Jonowa lampa rentgenowska

Szczerze mówiąc długo się zastanawiałem, czy powinienem w ogóle taki temat zamieszczać na tym forum, toteż piszę z kilkumiesięcznym opóźnieniem w stosunku do wykonanego eksperymentu.
Ponieważ na forum temat lamp rentgenowskich przewija się, toteż w końcu uznałem, że mogę na ten temat co nieco napisać i...pokazać moją eksperymentalną lampę- wyłącznie w celach dydaktycznych.

Lampy rentgenowskie, jonowe były historycznie pierwszymi praktycznymi źródłami promieniowania X, wytworzonymi przez człowieka. Były one jednak dość kapryśne i ustąpiły w XX wieku miejsca lampom Coolidge'a z wysoką próżnią i żarzoną katodą.
Lampy takie posiadały wklęsłą, nieżarzoną katodę (najczęściej aluminiową), anodę i antykatodę z trudno topliwego metalu, o odpowiednio dużej liczbie masowej (najpierw platyna, potem wolfram i miedź). Anoda i antykatoda połączone były elektrycznie razem na zewnątrz bańki. W lampie panowało ciśnienie rzędu 0,001 milimetra słupa rtęci. Jest to z punktu widzenia techniki próżni stosunkowo kiepska próżnia. Dzięki temu po przyłożeniu wysokiego napięcia do lampy (minusem do katody, plusem do anody i antykatody) następowała jonizacja resztek gazu w lampie i przepływ prądu.
Ciśnienie w lampie z jednej strony nie może być zbyt niskie (wówczas jonizacja ustaje i ustaje też przepływ prądu i emisja promieniowania, zaś napięcie na elektrodach rośnie), z drugiej zaś wzrost ciśnienia pogarsza próżnię na tyle, że wyładowanie staje się zbyt silne i maleje napięcie na elektrodach lampy. Skutkiem tego ustaje też emisja promieniowania rentgenowskiego.
Wydawałoby się, że trudność tę można łatwo pokonać poprzez ustalenie ciśnienia w lampie podczas jej pracy i odtopienie lampy od pompy.
Niestety, wydzielanie gazów z elektrod lampy na początku jej eksploatacji lub ich pochłanianie podczas długotrwałej pracy z czasem zmienia ciśnienie gazu. Tak więc po odtopieniu podczas pracy lampy zmienia się ciśnienie.
Znane są różne metody zapobiegania temu zjawisku. Były stosowane na przykład lampy z wtopionym drucikiem z palladu. Metal ten przepuszcza wodór, o ile jest ogrzewany do kilkuset stopni. Podczas ogrzewania palladu np. świeczką następował naciek wodoru do wnętrza lampy. Ilość dopuszczonego gazu dobierano eksperymentalnie. Przykład lampy z drutem palladowym jest tutaj:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/X-ray_tube_2.jpg
Znane też były lampy z małym kawałeczkiem węgla. Podczas ogrzewania węgiel tracił gazy i zwiększało się ciśnienie w lampie.
Metoda z węgielkiem dawała się automatyzować.
Jak już wspominałem, podczas spadku ciśnienia w lampie następuje zwiększenie napięcia na elektrodach. Dotapiając do lampy dodatkową komorę z węgielkiem i dodając iskiernik uzyskiwano lampę, w której następowała samoczynna regulacja ciśnienia. Oto, gdy ciśnienie w lampie malało (lampa stawała się tzw. "twarda") wówczas rosło napięcie na elektrodach lampy. W pewnym momencie było już tak duże, że następował przeskok iskry, która "traktowała" też węgielek. Tak potraktowany węgielek wydzielał gaz, prąd lampy rósł, napięcie zaś spadało.
Iskiernik przestawał iskrzeć, lampa zaś pracowała sobie dalej. Gdy ciśnienie malało następował znów przeskok iskry itd. Czasem miast węgielka używano azbestu.
Przykład takiej lampy pokazuje poniższy link:
http://wpcontent.answers.com/wikipedia/common...y_tube.jpg/400px-Cosser_Crookes_xray_tube.jpg
Ta lampa ma także radiator metalowy.

Lampy jonowe miały szereg wad. Jak już pisałem, ciśnienie zmieniało się znacznie podczas pracy, co powodowało zmianę natężenia promieniowania oraz jego twardości. Po drugie, lampy zapewniały stosunkowo małe natężenie promieniowania X. Tym chyba należy tłumaczyć ich popularność w szkolnych zestawach demonstracyjnych. Lampy takie można jeszcze spotkać wśród szkolnych pomocy naukowych z lat 70. Starsi użytkownicy zapewne pamiętają temat, skoro na forum znajduje się taki wątek:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1589973.html

Wykonując eksperyment- budując lampę stawiałem sobie pytanie, czy dałoby się taką lampę skonstruować w zupełnie prymitywnych warunkach i na szczęście odpowiedź brzmi: nie. Dlaczego na szczęście? Zależało mi bowiem, ażeby nie mogły eksperymentować osoby nieodpowiedzialne. Przestrzegam gorąco przed mało odpowiedzialnymi pomysłami i zabawami.

Moja lampa jest w konstrukcji dość zbliżona do lamp pokazanych w linkach. Nie decydowałem się do lampy dodawać węgielka, gdyż po kilku krótkich eksperymentach miała dołączyć do egzemplarzy "archiwalnych" na półkę.
Utrzymanie w niej prawidłowego ciśnienia podczas wielu godzin pracy było zupełnie zbędne.
Katodę stanowi odpowiednio obcięte denko po puszce od piwa. Warunkiem koniecznym było jego staranne oczyszczenie z nadruków i brudu.
Następnie wyznaczyłem z grubsza, gdzie takie zwierciadło wklęsłe ma ognisko, świecąc na nie lampką i szukając kartką, gdzie wystąpi ostry punkt. Dzięki temu wiedziałem jak daleko od katody ma być umieszczona pochyła antykatoda z tantalu. Umieszczona z boku anoda umożliwia łatwiejszy zapłon lampy. Nie miałem jakichś szczególnych wytycznych co do jej umiejscowienia.
Wykonanie tej lampy poprzedziło wykonanie biedniejszej wersji próbnej. Dzięki temu przekonałem się, że praca lampy na próżniowej pompie obrotowej jest niemożliwa, co zamyka drogę nierozważnym eksperymentatorom. Dopiero praca na pompie turbomolekularnej lub dyfuzyjnej i to w wąskim zakresie ciśnień pozwala na wytwarzanie promieniowania. Widać wówczas wyraźne świecenie szkła na zielono (dla szkła sodowego).
Podczas wykonywania lampy docelowej użyta została co prawda wyłącznie pompa obrotowa, ale stosowany był też getter, bez którego nie udałoby się uzyskać niezbędnej próżni. Getter ten był dopylany ostrożnie, w ten sposób, ażeby pochłonąć tyle gazów ile potrzeba dla pracy lampy. Getter barowy z biegiem czasu jednak pożera resztki gazu i lampa jest zbyt "twarda". Z tego względu ostatecznie zastosowałem inny typ pochłaniacza, który chłonie gazy tylko póki jest ciepły (kilkaset stopni).

Wykonana lampa dawała wyraźne cienie przedmiotów na folii wzmacniającej do typowych klisz. Jednak nie udało mi się tego sfotografować aparatem.