2 der Anordnung nach F i g. 1, wobei die dick ausgezogene Linie diese Spannung als Funktion der Zeit angibt. Beim Beginn, d.h. kurz nach dem Zünden der Entladungsröhre, ist die Spannung zwischen den Punkten 2 und 8 selbstverständlich gleich der Spannung Ea, an der Entladungsröhre, bis die Spannung an der Entladungsröhre einen Wert

E_M = - ■ E_n
c

erreicht hat, der gleich einem Bruchteil der Netzspannung E_n ist, welcher Bruchteil, wie bereits früher erläutert, vom Spannungsteiler des Widerstandes 7 und des zweiten Potentiometers bestimmt wird. Mit der Strichlinie ist die Situation der Kombination einer schnell anlaufenden Entladungsröhre und einer hohen Netzspannung angegeben. Dieser Fall ist in F i g. 2 mit Akzentzeichen angedeutet Man sieht, daß jetzt in einer kurzen Zeit die Spannung an den Punkten 2 und 8 stark angestiegen ist, wodurch sich der Kondensator 22 gleichfalls rascher auflädt und die Bestrahlung früher abläuft

In einem konkreten Falle war die Nenn-Wattleistung der Entladungsröhre 190W. Der ohmsche Wert des Stabilisierungswiderstandes 3 betrug ca. 76 Ohm. Der

so Widerstand 7 hatte einen Wert von ca. 840 kOhm. Der Widerstand 10 hatte einen Werl von ca. 22 MOhüi. Der Wert des Widerstandes 11 betrug ca. lOMOhm. Der Wert des Widerstandes 12 betrug ca. 10 MOhm. Der Wert des Widerstandes 13 war gleichfalls ungefähr 10 MOhm. Der Widerstand 14 hatte einen Wert von ungefähr 8,2 MOhm. Der Wert des Widerstandes 15 betrug ca. 8,2 MOhm, und die Werte der Widerstände 16 und 17 betragen ca. 5,6 MOhm bzw. 8,2 MOhm. Die Widerstände 18 bis 21 betrugen 620, 39, 27 bzw.

ω 150kOhm. Der Entladungswiderstand 26 hatte einen Wert von ca. 10 kOhm. Der Kondensator 22 hatte eine Kapazität von ca. 33 μΡ. Der Kondensator 29 hatte eine Kapazität von ca. 47 μΡ. Der Kondensator 25 hatte eine Kapazität von ca. 0,33 μΡ. Dieser Kondensator 25 hatte sich durch seine geringe Kapazität sehr rasch nach dem Schließen des Schalters 5 aufgeladen. Dieser Kondensator hatte nur eine korrigierende Funktion. Es wird nämlich damit erreicht, daß auch während der

Halbperioden, in denen die Klemme 1 in bezug auf die Klemme 2 positiv ist, die Spannung an den beiden Potentiometern bei konstanter Polarität einen gewissen Wert beibehält. Dies ist zum Steuern der Anordnung 28 von Vorteil.

In einem konkreten Falle wurde bei einer Netz-Nennspannung von 220 V und einer normal anlaufenden Entladungsröhre eine Bestrahlungsdosis gemessen, die mit 100 angedeutet wurde. In nachstehender Tabelle I ist für die erfindungsgemäße Anordnung angegeben, wie groß die gemessene Dosis (in Prozent des im vorigen Satze angedeuteten nominellen Falles ausgedrückt) bei anderen Netzspannungen war, und zwar bei einer 10%igen Netzspannungserhöhung (242V) bzw, bei einem 10%igen Netzspannungsabfall (198V) sowie auch bei rasch und langsam ansteigenden Entladungsröhren. Hinter diesen Zahlen sind in Klammern die entsprechenden Werte eingetragen, die in einer

Tabelle I

nichterfindungsgemäßen Anordnung mit konstanter Ersttags-Bestrahlungszeit gefunden wurden. Der normale Fall ist hier wiederum mit 100 angedeutet. Aus der Tabelle I geht hervor, daß die Bestrahlungsdosis bei einer erfindungsgemäßen Anordnung bedeutend besser konstant gehalten wird.

In die Tabelle II sind gleichartige Daten wie in die Tabelle I aufgenommen. Für die Tabelle II gilt jedoch, daß sie sich auf eine größere Bestrahlungsdosis bezieht, d.h. auf eine Dosis, die ungefähr der Bestrahlung während des letzten Tages einer Kur entspricht. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß in einer erfindungsgemäßen Anordnung die Dosis besonders gut konstant gehalten wird und nur um wenige Prozent von der gewünschten Dosis abweichen kann. Dies ist bedeutend besser als in dem Falle des nichterfindungsgemäßen Zustandes, von dem die Zahlen wieder in Klammern erwähnt sind.

Netzspannung
in Volt

Anlauf Entladungsröhre

rasch normal

langsam

242	113(170)	103 (130)	93 (90)
220	110(140)	100(100)	90 (60)
198	106 (100)	96 ( 60)	86 (20)

erster Bestrah
lungstag

Tabelle II

Netzspannung
in Volt

Anlauf Entladungsröhre

rasch normal

langsam

242	104 (135)	101,5 (125)	99(115)
220	103,5(110)	100(100)	97,5 (90)
198	102,5 (85)	100 (75)	97,5 (65)

