DE693547C - Roentgenroehrenanordnung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Röntgenröhrenanordnung, bei der die Kathode aus Quecksilber oder einem ähnlichen, sich im Betriebszustand ständig erneuernden Stoff besteht und bei der der Entladungsstrom schneller ansteigt, als es die für das Kathodenmaterial charakteristische Emission zuläßt.

Es ist bereits eine der Erzeugung von Röntgenstrahlen dienende Einrichtung zur intermittierenden Unterbrechung elektrischer Ströme mittels eines Gasentladungisgefäßes mit Glühkathode bekannt, bei der in dem Entladungsgefäß die Strom und Gasdruckverhältnisse so bemessen und geregelt sind, daß der Entladungsstrom . selbsttätig. eine ein Hochvakuum darstellende Gasverarmung an der Anode erzeugt, die durch entsprechende Induktivität so weit getrieben wird, daß die anfängliche Gasverteilung in der Röhre und damit die Leitfähigkeit des Entladungsgefäßes von neuem wiederhergestellt wird.

Durch die. Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, Röntgenstrahlen mit einer hohen Strahlungsleistung bei Entladungsgefäßen mit Quecksilberkathode zu erhalten. .Die Verwendung von Quecksilber oder einer ähnlichen Kathode bringt stets die Gegenwart von Ionen des Kathbdenmaterials in dem Entladungsraum mit sich, die die Entladungsspannung bis zu einem Wert reduzieren, der sich der Ionisationsspannung des Materials nähert. Bei Quecksilber beträgt diese Spannung etwa io Volt.

Es ist für die Erfindung wesentlich, daß ein Entladungsgefäß der obengenannten Art unter ^3S gewissen Bedingungen und für besonders kurze Zeitintervalle derart betrieben wird, daß Spannungen von der Größe erhalten werden, die die Erzeugung von Röntgenstrahlen ermöglichen. Dies wird nach der Erfindung durch hohe Spannungsenergie aufspeichernde Mittel erreicht, die für ein Quecksilberent-

ladungsgefäß. während einer Zündperiode einen Strom von einem derartigen Wert liefern, daß der Strom schneller ansteigt als die für das Kathodenmaterial charakteristische Emission zulaßt.

Die Abb. ι zeigt in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Entladungsröhre besteht .aus einem länglichen Glasgefäß ι ο mit einer ίο Anode, einer Kathode und einer Zündelektrode. Die Anode ii besteht aus einer Platte oder Scheibe aus gegen den Elektronenaufprall widerstandsfähigem Material, z. B. Wolfram, und ist an dem Leiter 12 befestigt, der vorzugsweise aus Molybdän besteht. Die Kathode 14 erzeugt im Ruhezustand genügend Elektronen, um eine fast unbegrenzte Energie durch das Entladungsgefäß zu schicken. Eine derartige Kathode ist beispielsweise ein Quecksilberbad oder ein anderer, sich stets erneuernder Körper aus verdämpfbarem und ionisierbarem Material.

Für die genannten Entladungsgefäße ist es charakteristisch, daß sie, während sie fast unbegrenzt' Energie übertragen können, mit einer geringen, nicht Röntgenstrahlen erzeugenden Spannung arbeiten. Diese Erscheinung ist dadurch bedingt, daß im Ruhestand genügend Kathodenmaterial verdampft und somit stets eine wesentliche Ionisation im Entladungsraum vorhanden ist. Eine derartige Ionisation läßt Entladungen bei derartigen Spannungen zu, wie sie für Bogenentladungen charakteristisch sind· Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen von kurzer Dauer während der Zündperioden sind erfindungsgemäß verschiedene Bedingungen zu beobachten. Während einer Zündperiode ist der Strom, der durch das Entladungsgefaß geschickt wird, durch die momentane oder zeitliche charakteristische Emission der Kathode begrenzt. Es steht hingegen fest, daß wenn Strom von einer Spannungsquelle, die einen äußerst schnellen Stromstoß liefert, fließt, die Kathode, obschon sie aus Quecksilber besteht, nicht fähig ist, genügend Elektronen auszusenden, um den ganzen verfügbaren Strom durch die Anordnung zu schikken. Infolge der kapazitiven Zeitverzögerung an der Kathode werden aber durch die hohen Spannungsunterschiede die erzeugten Elektronen genügend beschleunigt.

Abb. 2 zeigt eine graphische Darstellung, bei der die Abszisse die Zeit und die Ordinate den Strom anzeigt. Die Kurvet stellt die Charakteristik einer besonderen Energiequelle dar unter Berücksichtigung des Wertes, bei dem die Kapazität der Quelle und die Induktanz des zugehörigen Kreises einen Entladungsstrom zuläßt. Die Kurve B gibt den zunehmenden Wert eines Entladungsstromes während der Zündperiode des obengenannten Kathodenmaterials an. Wenn die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind, d. h. wenn der Wert des Speisestromes schneller ansteigt, als die momentane charakteristische Emission es zuläßt, kommt ein großer Spannungsabfall im Entladungskreis längs des Entladungsraumes zustande. Diese angelegte Spannung muß genügend groß sein, um Röntgenstrahlen zu erzeugen.

Abb. ι zeigt eine Apparaturanordnung, bei der mit den Strömzuführungen 12 und 15 ein energieaufspeicherndes Mittel, z. B. ein Kondensator 17, verbunden ist. Dieser Kondensator wird mittels eines Hochspannungstransformators 18 über einen Gleichrichter 19 und einen Widerstand 20 auf ein Röntgenstrahlen erzeugendes Potential aufgeladen· Zur Zündung ist eine Elektrode 22 vorgesehen, die vorzugsweise aus halbleitendem Material besteht. Zur Spannungserzeugung an der Zündelektrode ist ein Kondensator 23 in Verbindung mit einer Batterie 24 und einem Widerstand 25 vorgesehen. Der Kondensator 17 muß eine relativ hohe Kapazität aufweisen. Besonders geeignet erwies sich ein Kondensator von 0,015 Mikrofarad, der auf eine Spannung von 100 000 Volt aufgeladen war. Die Stromkreisverbindungen 29 und 30 müssen eine möglichst niedrige Induktanz und einen geringen Widerstand aufweisen.

