Sättigungsspannung

In der Röntgenröhre werden Elektronen durch Thermoemission aus der Kathodenwendel emittiert. Diese Elektronen bilden zunächst eine Raumladung in der Nähe der Kathode. Bei niedriger Röhrenspannung ist das elektrische Feld zwischen Kathode und Anode relativ schwach. Dadurch werden nicht alle emittierten Elektronen zur Anode beschleunigt; ein Teil verbleibt in der Raumladungswolke oder kehrt zur Kathode zurück. In diesem Bereich wird der Röhrenstrom durch die Raumladung begrenzt. Mit zunehmender Röhrenspannung wird das elektrische Feld stärker, sodass immer mehr Elektronen aus der Raumladung abgesaugt und zur Anode beschleunigt werden. Wird eine ausreichend hohe Spannung erreicht, gelangen praktisch alle emittierten Elektronen zur Anode. Dieser Zustand wird als Sättigung bezeichnet.

Unterhalb der Sättigungsspannung hängt der Röhrenstrom sowohl von der Röhrenspannung als auch von der Elektronenemission der Kathode ab. Oberhalb der Sättigungsspannung wird der Röhrenstrom ausschließlich durch die Elektronenemission der Kathode bestimmt, die wiederum von der Temperatur der Heizwendel abhängt. Eine weitere Erhöhung der Röhrenspannung führt daher nicht zu einer Zunahme des Röhrenstroms.

Die Sättigungsspannung markiert den Übergang zwischen zwei Betriebsbereichen der Röntgenröhre:

• raumladungsbegrenzter Bereich: Röhrenstrom abhängig von der Röhrenspannung
• emissionsbegrenzter Bereich: Röhrenstrom abhängig von der Kathodentemperatur

Dieser Zusammenhang ist wichtig für das Verständnis der Steuerung von Röhrenstrom und Röhrenspannung in der Röntgentechnik. Der Verlauf des Röhrenstroms in Abhängigkeit von der Röhrenspannung wird als Durchgriff der Röntgenröhre bezeichnet.