Импульсный рентгеновский аппарат

Импульсный рентгеновский аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ, содержащий импульсную трехэлектродную рентгеновскую трубку с игольчатым анодом, холодным кольцевым катодом и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе, и импульсный трансформатор, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения мощности дозы в импульсе и увеличения срока службы, в него введена коническая коаксиальная линия, выполненная из двух электропроводных конических элементов, первый из которых установлен снаружи корпуса рентгеновской трубки и своим большим основанием соединен с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй конический элемент установлен внутри корпуса рентгеновской трубки и своим малым основанием соединен с анодом трубки, на малом основании первого конического элемента выполнен первый кольцевой паз, в котором i размещен спай изоляционного корпуса трубки с металлическим телом катода, (Л на большем основании второго кониче кого элемента выполнен второй кольцевой паз, в котором размещен спай изоляционного корпуса трубки с вторым коническим элементом, который соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки трансформатора. ОО (X) СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1<би H 05 G 1/24.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3574032/18-25 (22) 07.04.83 (46) 23.04.84. Бюл. 9 15 (72) E.И.Биченков, P.Л.Рабинович, В.В.Клыпин, Е.И.Пальчиков, В.A.Êëî÷ко, А.И.Лисицын, Н.A.Äðîíü, A.Ã.Ðûæков и Г.С.Доронин (71) Научно-исследовательский институт иитроскопии (53) 621.386(088.8) (56) 1. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., Советское радио, 1974, с.226-227.

2. Авторское свидетельство C"CP

9 274245, кл. Н 05 G 1/24, 1968 (прототип). (54) (57) 1 . ИМПУЛЬСНЦЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ

АППАРАТ, содержащий импульсную трехэлектродную рентгеновскую трубку с игольчатым. анодом, холодным кольцевым катодом и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе, и импульсный трансформатор, о т л и„„SU„„1088157 A ч а ю шийся тем, что, с целью повышения мощности дозы в импульсе и увеличения срока службы, в него введена коническая коаксиальная линия, выполненная из двух электропроводных конических элементов, первый из которых установлен снаружи корпуса рентгеновской трубки и своим большим основанием соединен с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй конический элемент установлен внутри корпуса рентгеновской трубки и своим малым основанием соединен с анодом трубки, на малом основании первого конического элемента выполнен первый кольцевой паз, в котором размещен спай изоляционного корпуса 19 трубки с металлическим телом катода, на большем основании второго кониче кого элемента выполнен второй кольцевой паз, в котором размещен спай изоляционного корпуса трубки с вторым коническим элементом, который соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки трансформатора.

> 4

1088157

2. Аппарат по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что углы раствора конуса конических элементов выбраны из условия равенства проекций напряженности электрического поля на образующую изоляционного корпуса для первого и второго конических элементов.

3. Аппарат. по п. 2,.о т л и ч а юшийся тем, что угол раствора конуса первого конического элемента равен 90-100О, а второго- конического элемента 40-50

4 ° Аппарат по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что передняя

М

Изобретение относится к рентгенотехнике и может применяться при создании импульсных рентгеновских аппаратов на большие напряжения и мощности. 5

Известен импульсный рентгеновский аппарат, содержащий высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через разрядникобостритель к диодной импульсной рент о геновской трубке с холодным катодом.

В указанном аппарате высокое напряжение на рентгеновскую трубку подается в течение короткого времени в несколько наносекунд после пробоя разрядника.-обострителя, поэтому диодная трубка имеет малые размеры jl), Недостатком этого устройства является наличие разрядника-обострителя, который сложен в изготовлении (заполнен газом под давлением в 20

80 атм.) и на котором теряется часть мощности.

Наиболее близким техническим реше" нием и изобретению является импульсный рентгеновский аппарат, содержа- 25 щий трехэлектродную импульсную рентгеновскую трубку с холодным кольцевым катодом, игольчатым анодом и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе, и импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с. анодом и катодом . трубки (2 ).

В известном аппаРате отсутствует 35 разрядник-обостритель и на рентгеновскую трубку подается импульс высокого напряжения в течение относительно длительного времени в несколько микросекунд, поэтому триодная трубка

; input.малых размерах не выдерживает . высоких напряжений. Это ограничивает напряжение и мощность рентгеновского излучения аппарата. Кроме того, в и задняя кромки изолированного электрода отогнуты соответственно к аноду и катоду и расположены по эквипотенциальным поверхностям электрическо.го поля, причем потенциал эквипотен-. циальной поверхности передней кромки выше потенциала эквипотенцильной поверхности задней кромки.

5. Аппарат по,п. 4, о т л и ч а юшийся тем, что потенциал экви.потенциальной поверхности передней кромки равен 0,07 потенциала анода, а задней кромки — 0,05 потенциала анода.

2 процессе работы по мере разрушения и укорачивания конца анода происходит перераспределение силовых линий поля внутри трубки, третий электрод выходит из оптимального положения относительно силовых линий и трубка теряет работоспособность, т.е..сокращается срок службы трубки и, соответственно, срок работы всего ап-. парата.

