DE851094C

DE851094C - Strahlentransformator mit zwei gegenlaeufigen Elektronenstroemen

Info

Publication number: DE851094C
Application number: DEP21108A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr-Ing Wideroee
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BROWN AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BROWN AG
Priority date: 1946-08-06
Filing date: 1948-11-09
Publication date: 1952-10-02
Also published as: GB652247A; US2538718A; BE475005A; FR950548A; CH251244A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. OKTOBER 1952

p 21108 VIIIc/21 gD

ist als Erfinder genannt worden

Bei Strahlentransformatoren werden die Elektronen durch ein elektrisches Wirbelfeld beschleunigt und beim Erreichen i'hrer maximalen Geschwindigkeit auf den zu bestrahlenden Körper abgelenkt. Um einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, die beiden Halbwellen des für die Beschleunigung verwendeten Wechselstfomes auszunutzen. Bei diesen Einrichtungen laufen Elektronen zuerst in der einen Richtung und andere in der darauffolgenden Halbwelle in der anderen Richtung in der Beschleunigungsröhre um.

Weil die zeitlich um eine Halbwelle auseinanderliegenden Elektronen beim Herausschleusen bzw. beim Auftreffen auf den zu bestrahlenden Körper verschiedene Richtungen besitzen, so werden die Elektronen, die zu verschiedenen Umlaufrichtungen gehören, im allgemeinen zum Bestrahlen von verschiedenen Gegenständen benutzt. Die erwähnten Betatrons zeigen nun den wesentlichen Nachteil, daß die beiden Elektronenstrahlen stets ungefähr gleiche Intensität und gleiche Geschwindigkeit besitzen. Dies ist aber beispielsweise bei der Verwendung für medizinische Zwecke ein ganz erheblicher Nachteil, denn man wird kaum gleichzeitig zwei Patienten finden, die genau die gleiche Strahlungsintensität bzw. Strahlenhärte benötigen.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie betrifft einen Strahlungstransformator mit zwei gegenläufigen Elektronenströmen, welche jeweils

zeitlich gegeneinander um eine halbe Periode der das Beschleunigungsfeld erregenden Netzspannung versetzt sind, bei welchem erfindungsgemäß der Elektronenstrom für jede Umlaufrichtung für sich S beeinflußbar ist.

Die Erfindung sei nun an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Von diesen zeigt Fig. ι eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwei getrennte Kathoden vorhanden sind, Fig. 2 und 3 Beispiele, bei denen die Intensität und die Richtung der beiden Elektronenströme unabhängig veränderbar sind, Fig. 4 eine Schaltung, um die Maximalgeschwindigkeit der beiden Elektronenströme zu beeinflussen, und Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des Induktions-flusses.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bezeichnen 1 das evakuierte Rohr, in welchem die Elektronen unter dem Einfluß eines Beschleunigungsfeldes kreisen, 2' und 2" die elektronenemittierenden 2p Kathoden und 3 eine Antikathode, auf welche der durch einen Pfeil 4 dargestellte Elektronenstrom, wenn er seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, auftrifft, zum Zweck, Röntgenstrahlen zu erzeugen, die durch den Pfeil 5 angedeutet sind. 6 stellt einen Heiztransformator dar, dessen Primärwindung über einen Regulierwiderstand 7 an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Mittels der Elektronenröhre 8 wird die Spannung am Kondensator 9 an die Kathode 2" geschaltet zum Zweck, die Elektroneneinschleusung in das Vakuumrohr 1 zu betätigen. Das Zuschalten der Kondensatorspannung erfolgt mittels des Phasenschiebers 10, welcher die Zündung der Elektronenröhre 8 in genau synchronem Takt mit dem die kreisenden Elektronen beschleunigenden elektromagnetischen Feld vermittelt. Durch Drehen der Windungen 13 wird die Phasenlage eingestellt. Die Aufladung des Kondensators 9 erfolgt unter Verwendung des Gleichrichters 11 und des Transformators 12. Die zur Kathode 2' gehörende Steuereinrichtung ist in Fig. ι nicht gezeichnet. Sie arbeitet vollständig unabhängig von der gezeichneten und ist mit der letzteren in ihrem Aufbau genau identisch.

