Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Alle bisher bekannt gewordenen Röntgen röhren zeigen in bezug auf ihre Elektroden eine ausgesprochene Unsymmetrie. Kathode und Antikathode sind nach Bauart und Ma terial vollkommen verschieden, und jede dieser Elektroden ist nur für eine einzige Funktion bestimmt. Bei einer gewöhnlichen Röntgen röhre besteht zum Beispiel die Kathode aus einer meist hohlspiegelartig geformten Alu miniumplatte, und die Antikathode aus einem mit Kühleinrichtung versehenen Kupferrohr, das auf der der Kathode zugekehrten Seite durch eine Platte aus Platin, Wolfram oder dergleichen geschlossen ist.
Bei den Cllüh- kathoden-Röntgenröhren tritt an Stelle der Aluminiumkathode ein Draht aus schwer schmelzbarem Metall, wie Wolfram, Tantal usw., der meist von einer Sammelvorrichtung umgeben ist. Stets hat die eine der Elektro den die Aufgabe, Kathodenstrahlen zu er zeugen, während die andere dazu dient, die Kathodenstrahlen aufzufangen und dadurch die Emission von Röntgenstrahlen zu be wirken.
Dementsprechend erfordert der Betrieb der bisherigen Röntgenröhren grundsätzlich die Verwendung von Strömen einer einzigen Richtung, und zwar derjenigen, für die die zum Aussenden von Elektronen bestimmte Elektrode Kathode ist. Die Röntgentechnik war infolgedessen darauf angewiesen, zum Betriebe von Röntgenröhren besondere Ein richtungen (Induktor, Gleichrichter usw.) zu schaffern, um hochgespannte, völlig einseitig gerichtete Ströme in grösserem Umfange her zustellen.
Durch die Erfindung wird nun eine Ein richtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen geschaffen, die den Betrieb mit Wechselstrom (nicht nur Wechselspannung) ermöglicht und damit den Zwang der Verwendung von Strö men nur einer einzigen Richtung vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Röntgen röhre mit mindestens zwei sich in bezug auf Material und Bauart gleichartig verhaltenden Elektroden verwendet, deren jede als Kathode und als Antikathode verwendbar ist. Wäh rend einer Phase des die Röhre betreibenden Wechselstromes dient die eine Elektrode als Kathode, die andere dagegen als Antikathode und während der andern Phase kehrt sich dieses Verhältnis um.
Dementsprechend hat die so gebaute Röntgenröhre nicht mehr eine, sondern zwei Ausgangsstellen für die Röntgen strahlen und ist infolgedessen für diagnostische Zwecke, die eine möglichst punktförmige Strahlenquelle erfordern, nicht ohne weiteres verwendbar, während hierin für andere Zwecke, z. B. für die Therapie, kein Nachteil liegt.
Auf der Zeichnung zeigen Fig. 1 bis 6 mehrere beispielsweise Ausführungsformen von nach der Erfindung gebauten Einrich tungen für Wechselstrombetrieb. Fig. 1 zeigt die Schnittansicht einer Röntgenröhre mit Gasfüllung; Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Glühkathoden-Röntgenröhre mit ihrer Schaltung;
Fig. 3 zeigt einen teilweise in Ansicht dargestellten Schnitt einer Abände- rungsform der Glühkathoderi-Röritgenröhre, von der Fig. 4 eine Ansicht der Elektroden platten veranschaulicht; Fig. 5 zeigt eine An sicht und Fig. 6 ein Schaubild einer Abände- rungsform der Elektroden der Glühkathoden Röritgenröhre nach Fig. 3; Fig. 7 zeigt eine Einrichtung zum Betriebe einer Glühkathoden Röntgenröhre in schematischer Darstellung.
