Вращающийся анод рентгеновской трубки

 

Использование: в рентгенотехнике. Сущность изобретения: анод содержит основание из молибденового сплава, в состав которого входит по меньшей мере один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий, тантал и рений, и мишень из сплава вольфрама, основание и мишень выполнены в виде связной монокристаллической структуры. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к источникам рентгеновского излучения и может быть использовано при создании рентгеновских излучателей с повышенным уровнем мощности и ресурсом работы для медицинских и технических целей.

Известны вращающиеся аноды рентгеновской трубки, например для компьютерных томографов, выполненные в виде металлического диска из тугоплавкого сплава, например, на основе молибдена с нанесенным на него слоем из вольфрам-рениевого сплава [1].

Однако аноды данного типа обладают недостаточным ресурсом работы и невысокой надежностью из-за процессов рекристаллизации в рабочей зоне при высоких тепловых нагрузках.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по технической сущности является анод, содержащий основание из молибденового сплава, в состав которого входит по меньшей мере один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий, тантал и рений, и мишень из вольфрама или его сплава [2].

Недостаток данного анода заключается в структурной нестабильности дисперсно-упрочненных молибденовых сплавов. В таких материалах при повышенных температурах могут интенсивно протекать процессы рекристаллизации. Их термопрочность в условиях циклического воздействия также имеет температурные пределы при используемых скоростях вращения анода. При этом циклические внутренние напряжения вызывают растрескивание поверхности кольцевой рабочей дорожки на мишени анода, что обусловливает снижение интенсивности излучения и ресурса работы трубки.

Поэтому при использовании поликристаллических материалов, в частности сплавов на основе молибдена, максимальная допустимая мощность рентгеновского излучателя и его ресурс работы определяются из условия, чтобы среднемассовая температура анода не превосходила 1200-1300^оС.

Целью изобретения является повышение стойкости анода к тепловым нагрузкам.

Цель достигается тем, что диск анода и слой мишени выполнены в виде монокристалла. Кроме того, использование монокристаллического сплава на основе молибдена, преимущественно легированного ниобием и/или танталом в количестве 1-9% по массе, в котором также может содержаться 0,5-9% по массе рения, обеспечивает повышение уровня жаропрочности анода в области температур 1400-1700^оС и удовлетворительную обрабатываемость при комнатных температурах. Сплавы данного состава относятся к сплавам с твердорастворным типом упрочнения и характеризуются высокой структурной стабильностью во всем температурном интервале существования. Поэтому при выполнении анодного диска из монокристаллического сплава полностью исключены все процессы, связанные с температурной кинетикой развития структуры, характерные для поликристаллических сплавов. Указанные отличия позволяют поднять допустимый уровень среднемассовой температуры диска до 1400-1600^оС.

Кроме того, выполнение диска монокристаллическим таким образом, чтобы его поверхность со стороны слоя мишени совпадала с плотноупакованной кристаллографической гранью {110}, позволяет дополнительно повысить надежность анода и допустимую мощность за счет ориентации кристалла.

Легирование молибдена в указанных выше количествах ниобием, танталом и рением обеспечивает оптимальность теплофизических и структурных свойств. При количествах меньших нижнего уровня существенно снижается жаропрочность, а при количествах больших верхнего уровня снижается теплопроводность.

В совокупности все это позволяет повысить надежность работы анода и повысить мощность рентгеновской трубки, а также увеличить ресурс работы анода.

П р и м е р. Металлический анод выполнен в виде диска из монокристалла молибденового сплава. Диаметр диска около 100 мм, толщина около 5 мм. Поверхность диска со стороны мишени имеет конусность 12^о. Заготовка диска получена методом зонной плавки. Слой мишени выполнен методом высокотемпературного (1600^оС) вакуумного напыления в виде монокристалла вольфрама.

Предварительные тепловые испытания изготовленных анодов проведены в сравнении с анодами известной конструкции и имеющими одинаковую теплоемкость (аноды рентгеновской трубки 2-30БД11-150). Получено, что по рассеиваемой мощности предложенные аноды превосходят известные на 30-40%, что обеспечивает повышение надежности работы анода, а также мощности рентгеновской трубки, содержащей анод заявляемой конструкции.

Формула изобретения

1. ВРАЩАЮЩИЙСЯ АНОД РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ, содержащий основание из молибденового сплава, в состав которого входит по меньшей мере один из элементов, выбранных из группы, включающей ниобий, тантал и рений, и мишень из вольфрама или его сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости анода к тепловым нагрузкам, основание и мишень выполнены в виде связной монокристаллической структуры.

2. Анод по п.1, отличающийся тем, что поверхность связной монокристаллической структуры совпадает с плоскостью кристаллографической формы {110}.