Die Röntgenröhre (Teil 3 von 3)

kszeifert 21 Mar, 2012 10:00

3. Kathodenarten und Abschirmung


Kathoden werden nach der Art der Elektronenerzeugung charakterisiert.

A. Thermische Emission

Die Kathode besteht aus einer Glühwendel (Filament), welche meist aus einem Wolframdraht besteht. Diese Glühkathode wird durch Stromdurchfluss auf ca. 2000 °C aufgeheizt, so dass thermische Emission von Elektronen aus dem Metall eintritt. Die Elektronen bilden eine negativ geladene Elektronenwolke, die dem Austritt weiterer Elektronen entgegenwirkt. Erst über das Anlegen einer positiven Spannung an die Anode werden die Elektronen auf diese beschleunigt. Besteht die Röhre nur aus Kathode und Anode, spricht man von einer Diode.


Der Anodenstrom wird durch das Feld und ab einem Sättigungswert durch den Heizstrom des Filaments bestimmt.Durch einen zusätzlichen sog. Wehneltzylinder vor der Kathode lässt sich der Anodenstrom unabhängig davon regeln. Der Wehneltzylinder fungiert als Steuergitter und ist gegenüber der Kathode negativ. Er wirkt so dem Beschleunigungsfeld der Anode entgegen. In diesem Fall spricht man von einer Triode.

B. Feldemission


Eine medizinische Röntgenröhre älterer Bauart

Eine medizinische Röntgenröhre älterer Bauart



Das Filament wird hier nur auf moderate Temperaturen je nach Material erwärmt. Durch das Aufheizen allein tritt noch keine Emission auf.

Jedoch befinden sich dadurch viele Elektronen auf einem erhöhten Energieniveau oberhalb der Fermilevel. Legt man ein sogenanntes Extraktionsgitter über das Filament, welches gegenüber diesem positiv ist, erzeugt man im Raum zwischen beiden sehr hohe Feldstärken von mehreren Volt pro Mikrometer. Dies führt dazu, dass Elektronen aus dem Filament gezogen werden.

Das Potenzial des sogenannten Vakuumlevels - des Potenzials, welches ein Elektron erreichen muss, um wirklich frei vom ursprünglichen Festkörper zu sein - wird durch das starke äußere Feld mit zunehmenden Abstand von der Oberfläche des Metalls/Filaments abgesenkt. Die Elektronen können nun dieses Potenzial zu Vakuumlevel hin durchtunneln und verlassen den Festkörper. Hinter dem Extraktionsgitter folgt wieder das negativ geladene Regelungsgitter - der Wehneltzylinder.



Eine Röntgenanlage anno 1903



Feldemissions-Kathoden haben eine sehr kleine Emissionsfläche, so dass mit entsprechenden Elektronenlinsen auch ein kleiner Auftreffort auf der Anode erreicht werden kann. Dadurch ist der Ursprung der Röntgenstrahlung annähernd eine Punktquelle, was eine detailreichere Untersuchung auch sehr kleiner Objekte ermöglicht.


Abschirmung der Röntgenröhre:


Für den sicheren Betrieb einer Röntgenröhre ist eine passende Abschirmung in einem Gehäuse notwendig. Diese Abschirmung bewirkt:


  • Einen Schutz der Röhre vor äußerer mechanischer Belastung.

  • Elektrische Isolation für die benötigte Hochspannung.

  • Abschirmung der Röntgenstrahlen in unerwünschte Richtungen. Dazu wird Blei verwendet. In der gewünschten Strahlungsrichtung befindet sich ein Austrittsfenster (meist aus Glas oder Berylliumfolie).

  • Oft wird die Röhre mittels Öl gekühlt und auch isoliert.

Quelle: Die obige Beschreibung sowie die Fotos stammen aus dem Wikipedia-Artikel “Röntgenröhre“, lizenziert gemäß CC-BY-SA. Eine vollständige Liste der Autoren befindet sich hier.


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