Bei der Röntgenröhre nach Fig. 1 hat die Glaskugel 1 zwei Ansätze 2, in denen die beispielsweise aus Aluminium bestehenden, hohlspiegelartig geformten Elektroden 3 ein ander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Krümmung der Hohlspiegel ist so zu wählen, dass die von jedem der Hohlspiegel ausgehen den Kathodenstrahlen sich auf dein gegen überliegenden Hohlspiegel vereinigen.
Jede der beiden Elektroden 3 ist finit je einem Pol eines Hochspannungstransformators ver bunden, durch dessen Betrieb an beiden Elek troden Röntgenstrahlen erzeugt werden, die jedoch nur dann von grösserer Intensität sind, wenn die Elektroden aus Metall hohen Atom gewichts (Platin, Wolfram usw.) bestehen. Da aber erfahrungsgemäss mit steigendem Atomgewicht die Neigung zur Kathodenzer- stäubung wächst, würde eine derartige Röhre entweder nur kurze Zeit betrieben werden können, oder die Strahlenausbeute müsste durch die Wahl vors Elektroden aus Metall niedrigen Atomgewichts, z. B. Aluminium, stark herabgesetzt werden.
Infolgedessen ist die in Fig. 1 dargestellte Röhre, bei deren Ausführung auch für eine gute Kühlung bei der Elektroden gesorgt sein muh, nur für gewisse Zwecke verwendbar und zeichnet sich in diesem Falle durch ihre sehr einfache Bauart und Betriebsapparatur aus.
Die Erfindung <B>ist</B> mit grösserem Erfolge an einer Röhre mit reiner Elektronenent ladung durchzuführen, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Hier sind in der auf das äusserste ausgepumpte Glasröhre 4 zwei einander gegenüberliegende Glühdrähte ä aus Metall hohen Atomgewichts vorgesehen, deren Stromzuleitungen 6, 7 an die Heiz- batterien 8 angeschlossen sind. Au die Glüh drähte 5 ist ein Hochspannungs-Wechselstrom- Transformator 9 angelegt.
Während der einen Phase des Betriebes ist der eine Glühdraht 5 Kathode, der andere Antikathode und wäh rend der andern Phase umgekehrt. Von bei der) Glühdrähten gehen daher Röntgen strahlen aus.
Eine praktische beispielsweise Ausfüh- rungsforin einer Glühkathoden-Röntgenröhre zeigt Fig. 3. Hier werden die aus kreisför- inigen Platten aus Wolfram, Tantal oder dergleichen bestehenden Elektroden 10 durch Drähte 11 gehalten, die an einer auf einem Glasrohr 12 der Röhre sitzenden Metallhülse 13 befestigt sind. In den Elektrodenplatten 10 ist je ein Schlitz 14 (Fig. 4) vorgesehen.
Hinter den Schlitzen liegen Glühdrähte 15, deren Halterungs- und Zuleitungsdrähte 16 durch die innere Quetschung 17 des Glas rohres 12 vakuumdicht mit Abstand hindurch geführt sind.
Die Glühdrähte 15 dienen dazu, die Röhre in Betrieb zu setzen. Die von dem einer) Glühdraht ausgehenden Elektronen werden durch den Schlitz 14 auf die gegenüberlie gende Elektrodenplatte 10 geworfen, erzeugen dort Röntgenstrahlen und erwärmen die Platte. Umgekehrt werden in der nächsten Phasen hälfte die von dem andern Glühdraht 15 aus gehenden Elektronen auf die gegenüberlie gende Elektrodenplatte 10 geworfen. Dadurch, dass die Schlitze 1-1 im Winkel zueinander stehen (Fig. 4) oder gegeneinander versetzt sind, wird verhindert, dass die beiden Glüh drähte 15 sich gegenseitig heizen.
Sobald die Elektrodenplatten 10 die erforderliche Temperatur haben, können die Glühdrähte 15 ausgeschaltet werden. Die Aufrechterhaltung der zur Elektronenemission der Platte erforder lichen Temperatur erfolgt dann nur noch durch das gegenseitige Elektronenbombarde- rnent mit Hilfe des die Röhre betreibenden Hochspannungswechselstromes.