letzterBe-

strah-

lungstag

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

24 OO Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre für Bestrahlungszwecke und mit einer Einrichtung zum Abschalten der Entladungsröhre nach Erreichen einer vorgegebenen Strahlendosis, wobei diese Einrichtung einen Kondensator, der in Abhängigkeit von der Dosisleistung der Entladungsröhre geladen wird, und einen bei einer bestimmten Spannung des Kondensators ansprechenden Schalter zum Abschalten der Entladungsröhre aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre (4) deren Brennspannung nach dem Zünden ansteigt, mit einem Stabilisierungswiderstand (3) in Reihe geschaltet ist und daß die Einrichtung zum Abschalten der Entladungsröhre (4) nach Erreichen einer vorgegebenen Strahlendosis eine zum Stabilisierungswiderstand (3) parallelgeschaltete erste Serienschaltung aus einer ersten Diode (6) und einem ersten Widerstand (7) sowie eine zwischen dem Verbindungspunkt der ersten Diode (6) und des ersten Widerstandes (7) einerseits und dem nicht mit dem Stabilisierungswiderstand verbundenen Anschluß der Entladungsröhre (4) andererseits angeordnete zweite Serienschaltung aus einer zweiten Diode (9), einem variablen Widerstand (10—20) und dem Kondensator (22) aufweist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch jo gekennzeichnet, daß der variable Widerstand gebildet ist aus einem Potentiometer (11 — 17, 23), das zwischen der zweiten Diode (9) und dem Kondensator (22) angeordnet ist, und einem zweiten Potentiometer (18—21,24), das der Reihenschaltung aus dem ersten Potentiometer (11 —17,23) und dem Kondensator (22) parallel geschaltet ist, und daß die Abgriffe (23,24) der beiden Potentiometer elektrisch leitend verbunden sind

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (22) mit dem Eingang eines Verstärkers (28) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem zweiten Kondensator (29) und wenigstens einer Erregerwicklung (30) eines Relais parallel geschaltet ist, wobei diese Parallelschaltung in Reihe mit einem ersten strombeschränkenden Element (32) und einer dritten Diode (33) die Reihenschaltung des Stabilisierungswiderstandes (3) und der Entladungsröhre (4) überbrückt, und wobei das Abschalten der Entladungsröhre (4) durch öffnen des Relaiskontakts (S) erfolgt, welcher mit der Entladungsröhre (4) in Reihe geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Stellung des Kontaktes (5), bei der die Verbindung zwischen Spannungsquel- 5^r> Ie und Entladungsröhre (4) gesperrt ist, dieser Kontakt (5) einen Kreis des ersten Kondensators (22) und eines zweiten strombeschränkenden Elements (26) schließt

b0 für Bestrahlungszwecke und mit einer Einrichtung zum Abschalten der Entladungsröhre nach Erreichen einer vorgegebenen Strahlendosis, wobei diese Einrichtung einen Kondensator, der in Abhängigkeit von der Dosisleistung der Entladungsröhre geladen wird, und einen bei einer bestimmten Spannung des Kondensators ansprechenden Schalter zum Abschalten der Entladungsröhre aufweist Eine solche Schaltungsanordnung ist insbesondere für UV-Bestrahlungsgeräte geeignet

Bei einer aus der CH-PS 145 547 bekannten Anordnung dieser Art wird der zur Strahlendosis proportionale Strom mittels einer Photozelle erzeugt Eine Photozelle ist aber im Strahlengang einer Entladungsröhre nur schwierig unterzubringen, ohne die Bestrahlung zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für Bestrahlungszwecke mit automatischer Änderung der Bestrahlungsdauer in Abhängigkeit von der Strahlendosis zu schaffen, welche keine Photozelle benötigt

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß oie Entladungsröhre, deren Brennspannung nach dem Zünden ansteigt, mit einem Stabilisierungswiderstand in Reihe geschaltet ist und daß die Einrichtung zum Abschalten der Entladungsrohre nach Erreichen einer vorgegebenen Strahlendosis eine zum Stabilisierungswiderstand parallelgeschaltete erste Serienschaltung aus einer ersten Diode und einem ersten Widerstand sowie eine zwischen dem Verbindungspunkt der ersten Diode und des ersten Widerstandes einerseits und dem nicht mit dem Stabilisierungswiderstand verbundenen Anschluß der Entladungsröhre andererseits angeordnete zweite Serienschaltung aus einer zweiten Diode, einem variablen Widerstand und dem Kondensator aufweist

Hierbei wird bereits die Anlaufzeit der Entladungsröhre zum Liefern der Strahlendosis verwendet Weiterhin werden sowohl Schwankungen in der Anlaufgeschwindigkeit der Entladungsröhre als auch Netzspannungsschwankungen ausgeglichen. Der Ausgleich für diese störenden Einflüsse erfolgt durch eine selbsttätige Änderung der Bestrahlungsdauer. Damit wird erreicht daß die tatsächliche Strahlendosis nahezu nicht von der gewünschten Dosis abweicht

Die Erfindung beruht darauf, die Einrichtung zum Abschalten der Entladungsröhre mit einer variablen Spannung zu versorgen, die beim Beginn der Bestrahlung (also beim Vorwärmen der Entladungsröhre) praktisch direkt proportional der momentanen Brennspannung der Entladungsröhre, und im zweiten Bestrahlungsabschnitt (wenn die Entladungsröhre sich bereits gut vorgewärmt hat) praktisch direkt proportional dem Effektivwert der dann vorhandenen Netzspannung ist

Die Verteilung der diese Einrichtung speisenden Spannung in zwei Teile wird mit Hilfe der ersten Diode in dem den Stabilisierungswiderstand überbrückenden Hilfszweig verwirklicht Wenn nämlich bei ansteigender Brennspannung der Entladungsröhre die Spannung an dem Stabilisierungswiderstand noch ziemlich hoch ist, überschreitet die letztgenannte Spannung den Wert