Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Die Erzeugung von Röntgenstrahlen durch Spannungsimpulse hat den Vorteil, dass zwi schen Anode und Kathode der Röntgenröhre eine höhere Spannung zulässig ist als bei Verwendung von Gleich- oder Wechselspan nung. Ausserdem kann der Momentanwert der Stromstärke bedeutend höher sein. Es ist in folgedessen möglich, kurzzeitige Blitze harter Röntgenstrahlen besonders hoher Intensität zu erzeugen.
Die ältesten V orriehtungen, mittels deren Röntgenstrahlen erzeugt wurden, arbeiteten mit einer Induktivitä.t. Die Anode und Ka thode der Röhre waren mit den Enden der Spule verbunden und eine kleine Anzahl von Windungen der Spule oder eine mit der Spule gekoppelte Wicklung wurde von einem Gleich strom durchflossen, der ul)satzweise unterbro chen wurde. I)ie dabei an der Röntgenröhre auftretende Spannung verläuft. nach Art einer gedämpften Schwingung, so dass ausser dein Spannungsscheitel.
zur Erzeugung der Rönt genstrahlen hohe Spannungen mit entgegen gesetzter Polarität auftreten können, die den Höchstwert der zulässigen Nutzspannung be schränken. Die Sekundärspannung kann ausserdem verhältnismässig viele unregel mässige Schwankungen aufweisen, wodurch die Strahlenemission unreproduzierbar wird.
Bei einer andern Ausführung werden Spannungsimpulse einem Kondensator ent nommen, der sich absatzweise über die Rönt genröhre entlädt. Dies verlangt einen CeSOn- derten Hochspannungsgenerator zur Lieferung der Ladespannung des Kondensators.
Die erforderlichen Spannungsimpulse kön nen auch unter Zuhilfenahme eines sogenann ten Stossspannungsgenerators erzeugt werden. Eine solche Anlage ist verwickelt und infolge dessen kostspielig.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen durch Spannungsimpulse, die baulich sehr einfach ist und eine gute Reproduzierbarkeit der Strahlenemission aufweist. Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Regelung des Elektronenstroms bei einer Röntgenröhre heutzutage keine Schwierigkeiten mehr be reitet.
Gemäss der Erfindung enthält die Vor richtung eine mit einer Regelelektrode und mindestens einer Schirmelektrode versehene Röntgenröhre, die in Reihe mit einer Indulz- tivität mit einer eine als Anodenspannung zum Erzeugen von Röntgenstrahlen zu nied rige Spannung liefernden Gleichstromquelle verbunden ist, an die auch die Schirmelek trode angeschlossen ist, und gesonderte Mittel, durch die absatzweise die Regelelek trode abwechselnd auf ein Potential, bei dem der Strom durch die Röntgenröhre unterbro chen wird, jedoch nicht länger als erforder lich ist, um die infolgedessen entstehende zu sätzliche Spannung an der Röhre auf einen Wert zu erhöhen,
bei dem Röntgenstrahlen von der erforderlichen Wellenlänge ausge- sandt werden, und auf ein höheres Potential gebracht wird, bei dem der Strom durch die Röhre durchgelassen wird.
Die von der Induktivität aufgenommene Gesamtenergie in dem Augenblick, in dem der Anodenstrom in der Röntgenröhre unter drückt wird, muss vorzugsweise in einer ein zigen Entladung in der Röntgenröhre ver- braueht werden. In diesem Fall wird das Auf treten einer Gegenspannung vermieden. Zu diesem Zweck kann der Wert. der der Regel elektrode zugeführten negativen Spannung ge mäss einem weiter unten anzudeutenden Ver lauf abnehmen.
Die hohe Spannung entsteht in der In duktivität infolge der Unterbrechung des die Spule durehfliessenden Gleichstroms. Es ist bekannt, für die Steuerung dieses Stroms zur Erzeugung hoher Impulsspannung, eine elek trische Entladungsröhre mit einem Regel gitter zu verwenden, dem absatzweise eine negative Spannung zugeführt wird, und die erzeugte Impulsspannung zum Speisen einer parallel mir Spule liegenden Röntgenröhre zut verwenden.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, bei einer Schaltung mit Induktivität zum Lie fern der Spannungsimpulse eine Triode zum Steuern des Speisestroms als Röntgenröhre zu benutzen und die negative Gitterspannung der Anodenspeisespannung durch Anwendung von Rückkopplung zwischen Anodenkreis und Gitterkreis zu entnehmen, wobei während des Auftretens der Impulsspannung Emission von Röntgenstrahlen dadurch bewerkstelligt wird, da.ss trotz der negativen Spannung das Regel- -itter Elektronen durchlässt.