Es ist bekannt, dass die Wärmeausstrah lung rnrt steigender Temperatur sehr stark anwächst. Um die auf der Antikathode frei werdende Wärme aus der Röhre wegzu schaffen, ist daher wünschenswert, die Tem peratur der Antikathode möglichst hoch wer den zu lassen. Bei hoher Temperatur ist je doch auch die - Elektronenemission entspre chend dem Richardsonschen Gesetz sehr be deutend. Demnach würde die Stromstärke, die durch das Rohr fliesst, sehr gross werden und, wie die Berechnung zeigt, die betriebs mässig zulässige Grenze bald überschreiten. IHan ist daher genötigt, die Elektrodenflächen grof,') und die Betriebstemperatur verhältnis mässig niedrig zu wählen.
Eine wesentliche Verringerung der Elek- trodenfläche bei gleicher Leistung lässt sich erzielen, wenn man die Elektronenemission künstlich verringert, zum Beispiel dadurch, dass die elektrischen Kraftlinien verhindert werden, an die glühende Fläche zür gelangen. Dadurch wird das elektrische Feld an den glühenden Flächen wesentlich verringert, so dass die Elektronen die aus der Raumladung stammenden (legenkräfte nicht überwinden können und in entsprechendem Masse am Austritt aus der Fläche verhindert werden.
Diese Wirkung kann im Bedarfsfalle noch dadurch gesteigert werden, dass zwischen Drahtnetz und Elektrodenplatten ein elek trisches Peld geschaltet wird, dessen Rich tung eine derartige ist, dass die Elektronen zurückgehalten werden. Durch diese. Mittel lässt sich jede gewünschte Verminderung der Elektronenemission erreichen. Die von der andern Elektrode kommenden Elektronen fliessen dabei zum grössten - Teil durch die 11Iaschen des Netzes hindurch, gelangen also auf die zum Aussenden von Röntgenstrahlen bestimmte Platte, ohne das Netz ins Glühen zu bringen.
Die Wirkung kann dadurch verstärkt werden, dass den Elektrodenplatten, wie in Fig. ä und 6 dargestellt ist, die Form eines nach zwei Seiten offenen Rahmens gegeben wird, der aus dem die eigentliche Elektroden platte bildenden Boden 18 und den Seiten teilen 19 besteht, zwischen denen das ab schirmende Drahtnetz 20 ausgespannt ist. Da die vorspringenden Seitenteile 19 die grösste Menge der Kraftlinien auf sich vereinigen, ist durch diese Anordnung eine Verminde rung der Feldstärke an den Elektrodenplatten 18 erreicht. Die Drahtnetze 20 können daher verhältnismässig weitmaschig sein, ohne an Wirksamkeit zu verlieren.
Durch Schrägstellung der die Röntgen strahlen aussendenden Elektrodenplatten 10 bezw. 18 wird ermöglicht, einen verhältnis mässig grossen Strahlenkegel zu erhalten.
Röntgenröhren der beschriebenen Art für Wechselstrombetrieb mit Glühelektroden, die sich mit Hilfe des die Röhre betreibenden Wechselstromes gegenseitig durchElektronen- aufprall auf Elektrodenemissionstemperatur heizen, bedürfen besonderer Einrichtungen, um in stabilem Zustande gehalten zu wer den. Die gegenseitige Beschiessung der Drähte mit Elektronen bedingt eine wesentliche Energiezufuhr.
Deshalb muss die au die Glüh drähte (5 in Fig. 2, 15 in Fig. 3) angeschlos sene Heizbatterie, sobald det Röntgenbetrieb- strom einsetzt, abgeschaltet oder der Heiz strom wenigstens durch Widerstände ge schwächt werden. Die Einrichtung bleibt aber trotzdem noch unstabil. Die an den Elektro den frei werdende elektrische Leistung wird nämlich nicht in jedem Falle in vollem Um fange von den Elektroden durch Strahlung abgeführt.
