Röntgenröhre

Grundlagen:
Im Jahre 1895 endeckte W.K. Röntgen eher zufällig die später so genannte Röntgenstrahlung bei Untersuchungen an Entladungsröhren. Schon bald nach Röntgens Veröffentlichungen über eine neue Art von Strahlung wurde das große Potential dieser Entdeckung erkannt.

Nach kurzer Zeit wurden spezielle Röhren entwickelt die sich besonders gut zu Erzeugung von Röntgenstrahlen eigneten.
Die Röntgenionenröhre, "Ionenröhre" war bald Standard in wissenschaftlichen Laboratorien und ärztlichen Praxen.
Diese Röhre besteht aus einem kugelförmiges Glasgefäss mit mehreren Ansätzen für die Elektroden. Eine Hohlspiegel artige Kathode fokussiert die Elektronen auf die gegenüber liegende, schräg geneigte Antikathode an der die Röntgenstrahlung entsteht. Bei älteren Röhren war seitlich noch eine , im Grunde unnötige, Anode angebracht.
Zum Betrieb muss die Röhre auf ein Vakuum im Bereich von einigen 10^-3 mbar abgepumpt werden.

Die notwendige Versorgungsspannung lag bei 40..100 kV und wurde meist im >Funkeninduktoren< erzeugt.

Nachbau:

Als Grundlage wurde ein sogenannter Pasteurkolben mit 1500 ml Volumen benützt der schon zwei passende Ansätze für Antikathode und Anode hat.
Das Loch für die Kathode wurde mit der Dremel gebohrt und darüber ein passendes Glasrohr geklebt.
Für die Ansätze wurden passende Alukappen gefertigt und alles mit UHU Plus 300 verklebt. Die Halterung der Antikathode ist ein Messingrohr durch welches der Kolben evakuiert wird.
Durch die Klebungen ist es nicht möglich die Röhre evakuiert zu halten, sondern sie muss beim Betrieb dauernd abgepumpt werden, da die Ausgasraten zu hoch sind.

Beim Betrieb sind zwei Gefahrenquellen zu berücksichtigen !!!

Zum Einen kann die Röhre beim Evakuieren implodieren und umher fliegende Glassplitter können den Experimentator schwer verletzen.

Zum Anderen ist natürlich auch die entstehende Röntgenstrahlung sehr gefährlich.

Ein Kasten aus Bleiblech mit einem kleinen Sichtfenster aus Bleiglas in dem die Röhre untergebracht wird schützt vor beiden Gefahren.

Wird die Röhre mit einem leistungsstarken Hochspannungsgerät betrieben muss ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung in die Hochspannungsleitung eingefügt werden. Durch Gasausbrüche kommt es in der Röhre immer wieder zu Überschlägen die ohne Widerstand sehr hohe Stromwerte erreichen können und Röhre oder Netzgerät schädigen können.

Die Strombegrenzung durch einen Widerstand ( > 10 MOhm) erlaubt das Anlegen der Hochspannung schon bei Atmosphärendruck und man kann währen des Abpumpen die schönen Leuchterscheinungen der Entladung bei den verschiedenen Drücken beobachten.
Erst alle Leuchterscheinungen in der Gasfüllung verschwunden sind und nur noch das Glas des Kolbens fluoresziert, bei Drucken unter 0,01 mbar, wird die Spannung an der Röhre groß genug um Röntgenstrahlung zu erzeugen


Die Leistung der Röhre blieb aber hinter den Erwartungen zurück. Zwar konnte die Röntgenstrahlung eindeutig mit dem Geigerzähler ( einige Hundert Impulse / Sekunde) eindeutig nachgewiesen werden, aber für ein brauchbares Bild auf dem Leuchtschirm war die Intensität zu klein. Es ist sehr schwierig den korrekten Gasdruck einzustellen. Bei zu hohem Druck bricht die Spannung an der Röhre zusammen, ist der Druck zu klein sinkt auch der Strom durch die Röhre auf sehr kleine Werte.