Вращающийся анод рентгеновской трубки

 

Использование: в рентгенотехнике, а более конкретно, для вращающихся анодов рентгеновских трубок большой мощности, применяемых в медицинской диагностике. Сущность изобретения: для увеличения срока службы и повышения надежности вращающегося анода высокомощной рентгеновской трубки за счет обеспечения равномерности нагрева графитовой подложки и снижения в ней уровня растягивающих напряжений в центре подложки выполнено углубление гиперболической формы, глубина которого составляет 0,3-0,7 толщины подложки, а диаметр - 0,2 - 0,5 диаметра подложки. 1 ил.

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к вращающимся анодам рентгеновских трубок большой мощности, применяемых в медицинской диагностике.

Как правило, в таких трубках используются вращающиеся аноды, содержащие подложку из материала с высокой теплопроводностью и однослойную или многослойную мишень из тугоплавкого материала. В качестве материала подложки наиболее частот используют графит, а в качестве материала мишени вольфрам или его сплав.

Известен вращающийся анод рентгеновской трубки, содержащий графитовую подложку с нанесенной на ее поверхность мишенью из тугоплавкого материала. Для улучшения условий теплоотвода и уменьшения внутренних напряжений в графитовой подложке выполнены две концентрические кольцевые канавки, пересекающие слой из тугоплавкого материала (см. пат Великобритании N 1494444, заявл. 20.01.75, опубл. 07.12.77, МКИ H 01 J 35/10, НКИ HID).

Недостатком такого анода является то, что при достаточно больших мощностях (до 100 кВт) в результате неравномерности нагрева в центральной части графитовой подложки возникают растягивающие напряжения, превышающие предел прочности графита, которые могут приводить в разрушению подложки.

Известен вращающийся анод рентгеновской трубки, содержащий графитовую подложку и мишень из тугоплавкого материала или сплава, при этом в графитовой подложке выполнены углубления в виде распределенной по ее поверхности системы глухих отверстий, заполненных материалом мишени (см. авт. свид. СССР N 1123068, заявл. 11.03.83, опубл. 07.11.84, МКИ H 01 J 35/10).

Однако данная конструкция анода достаточно сложна в изготовлении и ей присущ тот же недостаток, что и для предыдущего технического решения; высокий уровень растягивающих напряжений в центральной части подложки, возникающий из-за неравномерности ее нагрева, что в конечном итоге отрицательно сказывается на сроке службы анода и его надежности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности прототипом, является вращающийся анод рентгеновской трубки, содержащий графитовую подложку и мишень из слоя вольфрама или композиционного слоя, состоящего из слоя вольфрама и слоя молибдена, причем для уменьшения термических напряжений в аноде выполнены радиальные прорези шириной 0,5-3 мм (см. пат. США N 4531227, заявл. 23.09.82, опубл. 23.07.85, МКИ H 01 J 35/10, НКИ 378-144).

Однако известная конструкция все же не позволяет в достаточной мере избавиться от напряжений, возникающих из-за неравномерности нагрева подложки. Кроме того, при такой конструкции происходит потеря мощности рентгеновской трубки пропорционально площадки прорезей в аноде, а также данная конструкция сложна в технологическом исполнении.

Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы и повышение надежности вращающегося анода высокомощной рентгеновской трубки за счет обеспечения равномерности нагрева подложки и снижения в ней уровня растягивающих напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что во вращающемся аноде рентгеновской трубки, включающем графитовую подложку с тугоплавким покрытием, в центре подложки выполнено углубление гиперболической формы, глубина которого составляет 0,3-0,7 толщины подложки, а диаметр 0,2-0,5 диаметра подложки.

Предлагаемое техническое решение отличается от известного геометрией графитовой подложки.

Как уже упоминалось, в результате неравномерности нагрева, в центральной части графитовой подложки возникают растягивающие напряжения, которые могут приводить к ее разрушению. Выполнение углубления гиперболической формы в центральной части анода обеспечивает более равномерный нагрев подложки, кроме того, такая форма углубления позволяет снижать термические напряжения в центральной части подложки.

Расчетно-экспериментальные оценки, полученные при изготовлении графитовой подложки с углублением в центральной части показали, что углубление необходимо выполнять глубиной 0,3-0,7 от толщины подложки и диаметром 0,2-0,5 от диаметра подложки.

Выход за нижние границы указанных диапазонов не позволяет существенно снизить уровень растягивающих напряжений, а выход за верхние пределы указанных значений в первом случае отрицательно сказывается на механической прочности конструкции, а во втором ухудшает теплоотвод с рабочей поверхности анода.

На чертеже показан предлагаемый вращающийся анод рентгеновской трубки. Он содержит графитовую подложку 1, на которую нанесен слой 2 из тугоплавкого материала (например, вольфрама). В центральной части графитовой подложки выполнено углубление гиперболической формы 3 и центральное отверстие 4 для вала ротора.

Анод изготавливают следующим образом.

В графитовой подложке 1, диаметр которой составляет 120 мм, толщина центральной части 46 мм, а угол конусности рабочей поверхности -12, механическим образом выполняют углубление 3 диаметром 60 мм и глубиной 27,5 мм. При этом диаметр центрального отверстия 4 для вала ротора составляет 10 мм. После чего на рабочую поверхность анода наносят (например, из парогазовой фазы) слой вольфрамового покрытия 2 толщиной 1,5 мм. Как показали расчетно-экспериментальные исследования, в процессе эксплуатации анода импульсными потоками тепла интенсивностью 90 кВт, действующими 3 мс с периодом 10 мс в течение 6 с, время перерыва между сериями 12 с, конструкция сохраняла работоспособность в течение 250 с. При этом уровень растягивающих напряжений в центральной части графитовой подложки не превосходил 131 МПа. В то время как при работе анода стандартного исполнения (подложка без углублений с нанесенным слоем вольфрама) растягивающие напряжения в графите достигали 270 МПа, что приводило к возникновению трещин в центральной части подложки.

Предлагаемая конструкция достаточно проста в технологическом исполнении и обеспечивает в сравнении с прототипом повышенную эксплуатационную надежность и работоспособность. Достигаемое при этом более чем 2-х кратное снижение рабочих напряжений позволяет использовать анод в томографах повышенной мощности (100 кВт и выше).

Формула изобретения

Вращающийся анод рентгеновской трубки, включающий графитовую подложку с тугоплавким покрытием, отличающийся тем, что в центре подложки выполнено углубление гиперболической формы, глубина которого составляет 0,3 0,7 толщины подложки, а диаметр 0,2 0,5 диаметра подложки.

РИСУНКИ

Рисунок 1