Schattenkreuzröhre
Die Schattenkreuzröhre ist eine Form der Elektronenröhre. Sie wurde vom Physiker Sir William Crookes 1879 erfunden und wird daher auch Crookes-Röhre genannt.
Sie dient dem Studium der Kathodenstrahlen, einer anderen Bezeichnung für Elektronenstrahlen. Bei Versuchen mit einer Crookes-Röhre entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen 1895 die von ihm „X-Strahlen“ genannte Röntgenstrahlung.
Aufbau
Die traditionelle Schattenkreuzröhre besteht aus einer Aluminium-Kathode, einer Anode, und einem Schattenspender in der Form eines Tatzenkreuzes bzw. der eines Malteserkreuzes, oft noch aus einem fluoreszierenden Leuchtschirm, auf dem nach Anlegen einer hohen elektrischen Spannung durch das elektrische Feld beschleunigte Elektronen einschlagen, aufgrund von Fluoreszenz Licht erzeugen und so den Schatten des Kreuzes zeigen.
Alle gerade genannten Bauteile befinden sich in einer teilevakuierten Glasröhre, welche eine leicht konische Form hat. Neuere Ausführungen sind oft auch vollständig evakuiert, besitzen eine Glühkathode[1] sowie einen Wehneltzylinder.
Die Betriebsspannung dieser Art von Elektronenröhren liegt, ähnlich wie bei Schwarz-Weiß-Fernsehern und -CRT-Monitoren bei ca. 5–12 kV.
Funktion
Die Schattenkreuzröhre diente zur Erforschung der Gasentladung sowie der Teilchenstrahlen im Vakuum.
Ein ähnlicher Aufbau führte zur Entdeckung der Kathodenstrahlen. Deren Eigenschaften können an der Schattenkreuzröhre studiert werden, etwa deren geradlinige, jedoch durch Magnetfelder ablenkbare Ausbreitung oder auch die Fluoreszenz, die sie auf dem Glas oder dem Leuchtschirm verursachen. So kann die Geradlinigkeit der Strahlung dadurch gezeigt werden, dass die Strahlen von der Kathode zur Anode ausgesandt werden, aber durch ihren eigenen Bewegungsvektor an dieser vorbei auf den Fluoreszenzschirm auftreffen und den Schatten des Kreuzes abbilden. Durch das Kreuzbild auf dem fluoreszierenden Leuchtschirm ist klar, dass die Quelle der Anregung die Kathode sein muss.
Diese Eigenschaften wurden ursprünglich einem vierten Aggregatzustand zugeschrieben, dem Strahlungszustand. Der Kathodenstrahl wurde dabei als Atomstrahl fehlinterpretiert.[2]
Bauformen
Es gibt auch leicht abgewandelte Bauformen, welche jedoch die gleiche Funktionsweise besitzen wie das Original. Diese Formen sind meist Einzelanfertigungen von Glasbläsern. Man kann etwa statt des Kreuzes auch jede beliebige andere Form aus Aluminium fertigen und sie als Anode benutzen.
Gasgefüllte Röhren benötigen keine beheizte Kathode; bei ihnen findet Elektronenemission aufgrund von Ionenbombardement statt. Verpolt man sie, beziehungsweise ist die Kathode ihrerseits ein Blech mit einem Loch, kann man Kanalstrahlen beobachten.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Schattenkreuzröhre bei Pauls Röhren
- ↑ Carus Sterne: Strahlende Materie. In: Die Gartenlaube. Heft 14, 1880, S. 224–226 (Volltext [Wikisource]).
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Two photos of a Crookes tube; one by ordinary light and one showing it in operation lit by its own fluorescence. In operation several thousand volts of DC electricity is applied between the two electrodes in the tube. The electrode to the left is the cathode or negative electrode, the electrode in the L-shaped tube at bottom is the anode or positive electrode. Electrons released by the cathode are attracted toward the positive space charge in center of the tube, created by the positive anode at bottom, and they accelerate down the tube to the right. Because of inertia, many electrons speed past the anode rather than actually hitting it. They hit the glass wall of the tube, making the glass fluoresce green; after that, they eventually travel to the anode and leave the tube, passing through the wires and the power supply and back to the cathode. The cross-shaped metal plate blocks the electrons, casting a cross-shaped shadow on the glowing wall, demonstrating that the electrons travel in straight lines. The cross can be folded down against the floor of the tube, showing it is the cause of the shadow. The shadow can be moved and distorted by holding a permanent magnet to the side of the tube, demonstrating the bending effect that magnetic fields exert on electron rays. This 'Maltese cross' demonstration form of Crookes tube was first made by Juliusz Plucker in 1869, and was very popular in classrooms around the turn of the century. Alterations to image: Cropped component images and combined into one image.