Unter diesen Bedingungen entsteht beim Schließen des Schalters 27 eine Entladung zwischen der Anode 11 und der Kathode 14. Es wurden mit dieser Anordnung Röntgenstrahlen kurzer Dauer erzeugt, die einer Million Röntgeneinheiten pro Minute gleich kamen.

Das Steigen der Röntgenstrahlung ist abhängigvon der Temperatur des Quecksilbers. Diese Temperaturabhängigkeit zeigt die Abb. 3, nach der die beobachtete Strahlung bei einer Temperatur von aberhalb 0⁰C sehr schnell abfällt. Es erscheint also vorteilhaft, das Quecksilber durch Kühlmittel unter diesen Wert zu halten. Eine Kühlschlange 35 mit einem Zufluß 36 und einem Abfluß 37 ist daher in Abb. 1 vorgesehen.

In der Anordnung nach Abb. 4 ist als enengieaufspeicherndes Mittel wiederum ein Kondensator 40 vorgesehen, der über einen Widerstand 41 mit der Spannungsquelle verbunden ist. Bei dieser Anordnung fehlt die Zündelektrode. In Serie mit dem Entladungsgefäß und zwischen dem Entladunggefäß und dem Kondensator 40 ist eine Funkenstrecke mit den Kugeln 46 und 47 vorgesehen- Parallel zu dem Entladungsgefäß ist ein großer Widerstand 48 (etwa 500000hm) angeordnet. Zur Zündung der Entladung nach der obengenannten Anordnung sind zwei Verfall-

ren möglich. Wenn die Kugeln 46 und 47 in einem festen Abstand voneinander angebracht sind und die Spannung am Kondensator 40 den Funken zündet, wird im wesentlichen die ganze Spannung an die Entladungsrohre angelegt. Im zweiten Fall soll der Abstand der Kugeln zueinander abnehmen, während der Kondensator auf die gewünschte Spannung aufgeladen ist.

In der Anordnung nach Abb. 5 ist eine Funkenstrecke und eine Zündelektrode gemeinsam vongesehen. Die Funkenstrecke 50 ist in dem Kreis zwischen dem Kondensator und der Entladungsröhre eingeschaltet. Bevor die Entladung eintritt, also während des Ruhezustandes, liegt ein Teil der Spannung an der Funkenstrecke und der andere Teil am Entladungsraium zwischen der Anode 11 und der Kathode 14. Zündet die Elektrode 22 die Entladung, so vermindert sich der Spannungsabfall an der Röhre und bewirkt sogleich eine Funkenbildung an der Funkenstrecke. Es wird hierdurch bewirkt, daß die ganze Spannung des Kondensators an die Anode 11 und die Kathode 14 in Form einer steilen Entladung angelegt wird.

Abb. 6 zeigt eine weitere Ausbildung des Entladungsgefäßes. Das Glasgefäß 55 ist an seinen Enden mit Metalldeckel 56 und 57 ver-

3" schmolzen. Der obere Deckel 56 trägt die Anode 58 mittels der Stromleiter 60 und 61. Diese Zuleitungen sind -mit einem leitenden Zylinder 62 verbunden, dessen Durchmesser nur wenig von dem der Hülle abweicht, so

'35 daß ein langer Raum zwischen dem Zylinder und der Hülle gebildet wird, der ein Durchdringen der Entladung bis zum Deckel 56 verhindert. Der untere Metalldeckel 57 ist von Kühlrohren 65 umgeben. Zur Zündung taucht eine Zündelektrode 66 in das Quecksilber 64· Um die Gefahr einer unerwünschten Entladung zwischen der Elektrode 56 und der Anode 58 zu vermeiden, ist ein Metallschirm 68 mit einer abgerundeten und polierten Oberfläche vorgesehen.

Wird als Anodenmaterial Wolfram verwendet, so besteht die Gefahr,, daß durch Verspritzen des Anodenmaterials die Röhrenwand bedeckt und der Durchgang von Röntgenstrahlen verhindert wird. Um dies zu vermeiden, ist ein strahlendurchlässiges Fenster vorgesehen,, das an dem äußeren Ende des Rohres 71 angebracht ist.

Außer Quecksilber eignet sich als Kathodenmaterial fernerhin Gallium, Cadmium oder ähnliche Metalle.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Röntgenröhrenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Quecksilber oder einem ähnlichen, sich im Betriebszustand ständig erneuernden Stoff besteht, und daß der Entladungsstrom schneller ansteigt, als es die für das Kathodenmaterial charakteristische Emission zuläßt.

2. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Anode und Kathode einenergiespeicherndes Mittel, beispielsweise ein -Kondensator, vorgesehen ist.

3. Röntgenröhrenanordnung nach An- , Spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode und dem Konden- · sator eine Funkenstrecke vorgesehen ist.

4. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch ι und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der Entladung durch eine Zündelektrode aus halbleitendem Material, die dauernd in die Kathode eintaucht und an einem Kondensator liegt, bewirkt wird.

5.- Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß über der Zündanode ein Metallschirm mit abgerundeter und polierter Oberfläche vorgesehen ist.

6. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch ι und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenaustrittsfenster an einem röhrenförmigen Ansatz des Entladungsgefäßes angebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen