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Elektrische Entladungsröhre zur Erzeugung von Elektronen hoher Energie
Es ist bekannt, in einem Raum höchster Luftleere mit Hilfe eines Teslatransformators
bzw. einer Strahlsp,ule außerordentlich starke Felder zu erzeugen, durch welche
Elektronen hoher Energie und demzufolge äußerst harte Röntgenstrahlen hervorgerufen
werden.
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Weiterhin ist eine Röntgenröhre bekannt, bei der die Elektronen auf
ihrem Wege von der Kathode zu der Antikathode nicht durch eine zwischen zwei Elektroden
angelegte Spannung, sondern durch eine in der Entladungsröhre selbst induzierte
elektrische Kraft beschleunigt werden. .
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In einem die Entladungsbahn umschließenden Ring aus Eisen wird mittels
einer von Wechselstrom durchflossenen Spule ein wechselnder magnetischer Kraftstrom
0 erzeugt. Die Änderungen dieses Kraftflusses 0 mit der Zeit t verursachen nach
dem Färadayschen Gesetz das Entstehen einer elektrischen Kraft, die dem Differentialquotient
proportional ist. Man kann also sagen, daß bei der betreffenden Entladungsröhre
eine Faradaysche Beschleunigung der Elektronen stattfindet.
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Die bekannte Anordnung bildet einen Transformator, dessen Sekundärwicklung
aus der Entladungsbahn der Röhre besteht. Die in einer einzigen Windung induzierte
Spannung ist nur gering, aber die Röhre ist als ein geschlossener Ring ausgeführt,
so daß die Elektronen, nachdem sie um den magnetischen Kraftstrom herumgelaufen
sind, denselben Weg abermals zurücklegen,, und dadurch ihre Geschwindigkeit erhöhen.
Nach ia solcher Umläufe hat das Elektron eine der in einer Sekundärwicklung von
ii. Windungen erzeugten Spannung entsprechende Geschwindigkeit.
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Um zu verhindern, daß die Elektronen zufolge ihrer Massenträgheit
aus der kreisförmigen Bahn geschleudert werden, ist ein magnetisches Ouerfeld vorgesehen,
das den Elektronen eine nach dem Mittelpunkt des Ringes gerichtete Beschleunigung
gibt. Hiermit wird erreicht, daß die Elektronen in einer
spiralförmigen
Bahn viele Male um den
[email protected] Kraftfluß herumlaufen, bis sie mit großer
Geschwindigkeit auf eine Antikathode auftreffen und dort Röntgenstrahlen erzeugen.
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Die bekannte, nach diesem Prinzip arbeitende Röhre hat den Nachteil,
daß die Anzahl der Umläufe der Elektronen sehr groß sein muß, bevor eine genügende
Geschwindigkeit erreicht ist, weil nach einem Umlauf die Geschwindigkeit nur noch
der in einer einzigen Windung erzeugten EMIL entspricht. Aus demselben Grunde war
es bisher zwecklos, Entladungsröhren mit geradliniger Entladungsbahn nach demselben-
Prinzip arbeiten zu lassen, muß doch, um eine genügend hohe Spannung in einer Sekundärwicklung
mit einer Windung zu erhalten, die Primärspannung sehr hoch sein.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre zur Erzeugung
von Elektronen hoher Energie durch das elektrische Wirbelfeld eines sich zeitlich
ändernden Magnetfeldes, bei der der genannte Nachteil beseitigt ist. Sie macht es
auch praktisch möglich, Entladungsröhren mit FaradavscherBeschleunigung der Elektronen
ohne wiederholten Umlauf der Elektronen zu bauen.
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Gemäß der Erfindung umschließen eine Mehrzahl von ringförmigen Magneten,
die je aus einem mit einer Erregerwicklung versehenen Eisenkern bh-tellen, die Entladungshahn
der R'ohre.`_ Werden nun die Erregerwicklungen von Wechselstrom durchflossen, so
entstehen innerhalb der Eisenkerne magnetische Kraftlinien. Hierdurch wird in einem
gegebenenfalls vorhandenen Sekundärkreis eine Spannung erzeugt, die, wenn der Kreis
mit einem Widerstand in Form einer Entladungsröhre geschlossen ist, an den Elektroden
einen Potentialuntexschied hervorruft. Diese die Elektronen beschleunigende Spannung
hat einen n-mal größeren Wert als die der Geschwindigkeit ,der Elektronen nach einem
einmaligen Umlauf bei der bekannten Einrichtung entsprechende Spannung, wenn statt
einer, wie es bei dieser Einrichtung der Fall ist, .t ringförmige Magnete vorgesehen
sind. Durch Vorhandensein einer genügend großen Anzahl Eisenkerne kann in einer
mit einer geraden Entladungsbahn versehernen Röhre eine sehr hohe Elektronengeschwindigkeit
hervorgerufen werden.