Wenn zum Beispiel die Anfangs temperatur der Elektroden so gross ist, dass bereits eine gewisse Elektronenemission i vorhanden ist, und die Elektroden an dem einen Pol eines unmittelbar ans Netz ge- legten Transformators (effektive Spannung dauernd gleich Eo) liegen, so ist nur dann Gleichgewicht zwischen Strahlung Q und der durch Elektronenaufprall frei gemachten Energie vorhanden, wenn
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i sowohl wie Q sind Funktionen der Tem peratur T, und zwar ist
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Hierin sind a, r?, a, <I>b</I> Materialkonstanten,
P ist die Basis des natürlichen Logarithmen systems. Q und<I>i</I> sind auf einen cm bezogen.
nimmt nun mit steigender Temperatur sehr viel weniger zu als i. Daraus folgt, dass bei konstant bleibender Spannung Eo die An ordnung nicht stabil sein kann. Jede Tem peraturerhöhung hat zum Beispiel eine erheb liche Stromzunahme zur Folge. Da so kon stant gehalten wird, nimmt daher auch die Leistung zu, die an den Elektroden in Wärme umgesetzt wird. Dieser Zunahme der - Lei stung steht aber eine geringere Zunahme der Ausstrahlung der Elektroden gegenüber. Der Lberschuss der zugeführten Leistung über die Strahlung muss daher die Elektroden erwär men, steigert ihre Elektronenemission und damit die Leistung abermals.
Infolgedessen muss in kürzester Zeit Zerstörung der Elek troden durch Abschmelzen eintreten.
Umgekehrt muss eine TemperatLirerrriedri- ung zu schneller Abnahme der Temperatur und damit zur völligen St romlosigkeit der Röhre führen.
Das Kriterium für die stabile Anordnung ist, graphisch dargestellt, dass die Kurve, die die Strahlung als Funktion der Temperatur darstellt, steiler verläuft als die Kurve, die die an den Elektroden frei werdende Lei stung als Funktion der Temperatur darstellt. Ist diese Bedingung erfüllt, so übertrifft bei jeder Temperatursteigerung über den Gleich gewichtspunkt hinaus die Ausstrahlung die zugeführte Leistung. Die Elektroden kühlen sich daher ab, d. h. die Temperatursteigerung geht zurück.
Umgekehrt übertrifft bei einer eintretenden Temperaturverringerung die zu- geführte Leistung die Strahlung, es findet also wieder eine gesteigerte Erwärmung der Elektroden statt.
Analytisch ausgedrückt lautet die Stabili tätsbedingung
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Diese Bedingung ist erfüllbar, wenn vor die Röhre ein Widerstand geschaltet wird. Ist seine Grösse R, so ist der in ihm ein tretende Spannungsverlust R i. Die Spannung des Strom liefernden Generators sei konstant gleich Eo. Die an den Elektroden liegende Spannung wird daher E=Eo-Ri demnach gilt
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und die Stabilitätsbedingung wird
EMI0004.0035
Daraus folgt, wenn durch
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dividiert wird
EMI0004.0037
Das erste. Glied dieser Ungleichung lässt sich aus den oben genannten Beziehungen für Q und<I>i</I> ausrechnen.
Das Einsetzen der Zahlenwerte ergibt, dass der Wert des Bruches zwischen Null und einigen Hunderten liegt. Da Zähler und Nenner beide positiv sind, ist er unter allen Umständen positiv, er kann daher gegen Eo vernachlässigt werden. Die Ungleichung wird dadurch höchstens verstärkt.