Wird berüeksieh- tigt, dass die wirksame R.öntgenstrahlenemis- sion erst. auftritt, wenn sieh die Impulsspan nung ihrem Höchstwert nähert, -und wird eine solche Einstellung der Durehlässigkeit des Regelgitters verwendet, dass nur ein Bereich der höchsten Spannung Elektronen durchge lassen werden, so -wird die Strahlenemission wieder in einem solchen Augenbliek unter broehen werden,
dass nur noch ein Teil der Energie in der' Induktivität abgeführt wor den ist, so dass bei dieser Schaltung eine hohe Spannung in entgegengesetzter Richtung auf treten wird.
Nachstehend wird an Hand der beiliegen den Zeielinuno- ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, in der Fig.1 das Schaltbild und Fig. 2 die praktische Aasbildung einer sol chen Vorrichtung darstellt.
In Fig. 1 wird die Spannung 1't, einer Gleiehstromquelle, die von der Grössenordnung von 0,5 bis 20 kV sein kann, der Anode 1 der elektrisehen Entladungsröhre ? über die Indukt.ivität 3 zugeführt. Letztere hat eine Selbstinduktion L und hat ausserdem eine ge wisse geringe, vorn Kondensator .1 dargestellte Kapazität c, die auch die Röhrenkapazität und etwaige zusätzliehe Kapazitäten mit umfasst.
Die Kathode 5 der Entladungsröhre ? ist. über den Glättunaskondensator 6 mit dem Zufüh rungsdraht für die Speisespannung verbun den. Zwisehen Kathode 5 und Regelelektrode 7 der Entladungsröhre ? wird die Spannung F,. angelegt. Die Quelle dieser Spannung ist nicht dargestellt, sie braucht. jedoch nicht von an sieh bekannten Vorriehtungen, die eine schnelle Spa.nnun-sveränderung hervorrufen können, abzuweichen.
Im vorliegenden Fall muss der Regelelektrode absatzweise eine nega tive Spannung zugeführt werden, wobei der in der Entladungsröhre infolge des Anlegeas der Speisespannung auftretende Strom, unter- hroehen wird.
Iii der Zeit, in der die Entladungsröhre '' offen ist, kann Sti#om fliessen. Wird die Leit fähigkeit der Röhre ein Zeitpunkt t," plötzlich unterbrochen, so kann sie nicht mehr vom Strom durehflossen werden. Der Strom. kann -li nicht plötzlich null werden, da der # -iue Anodenkreis der Röhre die Induktivität ent hält.
Der Strom wird also den Kondensator -1 aufladen. _NV ird der Speisestrom mit i be zeichnet, so wird die im Augenbliek der Un- terbreehung in der Spule vorhandene magne tische Energie in der Grösse von
EMI0002.0089
I, . i2 in elektrische Energie
EMI0002.0091
CV2 umgewandelt. Der Wert. der Spannung V ist maximal, wenn der Strom i null geworden ist, wobei
EMI0003.0003
oder
EMI0003.0004
ist.
Bei passender Wahl der Kreiskonstanten, Selbstinduktion und Kapazität, kann diese Spannung einen besonders hohen Wert errei chen. Wird der Widerstand der Spule ver nachlässigt, so ist, wenn<I>i = 1</I> Amp., <I>L =</I> 2 Henry und C = 50 "!cF, die Maximalspan nung j ',"all = 200 kV.
An der elektrischen Entladungsröhre tritt. diese Spannung zunächst als positive An- odenspannung auf, und infolgedessen kann die Entladungsröhre gleichzeitig als Röntgen röhre wirksam sein.
Der Augenblick, in dem der eine Strahlen emission herbeiführende Entladestrom zu flie ssen anfängt., ist durch die Zeitdauer bedingt, während deren, nachdem die Regelelektrode negativ geworden ist, die diesem Zweck die nende Spannung ausgewirkt hat.. Dies muss sein, wenn sich die Anodenspannung ihrem Maximalwert nähert.