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Bei dieser Anordnung wird in einer in sich geschlossenen. Röhre eine
n-mal höhere Spannung je Umlauf erzeugt als bei der bekannten Einrichtung, so daß,
gleiche Spannung vorausgesetzt, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen,
die spiralförmige Bahn n-mal weniger Windungen zu haben braucht oder bei gleicher
Zahl der Umläufe die Spannung -n-mal höher werden kann. Die Entladungsröhre der
vorliegenden Art ist ein besonderer Anwendungsfall eines Transformators, bei .dem
die Sekundärspannung V@ sich zur Primärspannung h1 verhält wie
Hier ist h die Anzahl der Eisenkerne, aus denen der Magnetkörper des Transformators
aufgebaut ist, und n-. und zii sind die sekundären bzw. .die primären Win@dungszahlen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, die der Einfachheit halber
ganz schematisch gehalten sind, näher erläutert. In dieser Zeichnung stellt Fig.
i in zwei Projektionen ein Beispiel einer Entladungsröhre gemäß der Erfindung mit
geradliniger Achse des Entladungsbündels dar; Fig. :2 veranschaulicht ein zweites
Ausführungsbeispiel mit in sich geschlossenem Entladungskanal: Fig@3 betrifft eine
zweckmäßige Ausgestaltung und Anwendungsmöglichkeit des. Eisenkörpers.
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In Fig. 1 ist 1 eine hochevakuierte Entladungsröhre mit einer Glühkathode
2 und einer mit der Glühkathode durch einen Leiter 3 direkt verbundenen Antikathode
4. -Um die Röhre herum liegen Eisenringe 5. Diese sind finit je einer Drahtwicklung
6 versehen. Alle diese Drahtwicklungen sind entsprechend geschaltet und sind parallel
an eine Wechselstromquelle angeschlossen. jeder Teilkern erzeugt in der Röhre eine
elektrische Kraft, und diese elektrischen Kräfte summieren sich. Die von der Kathode
2 emittierten Elektronen werden durch die dem Differentialquotienten e = k #
proportionale resultierende Kraft nach der Antikqthode hin bewegt. Hierin ist 0
der magnetische Kraftfluß in einem Eisenring und k die Zahl der Ringe. Wenn die
Drahtwicklungen aus je iti Windungen bestehen und die Primärspannung ei .Volt beträgt,
entspricht die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen auf die Antikathode .I auftreffen,
der Spannung E =
ei. Um diese Spannung mit einer den ganzen Eisenkern umfassenden Primärwicklung
zu induzieren, müßte man, um den hierzu erforderlichen Magnetisierttngsstroin durch
die Wicklung zu schicken, eine k-inal größere Primärspannung anlegen. Bei der vorliegenden
Röhre muß man zwar diesen Strom k-mal liefern und es wird der Primärstrom entsprechend
höher, aber man kann die Primärwicklung mit einer niedrigeren Spannung speisen.
In
Fg. :2 ist 7 die toroidförmige Entladungsröhre. Inder Röhre liegen zur Innenseite
hin die Glühkathode 8 mit der Sammelvorrichtung 9. Zwischen der Kathode und der
ihr vorgelagerten Sauganode io wird eine Wechselspannung aufrechterhalten. Die ErregerRricklung
ii der Magnetringe i2 sind an einer synchronen Wechselspannung (gegebenenfalls an
derselben Spannung) derart angeschlossen, daß die von dem wechselnden Magnetfeld
hervorgerufene elektrische Kraft während der Halbperioden des Wechselstromes, in
denen, die Sauganode io positiv mit Bezug auf den Glühdraht ist, in Richtung von
der Kathode nach der Sauganode zeigt.
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Um zu erreichen, daß die Elektronen wiederholt die Spule durchlaufen,
bevor sie auf die Antikathode 13 gelangen, ist ein Magnetsystem mit Polen 14 und
15 vorgesehen, die entweder Dauermagnete sein können, oder durch Elektromagnete
fremderregt werden. Durch die Unterteilung des Eisens in h Kerne ist auch hier die
für eine Wicklung erforderliche Spannung nur gering. Auch kann die Geschwindigkeitszunahme
bei jedem Umlauf der Elektronen erheblich größer sein als bei der bekannten Röhre
mit einfacher Primärwicklung, so daß weniger Umläufe für eine bestimmte Geschwindigkeit
nötig sind.
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Für die Erhaltung der Konstanz des Bahndurchmessers kann auch ein
magnetisches Längsfeld verwendet werden., das bekanntlich den Elektronenstrom zu
führen vermag. In diesem Falle ist es möglich, die NLi.gnetkerne i i als Wicklung
für die Magnetspule zu benutzen, wenn- dieselben z. B. wie 'in Fig. 3 ausgeführt
sind..
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In dieser Figur ist ein Teil des aus mehreren Eisenringen 17 zusammengesetzten
Kernes dargestellt. Jeder Ring hat eine Unterbrecheng i8, die vorzugsweise so eng
ist, daß zu ihrer magnetischen überbrückung nicht mehr Amperewindungen nötig sind
als für bei Transformatoren gebräuchliche Stoßfegen. Die Unterbrechung isoliert
die zwei Ringenden voneinander. Das eine Ende i9 eines Ringes ist aber durch einen
Leiter 2o mit dem anderen Ende 21 des nächsten Ringes verbunden. Elektrisch bilden
die Rings somit einen Solenoid, durch den man einen starken Gleichstrom schicken
kann., der innerhalb der Entladungsröhre 22 ein koaxial mit der Röhre verlaufendes
Magnetfeld erzeugt, das den Elektronenstrom in der toroidförmigen Bahn hält. Auch
bei der Röhre nach Fig. i kann das in Fig. 3 abgebildete System zur Konzentration
des Bündels benutzt werden.