Рентгеновская трубка

Рентгеновская трубка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к. авт. сеид-ву (22) Заявлено 24.04.8 1 (21) 3283978/18-25 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет

Опубликовано 23. 10.82. Бюллетень l4,39

Дата опубликования описания 23. 10.8„ 7„ (51)М. Кл.

Н 01 35/14 фкударстввииый комитвт

СССР по двлам изабрвтвний и открытий (53) УДК621.386. .2 (088.8) С. А. Иванов, Б. Я. Мишкинис, Г. Н. Платонов, Л. Ю. Ходоров и Г. А. Шукин (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Ленина электротехнический glfg институт им. В. И, Ульянова (Ленина)

% (7I) Заявитель (54) РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к рентгеновским трубкам, которые могут быть использованы в спектральном анализе, в технологических целях, для сепарации алмазов и т. д.

Одной из основных проблем в рентгенотехнике. является проблема создания мощного протяженного источника рентгеновского излучения с равномерным распределением интенсивности вдоль заданного направления на небольшом расстоянии от трубки.

Известны специальные мощные источники рентгеновского излучения (1 J, в ко» торых для получения излучающей поверхности 100 см катод излучателя имеет

tS ряд параллельных мощных нитей накала.

Выходящие нэ нитей электроны движутся к заземленному аноду "мембранного" типа из никеля. Поверхность мембран, обращенная к аноду и являющаяся источником рентгеновского излучения, для повышения рентгеновской отдачи покрыта тонким слоем золота. Через мембраны пропускается

2 быстрытй поток охлаждающей воды. Используемое рентгеновское излучение проходит сквозь мембраны и задает доэное поле, сравнительно медленно спадающее с удалением от анода.

В другом случае (2 ) источник имеет. цилиндрические излучатели, внутри которых параллельно оси всего цилиндра раз мещен мощный катод, Одна сторона цилиндра срезана параллельно оси и заменена двойной плоской стенкой, поверхность которой, обращенная к катоду, является непосредственным источником излучения.

Внутри двойной стенки циркулирует охлаждающая вода.

Недостатками таких источников являет» ся техническая сложнск:ть и низкая эксплуатационная надежность, значительное ослабление рентгеновского излучения мембраной и стенкой цилиндра, большая мощность накала. Кроме того, данные установки должны работать при непрерывной откачке. Необходимо подчеркнуть, что ранее основным назначением известных ис3 9688 точников рентгеновского излучения было создание большого поля облучения. Однако в .настоящее время необходимо иметь для «огих применений рентгеновских трубок (спектральный анализ, технологическое облучение, сепарация алмазов) мощный протяженный источник с равномерным рас« пределением интенсивности только в одном направлении. Например, для сепараторов алмазов необходимо, чтобы поле излучения1О было равномерным в направлении, перпендикулярном движению транспортера с .алмаэосодержащей породой. Свободны от .укаэанных недостатков мощные запаянные рентгеновские трубки. . l5

Наиболее близкой по технической сущ- ности к изобретению является рентгеновская трубка, содержащая вакуумную оболочку с окном для выхода излучения и размещенными в ней катодом, анодом с ми- 2О шенью и системой охлаждения мишени.

Такая конструкция обеспечивает получение эффективного Фокусного пятна относительно небольшой протяженности с размерами

3&х5 мм (3 1 .

К недостаткам трубки относится то, что на расстоянии, равном 3-4 фокусного расстояния (расстояние мишени — выход« ное окно) от нее, распределение интенсивности вблизи окна вдоль любого направления в поле облучения является неравномерным. Кроме того, эта трубка имеет сравнительно низкую мощность излучения.

11елью изобретения является создание протяженного источника рентгеновского излучения с отношением длины фокусного пятна к ширине не менее — 30 — 40

Ct

Ь (при удельной нагрузке в режиме длительного включения не менее ЯО Вт/мм ) с равномерным распределением интенсивнос46 ти вдоль фокусного пятна на расстоянии равном 3 -4 фокусным расстояниям без увеличения мощности накала катода.