Es folgt daher als ausreichende Bedingung für die Stabilität
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d. h. es .ist ausreichend, vor die Röhre einen Widerstand zu schalten, dessen Spannungs abfall bei der gewünschten Betriebsstrom stärke grösser ist als die Hälfte der Genera- torspannung. In der Praxis wird der Widerstand zweck mässig nicht auf der Hochspannungsseite, sondern auf der Primärseite des die Röhre betreibenden Transformators angeordnet. Es ist leicht ersichtlich, dass ein Widerstand vor dem Primärkreise in bezug auf stabilisierende Wirkung einem im Sekundärkreise vor die Röhre geschalteten Widerstand gleichwertig ist.
Dementsprechend besteht die Einrichtung zum Betriebe derartiger Röhren erfindungs gemäss darin, dass entweder vor die Röhre in den Hochspannungskreis oder vor die Pri märspule des die Röhre betreibenden Trans formators ein Stabilisierungswiderstand ge schaltet wird, der einen Spannungsabfall von solcher Grösse bewirkt, dass die oben ge nannte Ungleichung
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erfüllt ist.
Bei der in Fig. 7_ dargestellten Schaltung einer Glühkathoden-Röntgenröhre liegt der Stabilisierungswiderstand auf der Primärseite. a ist das Glasgefäss der Röntgenröhre, b sind die beiden einander gegenüberliegenden, in Glut versetzbaren Elektrodenplatten. Beide Platten sind unmittelbar mit den Enden der Sekundärspule c verbunden. Die Primärspule d ist über den Widerstand e an den Wechsel stromgenerator f angeschaltet.
Eine Steigerung der Röhrenspannung er folgt zunächst dadurch, dass der Widerstand e verkleinert wird, jedoch darf diese Ver kleinerung - entsprechend den obigen theo retischen Ausführungen - nicht unter eine gewisse Grenze gehen. Ist diese Grenze er reicht, so muss eine weitere Vergrösserung der Röhrenspannung durch Steigerung der Spannung des Generators f' unter gleich zeitiger Vergrösserung des Widerstandes e er folgen, und zwar muss diese Vergrösserung stets derart erfolgen, dass die Stabilitäts bedingung nach wie vor erfüllt bleibt.
Der Widerstand e braucht kein Ohmscher, sondern kann auch ein induktiver Widerstand sein. An Stelle des Generators f kann vor teilhaft ein Transformator treten, dessen Fri- märseite an einem Wechselstromgenerator oder an dem Netz liegt, und dessen Über setzungsverhältnis regelbar ist.
Die Regelung des Generators f oder des an seine Stelle tretenden Transformators und die des Widerstandes e erfolgt zweckmässig so, dass die Schaltvorrichtungen zwangsläufig miteinander verbunden "sind, und es unmög lich ist, eine Spannungserhöhung vorzuneh men,. ohne gleichzeitig den Widerstand ent sprechend der Stabilitätsbedingung zu erhöhen.
Besondere Massnahmen sind vorzusehen, wenn die oben beschriebenen, in Fig. 3 dar gestellten Röhren benutzt werden, deren Elektroden durch Elektronenaufprall vonHilfs- elektronenquellen aus angeheizt werden müs sen, um überhaupt leitfähig zu werden. Zwi schen den Elektroden liegt in diesem Falle unter Umständen, nämlich solange die erfor derliche Glut noch nicht erreicht ist, eine sehr viel höhere Spannung als nachher beim Betrieb. Das würde die Isolation der Röhre und des sie betreibenden Transformators ge fährden.
Diese Schwierigkeit wird nach der Erfindung dadurch beseitigt, dass zu Beginn des Betriebes, solange die Elektroden noch angeheizt werden, der stabilisierende Vor schaltwiderstand ganz oder zum Teil abge schaltet, und die Generatorspannung vermin dert wird, während seine -Einschaltung erst erfolgt, wenn die Elektroden beginnen Elek tronen in hinreichendem Masse auszusenden.
