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Stabilisator für Elektronenstrahliiiigsröhren u. dgl.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, wie z. B. X-Strahlenröhren, welche durch Elektronenstrahlung wirken und insbesondere auf Elektronenstrahlung, die unabhängig von Gasionisation erfolgt. Zweck der Erfindung ist Mittel zur selbsttätigen Regelung der Elektronenemission an der Kathode zu schaffen um eine gewünschte Betriebscharakteristik zu erhalten. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar beim Betrieb eines X-Strahlenrohres mit Glühkathode, um eine konstante Aussendung von X-Strahlen zu erzielen, selbst wenn die Spannung der Quelle des Kathodenheizstromes sich ändert.
Der Zweck der Erfindung wird dadurch erreicht, dass man einen Stabilisator anordnet, der bewirkt, dass eine auf den durch das Rohr gehenden Strom ansprechende Vorrichtung den Heizstrom der Kathode in einem Sinne ändert, der der Änderung des durch das Rohr gehenden Stromes entgegengesetzt ist, d. h. dass bei steigender Rohrstromstärke die Heizung schwächer wird und umgekehrt.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 das Schaltungsschema eines X-Strahlenrohres mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 zeigt Schaulinien der elektrischen Charakteristiken einer Vorrichtung mit einem Stabilisator im Vergleich mit einer ohne einen solchen, Fig. 3 ist eine gesonderte Ansicht eines bei der vorliegenden Einrichtung benutzten schwingenden Reglers, Fig. 4 zeigt die Elektroden eines X-Strahlenrohres gesondert und Fig.-) eine Abänderung der Anlage.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage ist ein X-Strahlenrohr 1 vom Typus eines Coolidgerohres mit der Hochspannungsekundärwicklung eines Transformators 2 verbunden, dessen Niederspannungsprimärwicklung an einer geeigneten Wechselstromquelle angeschlossen ist, die durch die Netzleiter 3,4 angedeutet ist. Das X-Strahlenrohr 1 enthält eine in Fig. 4 gesondert dargestellte Kathode, die aus einem Glühdraht 5 besteht, der von einer Glocke 6 umgeben ist und eine Anode 7 die zweckmässig aus einem Kupferstab mit einem Einsatz 7'aus hitzebeständigem Metall, am bestem Wolfram besteht.
Die Anode steht vorteilhafterweise in gut wärmeleitender Verbindung mit einem Wärmeausslrahlungskörper 8 ; Die Erfindung ist hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit nicht nur auf ein X-Strahlenrohr beschränkt. sondern auch für andere Elektronenstrahlungsvorrichtungen anwendbar. Die Kathode 5 des X-Strahlenrohres ist durch die Drähte 9, 10 mit der Sekundärwicklung eines Transformators 11 verbunden, dessen Primärwicklung nebst regelbarem Verschalte iderstand j !, 3 an die Netzleiter 3, 4 angeschlossen ist.
Die Drähte 9, 10 sind über einen V orschallwiderstan d 14 mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden, im Nebenschluss zum Widerstand 14 sind Kontakte 15,. 16 eines schwingenden Reglers oder Unterbrecherkontakte angeordnet, von denen mindestens einer verstellbar ist.
Während des Betriebes des Rohres werden die Kontakte 15, 16 in rascher Aufeinanderfolge geschlossen und geöffnet, wobei das Verhältnis der Schliessungsdauer zu jenen der Öffnungsdauer durch die Stärke des durch den Magneten 17 fliessenden Stromes bestimmt wird, dessen Spule in die Leitung 18 eingeschaltet ist, durch die der von der Kathode zur Anode gehende Strom des X-Strahlenrohres fliesst. Eine Ausführung eines Unterbrechermagnetcn ist in Fig. 3 dargestellt. wobei der Anker 19 entgegen der Wirkung einer Feder so herabgeht. deren Spannung
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durch eine Schraube 21 geregelt werden kann. Zweckmässig wird der Unterbrechermagnel so eingestellt, dass er angenähert synchron mit dem zugeführten Wechselstrom schwingt.
Ein Kondensator 22 kann zwischen die Kontakte 15, 16 geschaltet sein, um die Funkenbildung zu verringern.
