Einrichtung zur Erzeugung sehr schneller Kathodenstrahlen. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung sehr schneller Kathoden strahlen.
In Kathodenstrahlröhren lässt sich die Bildung positiver Ionen selbst durch sorg fältigste Entgasung nie ganz vermeiden. Liegt etwa eine Spannung von mehreren 100 kV an den Elektroden der Röhren, so hat dies zur Folge, dass durch das entsprechende zusätzliche Ionenbombardement der Kathode eine erhebliche Steigerung der Elektronen emission eintritt. 'Dieses Anwachsen der Elektronenemission kann so weit gehen, dass durch Selbstheizung der Röhre' labile Zu stände eintreten.
Kathodenstrahlröhren sehr hoher Span nung, bei denen sich der Ionenstrom beson ders bemerkbar macht, werden im allgemei nen derart gebaut, däss die' Spannung in der Art einer Kaskade auf mehrere Stufen un terteilt wird und-den Elektronen stufenweise unter Einwirkung der Spannung aufeihan- derfolgende Beschleunigungen erteilt werden.
Man hat versucht, bei derartigen Kathoden strahlröhren: für Höchstspannungen mit Un- terteilung der Spannung die nachteiligen Wirkungen der positiven Ionen dadurch zu vermeiden, dass man zwischen die einzelnen Röhren der Kaskade eine Metallfolie ein schaltete und so den: Übergang der positiven Ionen von der Endelektrode der einen Röhre in die Anfangselektrode der nächsten Röhre verhinderte. Diese Metallfolie ist dann für die weiter zu beschleunigenden Elektronen durchlässig, für die positiven Ionen aber un durchlässig.
Das beschriebene Verfahren besitzt jedoch erhebliche Nachteile. Die für die Ionen un durchlässige Metallfolie ruft auch bei den Elektronen, trotzdem sie sie hindurchlässt, einen Geschwindigkeitsverlust hervor. Dieser Geschwindigkeitsverlust bedingt eine erheb liche Erwärmung der- Metallfolien, insbeson dere bei den höheren Stufen der Spannungs- kaskade, die leicht das zulässige Mass über schreiten kann. Es kommt hinzu, dass an der Metallfolie unerwünschte Röntgenstrahlen entstehen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wer den die erwähnten Nachteile dadurch besei tigt, dass bei Einrichtungen zur Erzeugung sehr schneller Kathodenstrahlen, die aus mehreren zur kaskadenartigen Unterteilung der Spannung hintereinandergeschalteten Röhren bestehen, zwischen den aufeinander folgenden Röhren Mittel zur Erzeugung eines die Ionen und Elektronen in verschiedene Bahnen lenkenden magnetischen Feldes vor gesehen sind.
Zwischen den aufeinanderfol- genden Röhren können die Ionen durch das magnetische Feld auf sich lenkende Metall schirme angeordnet sein. An Stelle der Me tallschirme können natürlich auch die Ionen durch das magnetische Feld auf sich len kende Blenden angeordnet sein. Es ist vor teilhaft, an jeden Metallschirm das gleiche Potential wie das der beiden Elektroden zu legen, zwischen denen er angeordnet ist.
Die Achsen der Röhren sind vorteilhaft gegen- cinandergeneigt. Gegebenenfalls sind die Achsen der Kathodenstrahlröhren zueinander parallel verschoben. Diese Röhren können dann durch Rohre, deren Achsen zu den Ach sen der Röhren geneigt sind, verbunden sein. Es können ferner den Elektronenstrom vor Eintritt in das ihn ablenkende Magnetfeld konzentrierende Solenoide vorgesehen sein.
In den Zeichnungen sind einige Ausfüh rungsbeispiele dargestellt.
Abb. 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Röhren teilweise im Schnitt, Abb. 2 einen Teil aus Abb. 1 in grossem Massstab, . Abb. 3a und 3b je einen Schnitt durch einen Teil des Verbindungsrohres 15, Abb. 4 ein Lageschema für mehrere Röhren, Abb. 5 eine Teilansicht einer gaskade, Fig. 6 ein weiteres Lageschema der Röhren.
In Fig. 1 besteht das Entladungsgefäss aus zwei Glaskolben 1 und 2, die durch die Hälse 3 und 4 miteinander verbunden sind. Die Achsen der Glasröhren bilden einen Win kel von 120' zueinander. Auf diese Weise ist einerseits eine ausreichende Trennung der Bahnen der Ionen und Elektronen möglich, anderseits aber kommen die Enden der in Kaskade angeordneten einzelnen Röhren nicht in unzulässige Nähe zueinander, so dass etwa ein äusserer Überschlag einträte.
Die Hälse enthalten an den Stellen 5 und 6 je eine Elektrode, deren Potential zwischen demjenigen der Kathode 7 und der Anode 8 liegt. Die Elektroden 5. und 6 werden durch je einen kleinen Metallzylinder gebildet. Die Glühkathode 7, die in Fig. 2 grösser heraus gezeichnet ist, besteht aus einer Glühdraht- schleife 9, die mit den Stabeinschmelzungen 10 und 11 verschweisst ist, und einer Blende 12, die bezweckt, das Elektronenbündel zu sammeln. Die Klemmen 13 und 14 der Hoch spannungsquelle sind mit der Glühkathode 7 und der Anode 8 verbunden.