Device for generating X-rays. All previously known X-ray tubes show a pronounced asymmetry with regard to their electrodes. Cathode and anticathode are completely different in terms of design and material, and each of these electrodes is only intended for a single function. In an ordinary X-ray tube, for example, the cathode consists of a mostly hollow mirror-like aluminum plate, and the anticathode consists of a copper tube provided with a cooling device, which is closed on the side facing the cathode by a plate made of platinum, tungsten or the like.
In the case of the incandescent cathode x-ray tubes, the aluminum cathode is replaced by a wire made of difficult-to-melt metal, such as tungsten, tantalum, etc., which is usually surrounded by a collecting device. One of the electrons always has the task of generating cathode rays, while the other serves to intercept the cathode rays and thereby act on the emission of X-rays.
Accordingly, the operation of the previous X-ray tubes basically requires the use of currents in a single direction, namely those for which the electrode intended for emitting electrons is the cathode. As a result, X-ray technology was dependent on creating special equipment (inductor, rectifier, etc.) for operating X-ray tubes in order to produce high-voltage, completely unidirectional currents on a larger scale.
The invention provides a device for generating X-rays that allows operation with alternating current (not just alternating voltage) and thus avoids the necessity of using Strö men in only one direction. To solve this problem, an X-ray tube is used with at least two electrodes which behave similarly in terms of material and design, each of which can be used as a cathode and an anticathode. During one phase of the alternating current operating the tube, one electrode serves as a cathode, while the other serves as an anti-cathode, and this relationship is reversed during the other phase.
Accordingly, the X-ray tube constructed in this way no longer has one, but two output points for the X-rays and is consequently not readily usable for diagnostic purposes that require a point-like radiation source as possible, while here for other purposes, e.g. B. for therapy, there is no disadvantage.
In the drawing, FIGS. 1 to 6 show several exemplary embodiments of devices built according to the invention for alternating current operation. 1 shows the sectional view of an X-ray tube with a gas filling; Fig. 2 is a sectional view of a hot cathode X-ray tube and its circuit;
3 shows a section, partially shown in elevation, of a modified form of the hot cathode Röritgen tube, of which FIG. 4 illustrates a view of the electrode plates; FIG. 5 shows a view and FIG. 6 shows a diagram of a modification of the electrodes of the hot cathode Röritgen tube according to FIG. 3; 7 shows a device for operating a hot cathode X-ray tube in a schematic representation.
In the X-ray tube according to FIG. 1, the glass ball 1 has two approaches 2 in which the electrodes 3, which are made, for example, of aluminum and are shaped like a concave mirror, are arranged opposite one another. The curvature of the concave mirror is to be selected so that the cathode rays emanating from each of the concave mirrors unite on the opposite concave mirror.
Each of the two electrodes 3 is finitely connected to one pole of a high-voltage transformer, the operation of which generates X-rays on both electrodes, but these are only of greater intensity if the electrodes are made of high atomic weight metal (platinum, tungsten, etc.) consist. However, since experience has shown that the tendency towards cathode sputtering increases with increasing atomic weight, such a tube would either only be able to be operated for a short time, or the radiation yield would have to be achieved by choosing electrodes made of low atomic weight metal, e.g. B. aluminum, are greatly reduced.
As a result, the tube shown in FIG. 1, which is designed to ensure good cooling of the electrodes, can only be used for certain purposes and in this case is characterized by its very simple design and operating equipment.
The invention can be carried out with greater success on a tube with pure electron discharge, as is shown, for example, in FIG. Here, in the outermost glass tube 4 which is pumped out, two opposing filaments - made of metal of high atomic weight - are provided, the power supply lines 6, 7 of which are connected to the heating batteries 8. Au the filaments 5, a high voltage AC transformer 9 is applied.
During one phase of operation, one filament is 5 cathode, the other anti-cathode and vice versa during the other phase. X-rays therefore emit from the) filaments.