Bei einer Einrichtung nach Fig. l, bei welcher jedoch der Widerstand 14 und die im Nebenschluss liegenden Kontakte 15, 16 fortgelassen sind und bei welcher die Kathode einer Elektronenstrahlungsvorrichtung ohne jede Regelung vom Strom eines Transformators erhitzt wird, der von einer Stromquelle von veränderlicher Spannung gespeist wird, ändert sich der durch die Elektronenstrahlungsvorrichtung von der Kathode zur Anode fliessende Strom mit den Änderungen der Spannung des Kathodenheizstromes in einer durch diese Kurve 23 Fig. dargestellten Weise, dabei sind die Spannungen zwischen den Klemmen der Primärwicklung des Heiztransformators zwischen den Werten von 70 bis 87 Volt als Abszissen und die entsprechenden Werte des Stromes zwischen der Kathode und Anode, zwischen den Werten von 4 und 20 Milliampère als Ordinaten aufgetragen.
Man sieht, dass bei wachsender, an den Heiztransformator angelegter Spannung der durch die Vorrichtung gehende Strom rasch zunimmt, einer Zunahme der ersteren von 82 auf 87 Volt, also von etwa 6 < '/ entspricht ein Anwachsen des Stromes von 20 auf 30 Milliampère, also von 50"/.
Wenn eine derartige Anlage an eine gewöhnliche Netzleitung angeschlossen ist, so werden zufällige Spannungsänderungen in der letzteren, insbesondere wenn sie Hebezeugmotoren od. dgl. zu speisen hat, genügen um so starke Schwankungen der Leistungen solcher Vorrichtungen z. B. eines X-Strahlenrohres hervorzurufen, dass eine gute X : Strahlenexposinn äusserst schwierig wird. Wenn gemäss der Erfindung. B, ine Glühkathodenröhre mit einem auf die Stärke des durch die Vorrichtung gehenden Stromes ansprechenden Stabilisator ausgestattet ibt. bleibt der durch die Vorrichtung gehende Strom selbst bei starken Spannungsänderungen konstant.
Wie die Kurve 24 lehrt, ruft eineÄnderung der Spannung von 82 3 auf S7 Volt keine merkliche. Änderung der Stromstärke
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so starken Spannungsschwankungen an der Primärseite ausgesetzt sein. In der Praxis wird daher bei Spannungsschwankungen bis 10 Volt die Stromstärke im Rohr sehr nahe konstant bleiben. Diese Wirkung ist den Änderungen der magnetischen Anziehung zwischen dem Kern des Stabilisierungsmagneten 17 und seinem Anker 19 zuzuschreiben, wie bereits angedeutet wird. Eine anfängliche Steigerung der Stromstärke veranlasst eine Verlängerung der Zeit. während welcher die Kontakte 15, 16 offen sind und der Widerstand 14 der Leitung 9, 10 vorgeschaltet ist.
Dadurch wird der Kathodenheizstrom hinreichend weit herabgedrückt, um eine weitere Steigerung der Kathodentemperatur hintanzuhaltcn. Eine geringe Schwächung des Stromes schwächt den Magneten 17, wodurch die Schliessungsdauer der Kurzschlusskontakte vergrössert und dadurch der Kathodenheizstrom verstärkt wird. Da die Elektronenemission der Kathode sich sehr rasch direkt mit der Temperatur ändert, so hält diese Regelung der der Kathodentemperatur durch den schwingenden Stabilisator in der Kathodenheizleitung die Elektronenemission praktisch konstant und führt zu einer praktisch konstanten Ausstrahlung von X-Strahlen.
In manchen Fällen kann die Erfindung mit Vorteil bei einem X-Strahlenapparat verwendet werden, bei welchem ein Widerstand der Primärwicklung des Hochspannungstransformators vorgeschaltet ist, um den Strom zu beschränken, der diesem Transformator entnommen werden kann. Es kann beispielsweise bei einemX-Strahlenapparat der mit aussergewöhnlich hoher Spannung arbeitet, wie für therapeutische Zwecke, ein solcher Widerstand verwendet werden, um einen praktisch konstanten Strom durch das X-Strahlenrohr gehen zu lassen, statt eines abnehmenden Stromes, wie es sonst der Fall wäre. In Fig. 5 ist eine X-Strahleneinrichtung dargestellt, die einen der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators vorgeschalteten Widerstand 26 aufweist.
