Wehnelt-Zylinder
nach dem deutschen Physiker Arthur Rudolph Berthold Wehnelt (1871-1944)
Synonym: Fokussierbecher
Englisch: Wehnelt cylinder
Definition
Der Wehnelt-Zylinder ist ein Bestandteil der Kathode einer Röntgenröhre. Er umgibt die Heizwendel der Kathode und dient der elektrostatischen Fokussierung des Elektronenstrahls, der auf die Anode gerichtet ist.
Aufbau
Der Wehnelt-Zylinder ist ein metallischer, becherförmiger Elektrodenkörper, der die Heizwendel der Kathode teilweise umgibt. Er ist elektrisch mit der Kathode verbunden, wird jedoch meist mit einer leicht negativeren Spannung gegenüber der Heizwendel betrieben. Durch diese negative Vorspannung entsteht ein elektrisches Feld, das die aus der Kathode emittierten Elektronen bündelt und zu einem fokussierten Elektronenstrahl formt.
Physikalischer Hintergrund
In der Röntgenröhre werden Elektronen durch Thermoemission aus der erhitzten Kathodenwendel freigesetzt. Ohne zusätzliche Fokussierung würden diese Elektronen in viele Richtungen austreten und eine große Auftrefffläche auf der Anode erzeugen. Der Wehnelt-Zylinder wirkt diesem Effekt entgegen. Durch seine negative Vorspannung werden Elektronen, die seitlich austreten würden, elektrostatisch abgestoßen und in Richtung der Anodenachse gelenkt. Dadurch entsteht ein gebündelter Elektronenstrahl. Die Fokussierung durch den Wehnelt-Zylinder bestimmt wesentlich die Größe des Brennflecks auf der Anodenoberfläche.
Funktionen
Die Funktion des Wehnelt-Zylinders beeinflusst direkt:
- die Größe des elektronischen Brennflecks
- die räumliche Auflösung der Röntgenaufnahme
- die thermische Belastung der Anode
Eine präzise Fokussierung ermöglicht einen kleinen Brennfleck und damit eine höhere Bildschärfe.
Der Wehnelt-Zylinder kann neben der Fokussierung auch zur Steuerung des Elektronenstroms verwendet werden. Wird der Wehnelt-Zylinder stark negativ vorgespannt, kann der Elektronenstrom teilweise oder vollständig unterdrückt werden. Dieses Prinzip wird beispielsweise bei der Gittersteuerung der Röntgenröhre genutzt, etwa bei der gepulsten Durchleuchtung. Dabei wird der Elektronenstrom zur Anode kurzzeitig ein- und ausgeschaltet, ohne dass die Hochspannung der Röntgenröhre verändert werden muss.