A practical embodiment of a hot cathode x-ray tube, for example, is shown in FIG. 3. Here the electrodes 10, which consist of circular plates made of tungsten, tantalum or the like, are held by wires 11 which are attached to a metal sleeve 13 seated on a glass tube 12 of the tube are. A slot 14 (FIG. 4) is provided in each of the electrode plates 10.
Behind the slots are filaments 15 whose holding and lead wires 16 are guided through the inner pinch 17 of the glass tube 12 vacuum-tight at a distance.
The filaments 15 serve to put the tube into operation. The electrons emanating from the one) filament are thrown through the slot 14 onto the opposite electrode plate 10, where they generate X-rays and heat the plate. Conversely, in the next half of the phase, the electrons going from the other filament 15 are thrown onto the electrode plate 10 opposite. The fact that the slots 1-1 are at an angle to one another (FIG. 4) or are offset from one another prevents the two filaments 15 from heating one another.
As soon as the electrode plates 10 have the required temperature, the filaments 15 can be switched off. The temperature required for electron emission from the plate is then only maintained by mutual electron bombardment with the aid of the high-voltage alternating current operating the tube.
It is known that heat radiation increases sharply with increasing temperature. In order to remove the heat released on the anticathode from the tube, it is therefore desirable to let the temperature of the anticathode be as high as possible. At high temperature, however, electron emission is also very significant, in accordance with Richardson's law. Accordingly, the strength of the current flowing through the pipe would be very high and, as the calculation shows, it would soon exceed the operationally permissible limit. It is therefore necessary to select large electrode areas and the operating temperature to be relatively low.
A significant reduction in the electrode area with the same output can be achieved if the electron emission is artificially reduced, for example by preventing the electrical lines of force from reaching the glowing surface. This significantly reduces the electric field on the glowing surfaces, so that the electrons cannot overcome the forces generated by the space charge and are prevented to a corresponding extent from exiting the surface.
If necessary, this effect can be increased by connecting an electric field between the wire mesh and the electrode plates, the direction of which is such that the electrons are retained. Through this. Any desired reduction in electron emission can be achieved by means of means. The electrons coming from the other electrode flow for the most part through the tabs of the network, and thus reach the plate intended to emit X-rays without causing the network to glow.
The effect can be increased in that the electrode plates, as shown in Fig. A and 6, is given the shape of a frame open on two sides, which consists of the actual electrode plate forming the bottom 18 and the side parts 19 between from which the shielding wire mesh 20 is stretched. Since the protruding side parts 19 combine the greatest number of lines of force, this arrangement reduces the field strength on the electrode plates 18. The wire nets 20 can therefore be relatively wide-meshed without losing their effectiveness.
By tilting the X-ray emitting electrode plates 10 BEZW. 18 it is possible to obtain a relatively large cone of rays.
X-ray tubes of the type described for alternating current operation with glow electrodes which, with the aid of the alternating current operating the tube, mutually heat each other through electron impact to the electrode emission temperature, require special equipment in order to be kept in a stable condition. The mutual bombardment of the wires with electrons requires a substantial supply of energy.
Therefore, the heating battery connected to the glow wires (5 in Fig. 2, 15 in Fig. 3) must be switched off as soon as the X-ray operating current begins, or the heating current must at least be weakened by resistors. But the facility still remains unstable. The electrical power released to the electrons is not in every case fully dissipated from the electrodes by radiation.
If, for example, the initial temperature of the electrodes is so high that a certain electron emission i is already present, and the electrodes are connected to one pole of a transformer connected directly to the mains (effective voltage permanently equal to Eo), only then is equilibrium between radiation Q and the energy released by electron impact, if
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i and Q are functions of the temperature T, namely is
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Here a, r ?, a, <I> b </I> are material constants,
P is the basis of the natural logarithm system. Q and <I> i </I> refer to one cm.
now increases much less with increasing temperature than i. It follows from this that if the voltage Eo remains constant, the arrangement cannot be stable. For example, every increase in temperature results in a considerable increase in electricity. Since this is kept constant, the power that is converted into heat at the electrodes also increases. This increase in power is offset by a smaller increase in the radiation of the electrodes. The excess of the supplied power over the radiation must therefore heat the electrodes, increasing their electron emission and thus the power again.