Целью изобретения является повышение мощности дозы в импульса и увеличение срока службы аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный рентгеновский аппарат, содержащий импульсную трехэлектродную рентгеновскую трубку с игольчатьм анодом, холодным кольцевым катодЬм и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе,. и импульсный трансформатор, введена коническая коаксиальная линия, выполненная из двух электропроводных конических элементов, первый из которых установлен снаружи корпуса рентгеновской трубки и своим большим

I основанием соединен с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй конический элемент установлен внутри корпуса рентгеновской трубки и своим малым основанием соединен с анодом трубки,- на малом основании . первого конического элемента выполнен первый кольцевой паз, в котором размещен спай изоляционного корпуса трубки с металлическим телом катода, на большем основании второго конического элемента выполнен второй кольцевой цаз, в котором размещен спай изоляционного корпуса трубки с вторым коническим элементом, который соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки трансформатора.

1088157

При этом углы раствора конуса ко= нических элементов выбраны из условия равенства проекций напряженности электрического поля на образующую изоляционного корпуса для первого и второго конических элементов. 5

При этом угол раствора конуса первого конического элемента равен 90.100О, а второго конического элемен- та 40-50О, Кроме того, передняя и задняя lO кромки изолированного электрода отогнуты соответственно к аноду и катоду и расположены по эквипотенциальным поверхностям электрического поля, причем потенциал эквипотенциальной 15 поверхности передней, кромки выше потенциала эквипотенциальной поверхности задней кромки.

При этом потенциал эквипотенциальной поверхности передней кромки равен 0,07 потенциала анода, а задней кромки — 0,05 потенциала анода.

На фиг. 1 показан импульсннй рентгеновский аппарат, разрез; на фиг.2 — . диаграммы напряжений в аппарате.

Импульсный рентгеновский аппарат содержит рентгеновскую трубку 1, имею--щую холодный кольцевой катод 2,игольчатый анод 3, расположенный между ними кольцевой изолированный элект-. род 4 и изоляционный корпус 5, пер- вый и второй (наружный и внутренний) конические элементы 6 и 7, образующие коаксиальную линию, кольцевые пазы 8 и 9, в которых расположены спаи 10 и 11 изоляционного корпуса 35 трубки с металлом, вторичную обмотку

12 импульсного трансформатора, нулевой вывод которой соединен с корпу1сом 13 аппарата и первым коническим элементом б, а высоковольтный вывод -40 с вторым коническим элементом 7.

Аппарат работает следующим образом.

При подаче высокого напряжения на анод 3 трубки l. коническая коаксиальная линия, образованная коническими элементами б и 7, распределяет напряженность поля так, чтобы напряженность поля возрастала к вершинам конусов, т.е. к разрядному промежутку, а составляющая напряженности электрического поля вдоль изо1 ляционного корпуса 5 трубки 1 оставалась постоянной. Это обеспечивается следующим образом. Электрическое поле между двумя соосными конусамм изменяется в зависимости от расстояния от оси и от вершины конуса. Если угол раствора наружного конического элемента б больше угла раствора внутреннего конического элемента 7, то 60 в одном и том же перпендикулярном к оси сечении напряженность поля максимальна на внутреннем коническом элементе 7 и минимальна на наружном ко- . ническом элементе 6. Вдоль наружно- 65 го конического элемента 6 напряженность поля возрастает к его вершине.

В результате на изоляционном корпусе

5, соединяющем наружный 6 и внутренний 7 конические элементы, напряженность поля и угол ее наклона к поверхности изоляционного корпуса 5 у наружного,-конического элемента б меньше, чем у внутреннего конического элемента 7.

При соответствующем подборе углов раствора конусов можно добиться того, чтобы проекция напряженности электрического поля на образующую изоляционного корпуса 5 была одинаковой как у наружного б, так и у внутреннего 7 конических элементов.

Это обеспечивает условие разной электрической прочности на всей длине изоляционного корпуса 5 и позволяет при заданной длине корпуса 5 обеспечить наибольшее рабочее напряжение трубки 1 °

Моделирование в электролитической ванне показывает, что условие электрической равнопрочности достигается., если внутренний конический элемент

7 имеет угол раствора (полный) 4050О, а наружный конический элемент б 90 100о

Пробой по изолятору чаще всего BQ3» никает со спая метал - изолятор, на

I котором обычно имеются заострения, окислы и соединения с. низкой работой выхода электронов. Для исключения возникновения подобных пробоев на малом основании наружного конического элемента 6 и на большем основании внутреннего конического элемента 7 выполнены кольцевые пазы 8 и 9, в которых размещены спаи изолятора с металлом. Стенки пазов экранируют места спаев от электрического поля, чем исключается возможность возникновения пробоев со спаев.

При увеличении напряжения на трубке l,напряженность электрического поля на кромках катода 2 и электрода 4 возрастает. При произвольной форме электрода 4 возможно сильное искажение электрического поля между катодом 2 и анодом 3, напряженность поля на катоде 2 может быть малой, а на кромке электрода 4 очень высокой и возможно начало пробоя трубки с электрода 4. Такой режим недопустим, так как разрядный промежуток трубки пробъется при напряжении, меньшем электрической пжочностн простой диодной трубки с той же систе- . мой катод — анод.