Wird t1 als der Augen blick angenommen, in dem die Anodenspan nung nach der Unterbrechung des Stroms im Zeitpunkt to maximal geworden ist., so dauert die hohe Spannung an der Röhre, bei der Strahlenemission stattfindet, länger wenn der Moment. des Sichöffnens der Röhre vor t1 liegt, als wenn er mit t1 zusammenfällt oder später als t1 ist.. Im ersten Fall fliesst in die sem Zeitpunkt noch der Ladestrom zum Kon densator 4, im letzteren Fall ist der Konden sator wieder dabei, sieh über die Induktiv ität zu entladen.
Form und Höhe des Spannungs impulses sind somit. von dem Augenbliek ab hängig, in dem. die Röhre ? Strom durchzu lassen beginnt. Eine vorteilhafte Wirkung er gibt sich, wenn. die Unterbrechung des Stroms von der Grössenordnung von 1,'g bis 1/1 der Sehwinszungsperiode des LC-Kreises ist.
Es können Mittel verwendet werden, durch welche die Zeit, während deren eine hohe Anodenspannung vorhanden ist, in die Länge gezogen wird, zum Beispiel indem die Röhre langsam geöffnet wird. Anstatt einer recht eckigen Spannungsform wird in diesem Falle eine vom höchsten Negativwert langsam ab nehmende Spannung an die Regelelektrode an gelegt.
Indem in der Röntgenröhre eine Schirm elektrode 8 angebracht wird, kann die Regel spannung verhältnismässig gering sein, wobei ausserdem die Regelung praktisch umabhängig von der auftretenden Anodenspannung ist. Die Schirmelektrode 8 wird zum Beispiel über einen Widerstand 9 an die Speisespannung gelegt.
Nach der Unterbrechung des Speisestroms würde an der Induktiv ität eine schwingende Spannung auftreten, wenn der Verlauf der Spannung an der Regelelektrode nicht derart wäre, dass die Energie in der Drosselspule durch die Röhre abgeführt wird. Der Ver lauf der Spannung an der Regelelektrode muss vorzugsweise derart sein, dass diese Ener gie in dem Augenblick abgeführt ist, in dem die Anodenspannung ausgewirkt hat. In die sem Falle tritt keine Gegenspannung an der Röhre auf, und der Vorteil der grösseren Be lastbarkeit mit Spannungsimpulsen wird völlig ausgenutzt.
Die Entladedauer des Kondensators 4 ist von der Grössenordnung von<I>C.</I> V./1, wobei I den Entladestrom bezeichnet. Letzterer kann mit Rücksicht auf die Emissionsleistung der Kathode den gleichen Wert wie der Speise strom i haben, der bei der Speisespannung Vb auftritt. Zwischen zwei Entladungen muss der Strom von 0 bis i zunehmen. Bei Vernach lässigung der Spannung über die Röhre wird <I>L
EMI0003.0045
</I> = V," wobei nach<I>t =
EMI0003.0046
</I> Sekunden der Strom von 0 bis i zugenommen hat.
Die nachfolgende Berechntuig ergibt, dass auf diese Weise eine angemessene Leistung in Röntgenstrahlen umgewandelt werden kann. Wird angenommen, da.ss die Leistung 3 kW- bei 300 kV Impulsspannung ist, so inuh bei _ ri Impulsen in der Sekunde
EMI0004.0004
1i.CV2 <I>=</I> 3 kMT sein.
Wird angenommen, da.ss <B><I>C</I></B><I> = 50</I> ,y@uF ist, so folgert für 1i <I>=</I> 1333 Hertz.
Wird der Röhrenstrom i = 1 Amp. ge nommen, so folgt aus:
EMI0004.0014
nLi2 <I>=</I> 3 kW, da.ss L = .1,5 Henry ist. Damit der Strom während -.-n. Sekunde von 0 bis 1 Amp. zunehmen kann, folgt aus n.Li <I>=</I> V," dass V,, = 6000 V ist..
Hierbei wird ein Fehler gemacht, da die Zeit t., während deren die Zunahme des Stroms stattfindet, gleich der Zeitdauer zwi- sehen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen angenommen wird. Die Dauer des Impulses (-;'1i.) ist. vernaehlässigbar klein gegenüber der Zeit t. so dass mit dieser Vereinfachung prak tisch kein Unterschied im Ergebnis entsteht.
In Fig.2 ist angegeben, dass die Aussen wand 10 der Röntgenröhre nahezu ganz aus -Metall hergestellt ist. An den Metallteil schliesst sieh ein Glaswandteil 11 an, der mit einer Einstülpung versehen ist. In der Ein stülpung befindet sich der Glasfuss 12, an dem die Kathode 13 befestigt ist. Ausserdem ist. auf ihm die Regelelektrode 14 angeordnet, welche die Form eines Zylinderrohres hat, das an einem Ende mit einer Blende 15 mit. einer Öffnung 16 zum Hindur chlassen des Elektro nenbündels versehen ist.