Указанная цель достигается тем, что в рентгеновской трубке, содержащей ва45 куумную оболочку с.окном для выхода излучения и размещенными в ней катодом, анодом с мишенью и системой охлаждения мишени, катод выполнен из послецо-! вательно соединенных нитей накала, длйна и шаг расположения которых находятся в соотношении 2/Ь 0,4- - 0,6, а между анодом и катодом введен выравниваюший электрод, выполненный в виде системы пар ллельных дру друу стер(ей, 55 расположенных с неравномерным шагом, каждый иэ которых расположен в плоскости, параллельной плоскости катода пер66 4 пендикулярно оси нитей накала, и удален от нее на расстояние 0,2 -. 0,25 И где 8» »расстояние между анодом и катодом.

На фиг. 1 представлена рентгеновская трубка, общий вид; на фиг. 2 — сечение

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схематическое устройство рентгеновской трубки; на фиг. 4 — кривая распределения плотности тока на поверхности анода.

Рентгеновская трубка имеет стеклянный баллон 1 с катодом 2 и анодом 3, содер-, жащий мишень 4 с системой охлаждения

5 и выходное окно 6 из легкоатомного материала, например иэ бериллия. Основной частью анода является медный цилиндрический корпус, на внутреннюю поверхность которого наносится покрытие иэ

l рения или другого тяжелоатомного материала. Это покрытие является мишенью 4 трубки. Часть внешней поверхности выфреэерована для протяженного выходного бериллиевого окна. Между анодом 3 и катодом 2 расположен выравнивающий электрод 7. Катод состоит из последовательно соединенных между собой спиралей, расположенных с определенным шагом (в см).

На фиг. 3 обозначены: 4 — шаг спиралей; Р -; K - расстояние между катодом и выравнивающим электродом; c3 — расстояние между катодом и анодом; 1 „ и t>- расстояние между стерж.нями выравнивающего электрода.

Катод укрепляется через изолирующие керамические втулки на держателе иэ ти тана с помощью винтов, которые позво.ляют регулировать расстояние К от спиралей до выравнивающего электрода. Выравнивающий электрод представляет собой ряд параллельных стержней с неравномерным шагом („ «6<), ориентированных перпендикулярно оси нити канала.

Рассмотрим работу рентгеновской трубки.

Во время работы трубки путем изменения мощности накала катода 2 устанав« ливается необходимая величина тока эмис- сии катода при выбранном значении анодного напряжения. Эмитированные катодом электроны ускоряются в промежутке катод - анод и бомбардируют анод 3, вызывая рентгеновское излучение, которое выходит эа пределы трубки через выходное окно 6. На своем пути к аноду 3 электроны проходят сквозь стержни выравнивающего электрода, которые выравнивают распределение плотности тока вдоль

5 9688 действительного фокусного пятна, причем расстояния между стержнями 1 и не должны быть равными. Кроме того, необходимо регулировать напряжение U на выравнивающем электроде 7. Обычно величина напряжения 0 оказывается близкой к естественному потенциалу Uä области пространства, где располагается выравнивающий электрод, и составляет величину порядка 120 Oe . При этом 10 значении напряжения стержни выравнивающего электрода образуют распределение плотности тока вдоль фокусного пятна. На фиг. 3 кривая 8 иллюстрирует распределение плотности тока от одной секции ка- 15 тода на поверхности анода.

Затем путем наложения друг на друга подобных распределений от других секций катода было получено суммарное распределение плотности тока на;поверхности. 20 анода (кривая 9). Из фиг. 4 видно, что распределение плотности тока вдоль действительного фокусного пятна имеет незначительную неравномерность а ) / д 10%.

Распределение интенсивности в пространст.у5 ве благодаря этому оказывается практически равномерным уже на расстоянии

1,5 — 2 фокусного расстояния; Указанная равномерность обеспечивается также созданием определенной геометрии системы.

Расстояние 4 между анодом и катодом выбирается исходя из обеспечения электрической прочности промежутка. Диаметр стержня С выбирается из условия минимального токоперехвата, т. е. С « .