Минимальное искажение поля имеет, место при расположении электрода 4 вдоль эквипотенциальной поверхности диодной системы катод — анод. В по-,, добной трубке напряженность. поля на острие катода 2 наибольшая и пробой начнется с катода при напряжении, 1088157 равном электрической прочности диодного. промежутка катод — анод.

Однако наличие электрода 4, перекрывающего промежуток катод — анод, приводит к зарядке электрода 4 малым эмиссионным током, выравнивающим потенциалы между катодом 2 и электродом 4, из-за чего напряженность поля на катоде 2 уменьшится (момент на фиг. 2), т.е. трубка запирается и процесс пробоя задержится на некоторое время, пока напряжение, создаваемое источником питания, не возрастет до величины, обеспечивающей эмиссию с острых кромок катода 2 или электрода 4 при наличии запираю- 35 щего потенциала на электроде 4 (момент t на фиг. 2). Таким образом, трехзлектродная трубка характеризуется более высоким рабочим напряжением, чем диодная трубка с той же геомет- 20 рией промежутка анод — катод.

Дальнейшее развитие разряда может

Происходить пробоем с острия катода

2 или с острия электрода 4.

При пробое с острия катода 2 на 25 анод 3 происходит обычный. разряд, сопровождающийся слабыМ образованием плазмы на катоде, а соответственно разряд протекает с малым разрядным током и большой длительностью импуль- З0 са.

Во избежание этого передняя кромка электрода 4 отогнута к оси. Это обеспечивает дальнейшее развитие разРяда за счет пробоя с острия электроАа 4 на анод 3. После такого пробоя потенциал электрода 4 возрастает, приближаясь к потенциалу анода 3 (электрод 4 перезаряжается), т.е. величина разрядного промежутка резко уменьшается, так как расстояние меж- 40, ду катодом 2 и электродом 4 значительно меньше, чем расстояние между катодом 2 и анодом 3. Это приводит к резкому возрастанию за короткое время напряженности электрического поля 45 и промежутке катод - электрод, (момент 1 — t на фиг. 2), что вызывает взрйвную эмиссию микроострий на поверхности катода 2. и создает плаз.му c низкой работой выхода электро- 50 нов. После поджига промежутка катодэлектрод начинается сильноточный разряд на анод 3.

Перезарядка электрода 4 сопровождается также возрастанием напряжен55 ности поля на его задней кромке, и существует возможность развития паразитного пробоя с задней кромки электрода 4 на анод 3. Для устранения этого явления задняя кромка электрода 4 отогнута к катоду 2.

Разряд с большим током обеспечивает высокую мощность дозы и короткую длительность вспышки рентгеновскогс излучения аппарата.

Однако в процессе эксплуатации при разрядах большей мощности острие анода 3 выгорает, поле системы катод — анод изменяется и оптимальность расположения электрода 4 нару- шается. По мере выгорания острия анода вследствие разворота эквипотенциалей поля вслед за укорачивающимся анодом потенциал в районе передней кромки электрода 4 уменьшается, а в районе задней увеличивается, что приводит к нарушению режима работы триодной трубки, и соответственно к падению мощности дозы в импульсе, т.е. сокращению срока службы трубки. Для удлинения срока службы трубки переднюю кромку электрода 4 следует заренее устанавливать на более высокой .эквипотенциале, чем его заднюю кромку, таким образом, чтобы, с одной стороны, не происходило сильного искажения электрического поля в промежутке катод — анод, т.е. чтобы не уменьшалась мощность разрядов в начальный период работы трубки, и, с другой стороны, чтобы при развороте эквипотенциалей вслед за укорачивающимся анодом трубка входила в более оптимальный режим, т.е. удлинялся срок службы трубки, а соответственно, и всего аппарата.

Таким образом, отгибание кромок электрода 4 к аноду и катоду и расположение их на разных эквипотенциальных поверхностях обеспечивает устойчивое развитие взрывной эмиссии с катода 2 при разрядах и увеличение срока службы трубки 1.

Экспериментальные исследования показали, что достаточное увеличение рабочего напряжения промежутка катоданод, устойчивое развитие взрывной эмиссии и увеличенный срок службы трубки достигаются при расположении передней кромки электрода на эквипотенциале 0,07, а задней — на эквипотенциале 0,05 от потенциала анода.

Описанное техническое решение позволяет развивать максимально возможное рабочее напряжение при заданных размерах аппарата, обеспечивает устойчивое формирование взрывной эмиссии, т.е. разряда с большим током, что приводит к повышению мощности дозы рентгеновской вспышки и уменьшению ее длительности, и стабилизирует работу аппарата при большом числе вспышек, т.е. увеличивает срок службы аппарата.

1088157

Составвтель К.Коиоиов

Редактор С.Львова Техред Ж.Кастелевич Корректор И.Эрдейн

Заказ 2692/54 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул, Проектная, 4