Röntgenblitz mit Marx Generator

Grundlage: Röntgenanlagen mit extrem kurzer Pulsdauer von etwa 100ns bis 1us, sogenannte Röntgenblitzgeräte, wurden und werden hauptsächlich in ballistischen Untersuchungen verwendet. Schon in den 40er Jahren wurden sie zur Munitions- und Sprengstoff Forschung eingesetzt. Vorallem in der Entwicklung von pranzerbrechenden Hohlladungen hatten sie großen Anteil. Im Gegensatz zur Blitzlichfotographie bieten Röntgenblitze den Vorteil Vorgänge im Inneren von Sprengladungen und Rauchschwaden zu beobachten.
Aber auch viele friedlichere Anwendungen sind bekannt geworden, wie die Untersuchung von Plasmastoßwellen, Drahtexplosionen, auch die Durchleuchtungsgeräte z.B. an Flughäfen arbeiten heutzutage zum Teil mit Röntgenblitzen um bei gleicher Bildqualität mit geringeren Dosisleistungen auszukommen.

Aufbau: Zur Versorgung der Röntgenblitzröhre dient ein 6-stufiger Marxgenerator mit einer Ausgangspannung von bis etwa 120kV. Das Ladeteil ist konventionell mit einem MosFet-Inverter, Zeilentrafo und nachfolgen-dem 14-stufigem Vervielfacher aufgebaut.

Der Vervielfacher besteht aus zwei Kondensator-säulen mit je sieben keramischen Konden-satoren a 2nF 10kV. Da die max. Ausgangs-spannung nur etwas über 20 kV beträgt kann der Aufbau offen erfolgen ohne allzu viel Sprühverluste zu haben

Eine einfache Regelschaltung erlauft die Einstellung der an einem Zeigerinstrument abzulesenden Ladespannung, welche um die Kondensatoren des Marxgenerators zu schonen nicht wesentlich über 20kV betragen sollte.
Zur Triggerung der Entladung dient die übliche Kondensator/ Thyristorschaltung, die mit einem Transistor angesteuert wird. Ein Drucktaster erlaubt die manuelle Auslösung des Blitzes zu Testzwecken. Im normalen Betrieb wird der Blitz von einem positiven Puls ausgelöst, der z.B. von einer Lichtschranke kommen kann
Der sechstufige Marxgenerator ist direkt auf das Ladeteil aufgestockt. Jede Stufe besteht aus einem keramischen Kondensator 3nF 20kV~, zwei Ladewiderständen 22kOhm und einer Funkenstrecke aus M6 Hutmuttern.

	Eine Elektrode der ersten Funkenstrecke ist mit einer koaxialen Triggerelektrode (Trigatronprinzip) ausgestattet. Damit kann der Generator und somit der Röntengenblitz mit kurzer Verzögerungszeit ausgelöst werden. Anfänglichen Versuche mit einer selbstgebauten Blitzröhre, wie üblich mit Kegelanode und Schneidenkathode scheiterten leider an vakuumtechnischen Problemen, welche eine sehr instabile Röntgenemission zur Folge hatten. Hingegen, wurden mit einer zweckentfremdeten Senderöhre SRS 326 gute Erfolge erzielt. Geeignet wären sicher auch Hochspannungsbalasttrioden vom Typ PD 500, wie schon einige Experimentatoren gezeigt haben. Auch die HV-Gleichrichter DY 80 und ähnliche Typen sollten als Röntgenröhre funktionieren, wenn durch eine geeignete Isolation Außenüberschläge verhindert werden. Normale Röntgenröhren mit Glühkathode sind für dieser Anwendung nicht tauglich,da die Glühkathode die erforderlichen hohen Emissionströme nicht liefert, während der Feldemissions Modus sehr hohe Impulsströme liefern kann
	Im Betrieb wird der Marx, einschlieslich Röhre mit einer Plexiglashaube abgedeckt, so wird zum einen das sehr laute Geräusch der Funkenstrecken gedämpft und zum anderen kann die Haube mit schwarzen Papier umkleidet werden um Störungen der Röntgenaufnahme durch das helle Licht der Funkenstrecken zu vermeiden

Betrieb:
	Für die ersten Tests wurden stationäre Objekte verwendet. Auf dem rechten Bild ist das Röntgenbild eines Gasfeuerzeuges zu sehen. Durch den kleinen Abstand von etwa 10cm von der Quelle und die relativ große Quelle mit circa 5 cm², sind die Bilder ziemlich unscharf. Das Problem, bei größerem Abstand von der Quelle würden die Bilder zwar schärfer werden, aber auch wesentlich lichtschwächer, und die Kamera ist mit 800 ASA und Blende 2.8 schon an ihrer Grenze. Eine deutliche Verbesserung der Situation ist durch die Verwendung eines Bildverstärkers möglich. Solche Bildverstärker, besser bekannt unter dem Namen Nachtsichtgeräte, sind mittlerweile durchaus erschwinglich zu haben (Ebay). Sie verstärken auf elektronen-optischem Weg ein, auf eine Photokathode projeziertes Bild auf einen Leuchtschirm der dann wiederum abphotographiert werden kann. So konnte der Abstand des Schirms von der Quelle auf 40 cm vergrößert werden und trotzdem die Digitalkamera auf 200 ASA und Blende 5.6 reduziert werden.
Das deutlich bessere Ergebniss ist auf dem rechten Bild zu sehen. Einzelteile im Feuerzeug, wie z.B. die Feder des Piezozünders sind gut aufgelöst. Etwas schwierig ist die Scharfstellung des ganzen Aufbaus da drei Einstellungen vorzunehmen sind, optische Scharfstellung des Röntgenschirms auf die Fotokathode, elektrische Fokusierung des Bildwandlers und Einstellung der Kamera auf den Bildwandler-Leuchtschirm. Am einfachsten gelang dies mit einer, mit kleiner Schrift bedruckten, Seite an Stelle des Röntgenschirms, noch geeigneter wäre wohl das Bild eines sogenannten Siemenssterns.

Hochgeschwindigkeit Röntgenphotographie:

Aufnahmen der obigen Art könnten aber besser mit einer normalen Röntgenanlage erfolgen. Der Vorteil dieser Anlage liegt in der Aufnahme dynamischer, schneller Vorgänge. Mit einigen Hundert Nanosekunden Pulsdauer des Röntgenblitzes können auch sehr schnelle Vorgänge sichtbar gemacht werden

Ein dankbares Objekt ist wiedermal ein Luftgewährgeschoß. Der besseren Optik wegen wurde ein Pfeilgeschoß verwendet. Das Röntgenbild, oben, sieht etwas anders wie das sichtbare Bild unten, da der Federbüschel die Strahlung nicht absorbiert und somit nur die Metallteile sichtbar werden.
Für die Aufnahme im sichtbaren Bereich wird die Röntgenröhre durch eine Xenonkurzbogenlampe ersetzt

	Auch das kleine Diabologeschoß kann gut abgebildet werden, trotz der großflächigen Röntgenquelle. Die Bilder zeigen einen Schuß durch eine Karotte. Die Karotte absorbiert sehr wenig der harten Röntgen- strahlung, aus diesem Grund mußte der Kontrast des Bild mittels Bildverarbeitung stark angehoben werden. Am Besten ist der Schußkanal in der rechten Falsch-farbendarstellung zu erkennen.