An der Einstülpung ist eine Zylinder elektrode 17 durch Ansehmelzen befestigt, und am andern Ende ist eine mit einer Öffnung versehene Platte 18 angebracht, an der ein Zvlinderrohr 19 befestigt ist, das sieh in der Kathode erstreckt.
Diese Elektrode ist. als Schirmzvlinder zwischen Anode und Kathode wirksam und soll die Empfindlich keit der Kathodenemission für Anodenspan- uiingsänderungen verringern.
Die Stromzuführung zur Kathode überneh men zwei Zuführungsdrähte 20 und 21, die in den Fuss 13 eingesehmolzen sind. In letzterem ist ein dritter Draht 22 angeordnet, durch den der Regelelektrode 1.4 Spannung zuge führt wird. Die Verbindung mit dem Schirm- zvlinder 7.7 wird vom Ziifillii-nn,-sdralit 22 vermittelt.
Die Anode '-1 der Röhre ist, wie üblich, mit einer Sehirmkappe ?5 zum Zuriieklialten der Sekundäremission ausgebildet. Sie hat eine abgeschrägte Vorderfläehe, in der die Anoden seheibe 26 angeordnet ist, auf die das Elek tronenbündel konzentriert wird.
Die Schirm kappe ?5 hat eine Öffnung 27 zum Hindureh- lassen des Bündels und eine Austrittsöffnung 28 für die Röntgenstrahlen. die durch eine Scheibe 29 aus einem für Röntgenstrahlen leicht durchlässigen Metall, gewöhnlieh Be ryllium, verschlossen ist.
Die Anode 21 ist. an einem eing-estülpteii 'feil 30 der Röhrenwand vakuumdieht be festigt. Dieser Wandteil umsehliesst einen Zv- linderra.um, der Platz bietet zum L nterbrin- gen der Induktivität der Schaltung nach Fig. 1. Diese Spule ist aus einer Anzahl von Teilen 31 zusammengebaut, die je für sich einzeln hergestellt und mit einer Schicht. aus Isoliermaterial umgeben sind.
Diese Teile sind in Reihe gelegt, wobei das eine Ende der In duktivität mit der Anode und das andere Ende mit der äussern lIetallwand der Röhre leitend verbunden ist. Der zwischen der Anode und dem Röhrenende liegende Wandteil muss in hinreichendem Masse isolierend sein, um die in der Spule auftretende Spannung auszu halten, also ganz oder teilweise aus Isolier material, zum Beispiel Glas oder Porzellan, hergestellt sein.
Er kann durch 3letallringe 32 unterteilt sein, die finit je einem Einzel- spulenteil verbunden sind, so dass sieh infolge der in der Induktivität auftretenden Span nung eine zwangsweise Spannungsverteilung über den eingestülpten Teil der Röhrenwand ergibt.
Im Innern der Spule ist ein aus Isolier- inaterial bestehendes Rohr 33 zum Zuführen einer Kühlflüssigkeit zur Anode angeordnet. Diese Flüssigkeit gelangt durch in der Anode ausgesparte Kanäle 34 in die Spulenkaminer und ist ausserdem zur Ableitung der in den Spulen entwickelten Wärme verwendbar. Die Flüssigkeit muss gut isolierend sein, so dass vorzugsweise Öl verwendet werden soll. Beim Arbeiten mit der Vorrieht.ung, wobei die hohe Spannung zwischen den Enden der Induktivität erzeugt wird, kann die Aussen wand der Röhre geerdet sein, so dass Teile, die unter hoher Spannung stehen, ganz abge schirmt sind.
Eine Sonderhülle mit Öl oder komprimiertem Gas erübrigt sieh infolgedes sen. Zwischen der Röhrenwand Lind der Ka thode wird die Speisequelle angeschlossen, die nur eine verhältnismässig niedrige Spannung liefert, zum Beispiel 6000 V.
Auf der von der Kathode abgewendeten Seite ist ein Deckel 35 zum Verschluss der Spulenkammer angebracht, an dem Mittel 36 und 37 befestigt sind, durch i"relelte die Ver bindung zum Ztt- und Abführen der Kühl flüssigkeit bewerkstelligt. wird.