Das X-Strahlenrohr 28 ist in diesem Falle mit der Sekundärwicklung des Transformators 27 über einen mechanischen Gleichrichter 29 verbunden, der durch einen Synchronmotor 30 getrieben wird, der zweckmässig Strom über die Drähte 31 von den Netzleitern 32 erhält, die auch den X-Strahlentransformator 27 speisen. Die Kathode 5 des X-Strahlenrohres erhält Heizstrom von einem Transformator 11, in dessen Primärwicklung schwingende oder Unterbrecherkontakte 15, 16 angeordnet sind, die durch einen Magneten betätigt werden.
Dieses ist durch Drähte 33, 34 mit den Sekundärspulen 35, 86 des X-Strahlentransformators verbunden, die Kontakte 15, 16 werden von einem Widerstand 14, Fig. 1, überbrückt. Die in Fig. 5 dargestellte Einrichtung gleicht der in Fig. 1 dargestellten sehr nahe, nur, dass die Verwendung eines Widerstandes in der Primärwicklung des Haupttransformators 27 es wünschenswert macht, dem X-Strahlenrohr einen, besonderen Gleichrichter vorzuschalten, um das Rohr
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gegen hohe Spannungen während des Polwechsels zu schützen, für die Zeit, in der ein gleichrichtendes unmittelbar angeschlossenes X-Strahlenrohr wie es Fig. 1 zeigt, keinen Strom aufnimmt. Es ist klar, dass verschiedene Abänderungen, beispielsweise die vorstehend beschriebene, vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Stabilisator für Elektronenstrahlungsröhren u. dgl., um selbsttätig einen praktisch konstanten Stromdurchgang durch das Rohr aufrecht zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den durch das Rohr gehenden Strom ansprechende Vorrichtung den Heizstrom der
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entgegengesetzt ist.
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Stabilizer for electron beam tubes u. like
The present invention relates to devices such. B. X-ray tubes, which act by electron beams and in particular electron beams that are independent of gas ionization. The purpose of the invention is to create means for automatically regulating the electron emission at the cathode in order to obtain a desired operating characteristic. The invention is particularly applicable to the operation of an X-ray tube with a hot cathode in order to achieve a constant emission of X-rays, even if the voltage of the source of the cathode heating current changes.
The purpose of the invention is achieved by arranging a stabilizer which causes a device responsive to the current passing through the tube to change the heating current of the cathode in a sense opposite to the change in the current passing through the tube, i . H. that with increasing pipe current strength the heating becomes weaker and vice versa.
In the drawings, Fig. 1 shows the circuit diagram of an X-ray tube with an embodiment of the present invention, Fig. 2 shows visual lines of the electrical characteristics of a device with a stabilizer compared with one without such, Fig. 3 is a separate view of one at The oscillating controller used in the present device, Fig. 4 shows the electrodes of an X-ray tube separately and Fig.-) a modification of the system.
In the system shown in Fig. 1, an X-ray tube 1 of the type of a Coolidgerrohres is connected to the high-voltage secondary winding of a transformer 2 whose low-voltage primary winding is connected to a suitable alternating current source, which is indicated by the power line 3, 4. The X-ray tube 1 contains a cathode, shown separately in FIG. 4, which consists of a filament 5 which is surrounded by a bell 6 and an anode 7 which is expediently made of a copper rod with an insert 7 'made of heat-resistant metal, preferably tungsten consists.
The anode is advantageously in good heat-conducting connection with a heat emitting body 8; With regard to its applicability, the invention is not limited to an X-ray tube. but also applicable to other electron-emitting devices. The cathode 5 of the X-ray tube is connected by the wires 9, 10 to the secondary winding of a transformer 11, the primary winding of which is connected to the mains conductors 3, 4 along with the controllable wiring resistor j!, 3.
The wires 9, 10 are connected to the secondary winding of the transformer via a V orschallwiderstan d 14, in the shunt to the resistor 14 are contacts 15 ,. 16 of an oscillating controller or interrupter contacts, at least one of which is adjustable.
