Technikatörténeti szemle 27. (2005-06)

Látogatók és műszaki múzeumok - Jeszenszky Sándor: Látogatói kísérletek műszaki múzeumokban – Esettanulmány egy száz évvel ezelőtti múzeumi röntgen-kísérlet rekonstruálásáról

A kísérlet lényege: a különböző anyagokon áthatoló röntgensugár-impulzusok kisütnek egy feltöltött kondenzátort, a kisütéshez szükséges impulzusok számából következtetni lehet az egyes anyagok sugáráteresztő képességére. A sugárforrás a 20. század elején használatos hidegkatódos, gáztartalmú ion-röntgencső volt. Ez egy háromelektródos vákuumcső, a sugárzás felfedezésekor használt katódsugárcső módosított változata. Gömb alakú üvegedény üvegcső toldatokkal, amelyekbe vákuumzáró bevezetéssel elektródok vannak beforrasztva. A csőből a levegőt csaknem teljesen kiszivattyúzták, majd a szívócsonkot beforrasztották. A nyomást igen kis értékre, 1/1.000.000 bar nagyságrendűre (azaz a légköri nyomás kb. egymilliomod részére) csökkentették. Ez igen kevésnek tűnik, mégis elegendő gázmolekula maradt az edényben a nagyfeszültségű gázkisülés kialakulásához. Ezért joggal nevezték gáztartalmú csőnek, megkülönböztetve az ennél három nagyságrenddel kisebb nyomású úgynevezett nagyvákuum-csövektől. A gáztartalmú csőben levő pozitív töltésű gázionok az elektródok közötti nagyfeszültségű erőtérben felgyorsulnak és további gázmolekuláknak ütközve, lökés-ionizációval újabb ionokat hoznak létre. A folyamat lavinaszerűen növeli az ionok számát. A pozitív ionok a negatív katódnak ütközve elektron-emissziót váltanak ki. Az elektronok kilépéséhez szükséges energiát a becsapódó ionok szolgáltatják. A folyamat a hideg (szobahőmérsékletű) katód felületén alakul ki, ezért nevezik hidegkatódos csőnek. Az említett nagyvákuum-csőben alig maradnak gázmolekulák, ionos áramvezetés és hideg elektron-emisszió nem jön létre. A katódot volfrám drótból készítik, amelyet villamos árammal izzítanak. Az elektronok termikus emisszióval lépnek ki a fémből. Ez az ún. izzó-katódos nagyvákuum-cső. Előnye, hogy az elektron-emisszió és ezzel a csőben folyó áram a katód izzításával az egyéb paraméterektől függetlenül, tetszés szerint változtatható. Napjainkban kizárólag ilyen csöveket használnak. Hátrányuk viszont, hogy a katód felülete és maximális megengedhető hőmérséklete felső korlátot szab a csőben folyó áramnak. Az egyébként primitívebb hidegkatódos csőnek ilyen felső korlátja nincs, alkalmas rövid idejű, de nagy energiájú villamos impulzusok röntgensugárrá alakítására. A kísérlethez kifejezetten erre volt szükség. A gömbsüveg alakú alumínium katód ekvipotenciális felületet képez, amelyre merőlegesek a villamos erőtér erővonalai. Az elektronok ezért a felületből merőlegesen lépnek ki és a gömbfelület gyújtópontjában 1-2 mm átmérőjű fókuszfoltban csapódnak a nehézfém (platina) pozitív elektród, akkori elnevezése szerint antikatód felületébe, és ott fékezési röntgensugárzást gerjesztenek. Az egyszerű szerkezetű cső hátránya, hogy paraméterei nem változathatók tetszés szerint, a kibocsátott sugárzás frekvenciája a gáznyomástól függ, ráadásul a cső használata során idővel megváltozik. Utóbbi azonban a kísérletnél a viszonylag ritka használat miatt nem okozott gondot. RÖNTGENnek egyébként nem volt választási lehetősége, mert az izzókatódos csöveket csak később, 1911 után fejlesztették ki (8). A cső működéséhez a nagyfeszültséget szikrainduktor szolgáltatta. A szikrainduktor szaggatott egyenárammal táplált indukciós készülék (9). A primer tekercsében folyó egyenáram megszakításakor a primer áramkör induktivitásában tárolt energia önindukciós feszültséglökést hoz létre, amely a nagy menetszámú szekundertekercsben igen nagy, többszázezer voltos feszültségimpulzust indukál. A nagyfeszültség az induktor kapcsai közötti légréteget csattanó szikra alakjában