Im Betrieb läßt sich nun der von der Kathode 2" emittierte Elektronenstrom durch Variieren des Vorschaltwiderstandes 7 in beliebiger Weise und vollständig unabhängig vom Elektronenstrom 2' ändern. Ebenso ist der Zeitpunkt der Elektroneneinführung durch Variieren des Phasenschiebers 10 bzw. der Spule 13 vollständig beliebig einstellbar. Durch den letzteren läßt sich der Einschleusemoment äußerst genau festlegen in bezug auf den die Elektronen beschleunigenden Induktionsfluß.

Fig. 2 zeigt die Kathode und die damit unmittel· bar verbundenen Teile eines Strahlentransformators. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind 2', 2" wiederum die eigentlichen Glühkathoden und 14', 14" zwei Steuergitter. Mittels tier an den Batterien 15', 15" einzustellenden Vorspannung kann der Elektronenstrom beliebig eingestellt werden. Natürlich lassen sich die Vorspannungen auch aus der gleichen Batterie entnehmen. Die an der Spannungsquelle 16 abgegriffenen Spannungen gestatten, die j Potentiale der Teile 17', 17" der Kathodenfassurig zu verändern. Der Teil 18 liegt an Erde. Auf diese Weise wird die Richtung der austretenden Elektronen verändert, und in Abhängigkeit von dieser Richtung verbleiben diese mehr oder weniger lange im Elektronenrohr und unterliegen somit mehr oder weniger lange der beschleunigenden Kraft, so daß auf· diese Weise ihre Endgeschwindigkeit in beliebigem Maß veränderbar ist.

Der vom Kondensator 9 auf die Kathode 2" gelangende Stromimpuls wird in einer weiteren in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform statt mit der Röhre 8 durch ein Relais geschaltet, welches im Anodenkreis einer Röhre liegt, mit deren Gitter das eine Ende der Spule 13 verbunden ist.

Wenn bei einem Strahlungstransformator Gitter vorhanden sind, empfiehlt es sich im allgemeinen, die zur Einschleusung der Elektronen notwendigen Stromimpulse nicht auf die Kathoden, sondern auf die Steuergitter zu geben. Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. In dieser ist mit 1 wiederum das Elektronenstrahlrohr, mit 2 die Kathode, mit 6 der Heiztransformator, mit 14', 14" die Steuergitter, mit 10 ein Phasenschieber, mit 13 dessen einstellbarer Teil, mit 9 die die Stromimpulse liefernde Kapazität, mit 12 der dazugehörige Transformator und mit 11 ein Gleichrichter bezeichnet. Wenn in der Spule 13 das Spanmmgsmaximum vorhanden ist, wird die Elektronenröhre 20 stromdurchlässig, und es fließt durch das Relais 21 ein Strom. Die Anodenstromquelle der Röhre ist in Fig. 3 nicht gezeichnet. Durch den Strom wird das Relais betätigt, so daß ein vom Kondensator 9 gelieferter Stromimpuls auf das Gitter 14" gelangt, wodurch die Glühelektronen ins Elektronenrohr 1 getrieben werden. Der Stromimpuls kann über den Widerstand 22 zur Erde abfließen. Durch geeignete Bemessung der Schaltelemente bzw. durch Einbau von solchen veränderbarer Größe läßt sich die Größe der die Kathode verlassenden Elektronenpakete beliebig einstellen. Beispielsweise wird durch Vergrößerung der Spannung an der Sekundärwicklung des Transforma tors 12 die Spannung am Kondensator 9 und damit das vom Gitter 14" erzeugte Elektronenpaket größer. Die zum Gitter 14' gehörende Schaltung ist genau analog. Sie ist in Fig. 3 nicht gezeichnet.