During the operation of the tube, the contacts 15, 16 are closed and opened in rapid succession, the ratio of the closing period to that of the opening period being determined by the strength of the current flowing through the magnet 17, the coil of which is connected to the line 18 which flows from the cathode to the anode of the X-ray tube. An embodiment of an interrupter magnet is shown in FIG. the armature 19 so descends against the action of a spring. their tension
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can be regulated by a screw 21. The interrupter magnet is expediently set so that it oscillates approximately synchronously with the alternating current supplied.
A capacitor 22 can be connected between the contacts 15, 16 in order to reduce spark formation.
In a device according to Fig. 1, but in which the resistor 14 and the shunted contacts 15, 16 are omitted and in which the cathode of an electron beam device is heated without any control by the current of a transformer fed by a current source of variable voltage the current flowing through the electron beam device from the cathode to the anode changes with the changes in the voltage of the cathode heating current in a manner represented by this curve 23, the voltages between the terminals of the primary winding of the heating transformer are between the values from 70 to 87 volts as the abscissa and the corresponding values of the current between the cathode and anode, plotted between the values of 4 and 20 milliamps as the ordinates.
It can be seen that as the voltage applied to the filament transformer increases, the current passing through the device increases rapidly, an increase in the former from 82 to 87 volts, i.e. from about 6 1/2, corresponds to an increase in the current from 20 to 30 milliamperes, i.e. from 50 "/.
If such a system is connected to an ordinary power line, random voltage changes in the latter, especially if it has to feed hoist motors or the like. B. to cause an X-ray tube that a good X: radiation exposure is extremely difficult. If according to the invention. B, a hot cathode tube equipped with a stabilizer responsive to the strength of the current passing through the device. the current passing through the device remains constant even with large voltage changes.
As curve 24 teaches, changing the voltage from 82 3 to S7 volts does not cause any noticeable. Change in amperage
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be exposed to such strong voltage fluctuations on the primary side. In practice, the current intensity in the pipe will therefore remain very nearly constant with voltage fluctuations of up to 10 volts. This effect is attributable to the changes in the magnetic attraction between the core of the stabilizing magnet 17 and its armature 19, as already indicated. An initial increase in the current strength causes an increase in the time. during which the contacts 15, 16 are open and the resistor 14 of the line 9, 10 is connected upstream.
As a result, the cathode heating current is pressed down sufficiently to prevent a further increase in the cathode temperature. A slight weakening of the current weakens the magnet 17, as a result of which the closing time of the short-circuit contacts is increased and the cathode heating current is thereby increased. Since the electron emission of the cathode changes very quickly with the temperature, this regulation of the cathode temperature by the oscillating stabilizer in the cathode heating cable keeps the electron emission practically constant and leads to a practically constant emission of X-rays.
In some cases, the invention can be used to advantage in an X-ray apparatus in which a resistor is connected upstream of the primary winding of the high-voltage transformer in order to limit the current that can be drawn from this transformer. For example, in an X-ray apparatus that works with exceptionally high voltage, such as for therapeutic purposes, such a resistor can be used to allow a practically constant current to pass through the X-ray tube instead of a decreasing current as would otherwise be the case . In FIG. 5, an X-ray device is shown which has a resistor 26 connected upstream of the primary winding of a high-voltage transformer.
In this case, the X-ray tube 28 is connected to the secondary winding of the transformer 27 via a mechanical rectifier 29, which is driven by a synchronous motor 30, which conveniently receives current via the wires 31 from the mains conductors 32, which also feed the X-ray transformer 27 Food. The cathode 5 of the X-ray tube receives heating current from a transformer 11, in whose primary winding oscillating or breaker contacts 15, 16 are arranged, which are operated by a magnet.
This is connected to the secondary coils 35, 86 of the X-ray transformer by wires 33, 34; the contacts 15, 16 are bridged by a resistor 14, FIG. 1. The device shown in FIG. 5 is very similar to the one shown in FIG. 1, only that the use of a resistor in the primary winding of the main transformer 27 makes it desirable to connect a special rectifier upstream of the X-ray tube around the tube
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to protect against high voltages during the pole change, for the time in which a rectifying directly connected X-ray tube, as shown in FIG. 1, does not draw any current. It is clear that various changes, such as those described above, can be made without departing from the spirit of the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Stabilizer for cathode ray tubes u. Like. To automatically maintain a practically constant passage of current through the pipe, characterized in that a device responsive to the current passing through the pipe, the heating current of the
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is opposite.