As a result, the electrodes must be destroyed by melting in a very short time.
Conversely, a decrease in temperature must lead to a rapid decrease in temperature and thus to a complete lack of current in the tube.
The criterion for the stable arrangement is, shown graphically, that the curve, which represents the radiation as a function of the temperature, is steeper than the curve, which represents the power released at the electrodes as a function of the temperature. If this condition is met, then with every increase in temperature above the equilibrium point, the radiation exceeds the supplied power. The electrodes therefore cool down, i.e. H. the increase in temperature decreases.
Conversely, when the temperature drops, the power supplied exceeds the radiation, so the electrodes are again heated up.
Expressed analytically, the stability condition is
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This condition can be met if a resistor is connected in front of the tube. If its size is R, then the voltage loss occurring in it is R i. Let the voltage of the generator supplying the current be constant and equal to Eo. The voltage across the electrodes will therefore be E = Eo-Ri
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and the stability condition becomes
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It follows when through
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is divided
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The first. The term of this inequality can be calculated from the above-mentioned relationships for Q and <I> i </I>.
Inserting the numerical values shows that the value of the fraction is between zero and a few hundreds. Since the numerator and denominator are both positive, it is positive under all circumstances, so it can be neglected against Eo. At most, the inequality is amplified.
It therefore follows as a sufficient condition for stability
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d. H. it is sufficient to connect a resistor in front of the tube, the voltage drop of which at the desired operating current is greater than half the generator voltage. In practice, the resistor is conveniently not arranged on the high-voltage side, but on the primary side of the transformer operating the tube. It is easy to see that a resistance in front of the primary circuit with regard to the stabilizing effect is equivalent to a resistance connected in front of the tube in the secondary circuit.
Accordingly, the device for operating such tubes fiction according to the fact that either in front of the tube in the high voltage circuit or in front of the primary coil of the transformer operating the tube, a stabilization resistor is switched, which causes a voltage drop of such a magnitude that the above ge Inequality
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is satisfied.
In the circuit of a hot cathode X-ray tube shown in FIG. 7, the stabilization resistor is on the primary side. a is the glass vessel of the X-ray tube, b are the two opposing electrode plates that can be set in embers. Both plates are directly connected to the ends of the secondary coil c. The primary coil d is connected to the alternating current generator f via the resistor e.
An increase in the tube voltage is initially due to the fact that the resistance e is reduced, but this reduction - according to the above theoretical explanations - must not go below a certain limit. Once this limit is reached, the tube voltage must be increased further by increasing the voltage of the generator f 'while increasing the resistance e at the same time, and this increase must always take place in such a way that the stability condition is still met.
The resistance e does not need an ohmic resistance, but can also be an inductive resistance. Instead of the generator f, a transformer can be used, the frimary side of which is connected to an alternating current generator or to the network and whose transmission ratio can be regulated.
The regulation of the generator f or the transformer that takes its place and that of the resistor e are expediently carried out in such a way that the switching devices are inevitably connected to one another, and it is impossible to increase the voltage without simultaneously increasing the resistance according to the stability condition to increase.
Special measures are to be taken if the tubes described above and shown in FIG. 3 are used, the electrodes of which have to be heated up by electron impact from auxiliary electron sources in order to become conductive at all. In this case, there may be a much higher voltage between the electrodes, namely as long as the required glow has not yet been reached, than afterwards during operation. This would jeopardize the insulation of the tube and the transformer that operates it.
According to the invention, this difficulty is eliminated in that at the beginning of operation, as long as the electrodes are still being heated, the stabilizing pre-switching resistor switches off in whole or in part, and the generator voltage is reduced, while it is only switched on when the electrodes begin to send out electrons in sufficient quantities.