Fjg. 4 zeigt die Einrichtung zum Ausschleusen der Elektronen. Zu diesem Zweck wird das Steuerfeld, das die Elektronen zwingt, auf einem Kreis zu laufen, plötzlich vergrößert. Dies geschieht gemäß der Erfindung ganz unabhängig für beide Umlaufrichtungen; denn in Abhängigkeit von dieser Aus-Schleusung läßt sich ebenfalls der Elektronen'strom steuern. Die beiden Phasenschieber 31, 32 liefern wiederum die zum Zünden der gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsröhren 33, 34 dienenden Spannungsimpulse, \vodurch jeweils der über den Transformator 35 und den Gleichrichter 36 geladene Kondensator 37 wieder entladen wird. Dieser Strom durchfließt die Spule 38, welche so geschaltet und am Strahlentransformator angebaut ist, daß sie das Steuerfeld verstärkt, der Bahnradius sich also verkleinert. Falls die Gleichgewichtsbahnen der Elek-

tronen nach außen abgelenkt werden sollen, muß der in der Spule fließende Strom das Steuerfeld schwächen.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 wird z. B. mittels des Phasenschiebers 31 der Zeitpunkt T₂ des Auslesens der Elektronen und damit deren Maximalgeschwindigkeit festgelegt. In Fig. 5 ist als Abszisse die Zeit t und als Ordinate die Induktion B aufgetragen. Falls die Elektronen zur Zeit T₁ in das Beschleunigungsrohr eingeführt werden, so ist aus der Figur ohne weiteres ersichtlich, daß die Austrittsgeschwindigkeit vom Zeitpunkt T₂ des Auslenkens aus ihrer Bahn abhängig ist. Natürlich darf das Maximum 7\, der Induktion H im allgemeinen nicht überschritten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlentransformator mit zwei gegenläufigen Flektronenströmen, welche jeweils zeitlich gegeneinander um eine halbe Periode der das Beschleunigungsfeld erregenden Netzspannung versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrom für jede Umlaufrichtung für sich beeinflußbar ist.

2. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstromstärke für jede Umlaufrichtung beeinflußbar ist.

3. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Geschwindigkeit der Elektronen für jede Umlaufrichtung für sich beeinflußbar ist.

4. Strahlentransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Umlaufrichtung eine besondere Kathode vorgesehen ist, bei welcher die Elektronenemission für sich beeinflußbar ist.

=;. Strahlentransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung der Kathoden für sich beeinflußbar ist.

6. Strahlentransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Umlaufrichtuug eine besondere Kathode vorgesehen ist, deren Potential für sich beeinflußbar ist.

7. Strahlentransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke nach beiden Richtungen unabhängig durch besondere Elektroden regelbar ist.

8. Strahlentransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung durch Ändern der Elektrodenspannung erfolgt, wobei jede für sich veränderbar ist.

9. Strahlentransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen mittels eines Heizstromimpulses erzeugt werden und der Heizstromimpuls in seiner Größe veränderbar ist.

10. Strahlentransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, während der die Elektronen dem beschleunigenden Feld ausgesetzt sind, für jede Umlaufrichtung für sich beeinflußbar ist.

11. Strahlentransformator nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen mit Hilfe von Stromimpulsen beeinflußt werden, welche durch Elektronenröhren gesteuert sind, an deren Steuergitter die Spannung eines an die A'etzspannung angeschlossenen, beliebig einstellbaren Phasenschiebers liegt, wobei die zu verschiedenen Umlaufrichtungen gehörenden Impulse unabhängig voneinander in ihrer Phasenlage einstellbar sind.

12. Strahlentransformator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichgewichtsbahnen der Elektronen durch Stromimpulse nach der Auslaßöffnung der Beschleunigungsröhre hin verlegt werden, wobei die zu verschiedenen Umlaufrichtungen gehörenden Impulse unabhängig voneinander in ihrer Phasenlage einstellbar sind.

13. Strahlentransformator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Stromimpulse in zwei voneinander unabhängigen Einrichtungen erfolgt.

14. Strahlentransformator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung, in welcher die Elektronen eingeschleust werden, veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q 5378 9.