Die Hochspan nungsquelle besitzt in der Mitte eine An zapfung, die mit den Elektroden 5 und 6 verbunden wird und ein Potential führt, das dem halben Wert der Potentialdifferenz zwischen Kathode 7 und Anode 8 gleich kommt. Zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 ist die in Fig. 3a und 3b heraus gezeichnete Vorrichtung angebracht, die zur Trennung der Elektronen- und Ionenbahnen dient.
1-5 ist das Glasrohr, das die Hälse ver bindet, 16 sind die Polschuhe, zwischen denen sich das homogene Magnetfeld ausbil det, 19 das Joch des Eisenkernes, 17 die Erregerwicklung für das Magnetfeld. Sie kann durch eine isoliert "aufgestellte Batte rie gespeist werden. 20 sind zwei Blenden, die ebenfalls wie die Eisenspule auf das Potential der Elektroden 5 und 6 gebracht sind. Sie dienen dazu, die positiven Ionen aufzufangen.
Der Erfindung liegen die nachstehend dargestellten physikalischen Verhältnisse zu grunde. In einem homogenen magnetischen Feld der Stärke H bescheibt ein elektrisch geladenes Masseteilchen mit der Massem, das ein Spannungsgefälle p durchlaufen hat, eine Kreisbahn, deren Krümmungsradius ' r gegeben ist durch die Bezeichnung
EMI0003.0004
wobei e die Ladung des Teilchens ist.
Bei einem Magnetfeld von 280 Gauss und einer Spannung von 100 kV zwischen den Elek troden einer Kaskadenstufe erhält man durch Einsetzen der Werte für das Elektron bei spielsweise einen Krümmungsradius r = 3,8 cm.
Die positiven Ionen besitzen eine um mehrere Ordnungen grössere Masse als Elek tronen. So ist zum Beispiel die Masse des Wasserstoffions 2000 Mal so gross wie die Masse eines Elektrons. Bei gleicher Span nung zwischen den beiden Elektroden erfährt es eine Ablenkung, deren Radius 45 Mal grösser ist als der des Elektrons.
Dies bedeutet aber, dass alle Wasserstoff ionen, deren Geschwindigkeit nicht in der Nähe von '/41= 2,1 % der Geschwindigkeit der Elektronen liegt, in eine andere Richtung als die Elektronen gelenkt werden. Während die Elektronen auf der strichpunktierten Bahn abgelenkt laufen, werden die (Wasser stoff-)Ionen, deren Geschwindigkeit nicht um 2,1 % der Elektronengeschwindigkeit liegt, von den Blenden 20 aufgefangen, und zwar die mit grösserer Geschwindigkeit von den Blendenteilen an der Aussenseite, die mit kleinerer von den Blendenteilen an der Innen seite der Krümmung. 21, 22, 23 sind Sole noide, die zur Konzentration des Elektronen bündels dienen.
In Fig. 4 ist gleich hinter der Kathode eine Ablenkvorrichtung angebracht, da auf diese Weise die Kathode am wirksamsten geschützt werden kann. In dieser Figur ist eine Entladungsröhre skizziert, die ausser der Ablenkungsvorrichtung zum Schutze der Ka thode noch drei weitere Ablenkungen besitzt, deren Drehsinn wechselt. Auf diese Weise ist es möglich, däss das Rohr in einer Haupt richtung gebaut werden kann. Je nach den Erfordernissen des Verwendungszweckes kann die Kathode, eine Zwischenelektrode oder die Anode auf das Potential Null ge bracht werden.
Fig. 5 zeigt im grösseren Massstabe eine Einzelheit aus einer beispielsweisen Ausfüb- rungsform der neuen Kathodenstrablröhren- anordnung. Nach der in Fig. 5 dargestellten Anordnung werden die Teile 3 und 4 der Kaskade getrennt voneinander evakuiert und erst an Ort und Stelle zusammengesetzt.
In der Zeichnung sieht man die Enden zweier Kaskadenteile 3 und 4, die durch behelfs mässige Glaswände 24 und 25 abgeschlossen werden. Über das Verbindungsrohr 26 sind die Rohre 3 und 4 an ein Abzweigrohr<B>27</B> angeschlossen, das über die Falle für flüs sige Luft 28 nach einer Hochvakuumpumpe, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. führt. Das Rohrstück 26 wird nun während des Pumpvorganges auf eine Temperatur von etwa<B>500'</B> C gebracht. Sobald der Pump vorgang abgeschlossen ist, wird das Rohr 26 bei 30 abgeschmolzen. Hierauf werden die behelfsmässigen Glaswände 24 und 25 mit- telst des im Halse des Rohres 4 befindlichen Eisenstückes 31 zerstört.
Die Reste der zer störten Glaswände 24, 25, sowie das Eisen stück 31 werden hierauf in den Kohlebeutel 32 gebracht, so dass der Weg zwischen den Röhren 3 und 4 vollkommen frei ist.
In Fig. 6 ist eine Anordnung angegeben. bei der zwei parallel zueinanderliegende Rohre gegeneinander versetzt und durch ein zur Röhrenachse schräg liegendes Rohrstück verbunden sind.