Рентгеновский излучатель

 

Изобретение относится к области рентгенотехники. Излучатель содержит рентгеновский источник с электронной пушкой, анодом-мишенью и зоной вывода рентгеновского излучения, соединенный с источником питания. Излучатель снабжен коаксиальным резонатором, в полости у свободного торца внутреннего проводника резонатора размещена электронная пушка, напротив нее соосно к крышке резонатора снаружи подсоединена через отверстие в резонаторе пролетная труба с зоной вывода рентгеновского излучения, в торце этой трубы установлен анод-мишень. Резонатор и труба вакуумированы, а в качестве источника питания к резонатору подключен сверхвысокочастотный генератор через отверстие в крышке резонатора у основания внутреннего проводника и через диэлектрическое окно. В вариантах исполнения источник питания выполняется отсоединяемым, в качестве его используется магнетрон, коаксиально пролетной трубе может быть размещена магнитная система, часть пролетной трубы, включая ее торец, выполнена из наиболее прозрачного для рентгеновского излучения материала. Техническим результатом является повышение устойчивости к пробоям, надежности, долговечности и компактности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области рентгеновской техники, в частности к рентгеновским излучателям, используемым в медицине, просмотровых таможенных комплексах, в охранных устройствах (секьюрити и т.д.) Известен рентгеновский излучатель в составе рентгеновского аппарата "Baltospot" GFD-306 [1] , в кожух которого помещается традиционная рентгеновская трубка и некоторые элементы схемы питания. Внешняя изоляция рентгеновской трубки обеспечивается заполнением кожуха элегазом. Электрическая прочность рентгеновской лампы зависит от внутриламповой атмосферы, состояния электродов и внешней изоляции. При эксплуатации таких излучателей нередки случаи утечки элегаза и тем самым пропадания внешней изоляции. В этом случае, как и после замены отказавшей рентгеновской трубки, перед новым заполнением кожуха требуется длительное его просушивание с использованием вакуумной откачки и нагрева. Громоздкими являются источники питания излучателя (как и элементы схемы питания, входящие в состав самого излучателя).

За прототип можно принять другой тип рентгеновского излучателя [2], использующий также традиционную рентгеновскую трубку. Такой излучатель состоит из бачка, обложенного изнутри свинцом, вмонтированной рентгеновской трубки с механизмом вращения анода, имеет ввод высоковольтного кабеля.

Внешняя изоляция рентгеновской трубки обеспечивается тем, что бачок заполняется трансформаторным маслом, которое перед этим вакуумируется. Для вывода рентгеновского излучения бачок имеет стеклянное "окно". Рентгеновская трубка имеет электронную пушку, анод-мишень и "окно" (стеклянный баллон) для вывода рентгеновского излучения. Бачок с его содержимым имеет значительную массу, его источники питания громоздки. При замене рентгеновской трубки трансформаторное масло надо сливать, затем снова наливать, предварительно вакуумируя. Устойчивость излучателя к пробоям ограничена и достигается путем применения громоздких средств внешней изоляции. Надежность и долговечность излучателя также ограничены.

Предлагаемый рентгеновский излучатель принципиально нового типа не требует внешней изоляции, что упрощает проблему электрической прочности как самого излучателя, так и схемы его питания, которая становится существенно менее высоковольтной и громоздкой. Излучатель имеет повышенную устойчивость к пробоям, увеличенные надежность и долговечность, более компактен.

Предложен рентгеновский излучатель, содержащий рентгеновский источник с электронной пушкой, анодом-мишенью и зоной вывода рентгеновского излучения, соединенный с источником питания, отличающийся тем, что излучатель снабжен коаксиальным резонатором, в полости у свободного торца внутреннего проводника резонатора вдоль его оси размещена электронная пушка, напротив нее соосно к крышке резонатора снаружи подсоединена через отверстие в резонаторе пролетная труба с зоной вывода рентгеновского излучения, в торце этой трубы установлен анод-мишень, причем резонатор и труба вакуумированы, а в качестве источника питания к резонатору подключен сверхвысокочастотный генератор через отверстие в крышке резонатора у основания внутреннего проводника и через диэлектрическое окно.

В вариантах исполнения: - источник питания выполнен отсоединяемым от резонатора с возможностью регулирования связи с ним для изменения уровня вводимой в резонатор СВЧ-мощности; - в качестве источника питания использован магнетрон; - коаксиально пролетной трубе размещена магнитная система; - часть пролетной трубы, включая ее торец, выполнена из наиболее прозрачного для рентгеновского излучения материала.