Оптимальное соотношение 0 и должно составлять E/L, 0,4 — 0,6, так как при уменьшении Ь будет возрастать длина нити накала в каждой секции, а следова-. тельно, и требуемая на накал мощность.

Ч 40

При использовании длинной непрерывной спирали можно добиться такого же эффекта, однако мощность, затрачиваемая на накал катода в этом случае увеличивается болЬе, чем в 2 раза, что требует создания е5 в рентгеновской установке мощного источника накала. Кроме того, при большой мощности возникает перегрев катодного узла и трубки в целом. Это требует специальных мер для их охлаждения, что усложняет конструкцию трубки. При увеличении 4 мощность накала снижается, однако в этом случае сложно обеспечить равномерность путем размещения стержней выравнивающего электрода. Стержни выравниваюшего электрода должны располагать-55 ся на расстоянии от катода К = 0,2-0,25 .с3 так как при большем расстоянии К величина U оказывается близкой к величине.

66 6 анодного напряжения, а при малом К необходимо увеличивать число стержней и уменьшать 4, что и приводит к увеличению мошности накала.

Трубка данной, конструкции, предназначенная для работы в сепараторе алмазов, имеет катод в виде пяти последовательно соединенных вольфрамовых спиралей длиной 12 мм, расположенных с шагом 1. 22 мм. Стержни выравнивающего электрода диаметром С = 0,5 мм нао ходятся на расстоянии от катода К 3,2 мм

Экспериментально установлены соотноше-: ния f.1 0,5 6 и t g 0,8 9 (при данной геометрии системы шаг 4 6 мм и

10 мм). При числе стержней над каждой спиралью более двух эти соотношения будут иметь иной вид, который определяется расчетным путем или экспериментально.

Обшая длина трубки составляет 34 см, диаметр — 8 см. Выходное окно изготовлено из бериллия длиной 106 мм и шириной 10 мм. Максимальная мошность, подводимая к мишени анода, составляет величину Рс 5 кВт. Трубка рассчитана для работы в длительном режиме при максимальном анодном напряжении 50 кВ и анодном теке 100 МА. Мощность накала при этом равна 80 Вт.

Проведенные испытания показали, что относительная неравномерность излучения вдоль эффективного фокусного пятна находится в пределах 7 - 10%.на расстоянии

70 мм от выходного окна трубки.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволит снизить мошность накала катода в два раза и создать протяженный источник рентгеновского излучения с, отношением, длины действительного фокусного пятна к ширине не менее с Ь. — 30 - 40 с равномерным распределением интенсивности вдоль фокусного пят на на расстоянии, равном 3 — 4 фокусным расстояниям.

Использование предложенной рентгеновской трубки в, сепараторах. алмазов позволит повысить производительность установок в 1,5 раза и значительно уменьшить вероятность пропуска алмаэосодержашей ю породы, что может дать значительный экономический эффект.

Формула изобретения

Рентгеновская трубка, содержашая вакуумную оболочку с окном для выхода излучения и размешенными в ней катодом, 7 968866 S анодом с мишенью и системой охлаждения жен в плоскости, параллельной плоскости мишени, о т л и ч а ю ш а я с я тем, катода перпендикулярно оси нитей накала что, с целью создания протяженного ис- и удален от нее на расстояние 0,2-0,25 точника с равномерным распределением где Й - расстояние между анодом и каинтонспвности вдоль фокусного пятна без тодом, увеличения мощности накала катода, катод Источники информации, выполнен из последовательно соединенных принятые Во внимание при экспертизе нитей накала, длина и шаг расположения 1. Е- Q. Hof roan "ETZ- о", которых находятся в соотношении 0/L Bcl 14, Н. 14, 1962, р. 375-379.

:0,4 - 0,6, а между анодом и катодом вве- 10 2. Шмелев В. К. Рентгеновские аппаден выравнивающий электрод, выполненный раты. М., "Энергия", 1973, с. 444-450. в виде системы параллельных друг другу 3. Блохин М. А. Методы рентгеноспект- стержней, расположенных с неравномер- ральных исследований. M., ГИФМЛ, 1959, ным шагом, каждый из которых располо- с. ЗС -31 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 8187/80 Тираж .761 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4