При использовании для ускорения электронов СВЧ-напряжения электрическая прочность зазора многократно возрастает по сравнению с подачей на этот зазор постоянного или импульсного напряжения от высоковольтного источника. При низком напряжении питания СВЧ-генератора проблем с электрической прочностью системы питания также не возникает. Отсутствие высоковольтного изолятора у резонатора полностью снимает для резонатора проблему электрической прочности (внешней изоляции). У традиционных рентгеновских излучателей изолятор традиционной рентгеновской трубки в значительной мере снижает электрическую прочность трубки (напыления, утечки, разрушения стекла при пробоях) и излучателя в целом.

Из перечисленного ясно, что ожидаемые долговечность и надежность предлагаемого излучателя будут значительно выше, чем у традиционных излучателей.

При отсоединяемом от резонатора СВЧ-источнике с помощью петли связи можно осуществлять регулирование уровня вводимой в резонатор СВЧ-мощности и тем самым уровня ускоряющего напряжения в зазоре резонатора и энергии рентгеновского излучения. При этом режим СВЧ-источника можно сохранять практически неизменным. В случае маловероятного выхода из строя СВЧ-источника его замена крайне проста (без проблем с трансформаторным маслом или элегазом). Выход из строя элементов резонатора (электронная пушка, анод-мишень) еще менее вероятен. Но и в таком случае есть выигрыш: сохраняется СВЧ-источник.

Использование в качестве источника питания магнетрона в ряде случаев предпочтительно благодаря его высокому КПД, долговечности, простой конструкции и невысокой стоимости.

Для получения острофокусного рентгеновского излучения может понадобиться магнитная система, располагаемая коаксиально пролетной трубе.

Для выхода рентгеновского излучения от мишени на отражение или для вывода направленного ортогонального оси резонатора рентгеновского излучения часть пролетной трубы, примыкающая к аноду-мишени, выполнена из наиболее прозрачного для рентгеновского излучения материала (бериллий, алюминий).

Для прострельной мишени и торец пролетной трубы выполнен из этих же материалов, а мишень (из вольфрама) напылена тонким слоем на внутреннюю сторону торца.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена конструктивная схема предложенного рентгеновского излучателя. В конструкцию излучателя входят следующие элементы: 1 - резонатор, 2 - внешний проводник резонатора, 3 - внутренний проводник резонатора, 4 - крышка резонатора у основания пролетной трубы,
5 - крышка резонатора у основания внутреннего проводника,
6 - электронная пушка,
7 - пролетная труба,
8 - анод-мишень,
9 - часть пролетной трубы, примыкающая к аноду-мишени ("окно" для вывода рентгеновского излучения),
10 - сверхвысокочастотный генератор (СВЧ-генератор),
11 - отверстие в крышке резонатора у основания внутреннего проводника (для ввода в резонатор СВЧ-мощности),
12 - устройство поддержания высокого вакуума в резонаторе,
13 - диэлектрическое вакуумное окно для ввода в резонатор СВЧ-мощности,
14 - петля связи СВЧ-генератора с резонатором,
15 - магнитная система.

Порядок работы излучателя следующий.

От СВЧ-генератора 10, через отверстие 11 в крышке 5 резонатора у основания внутреннего проводника с помощью петли 14 и через диэлектрическое вакуумное окно 13 в резонатор 1, образованный деталями 2, 3, 4, 5, подается СВЧ-мощность. На зазоре резонатора, образованном свободным торцем внутреннего проводника 3 и крышкой 4 резонатора, при этом появляется напряжение сверхвысокочастотных колебаний.

При включении электронной пушки 6 из нее выходит электронный поток, ускоряющийся в упомянутом зазоре резонатора и пролетающий в пролетной трубе 7 до анода-мишени 8. При бомбардировке мишени электронным потоком в ней происходит преобразование энергии этого потока в энергию рентгеновского излучения. В зависимости от назначения излучателя рентгеновское излучение выводится в направлении, обратном направлению движения электронного потока под углом к оси резонатора панорамно через часть 9 пролетной трубы, примыкающей к аноду-мишени (отражающая мишень), или через эту же часть 9 пролетной трубы направленно, ортогонально оси резонатора. В случае прострельной мишени рентгеновское излучение выводится через торец части 9 пролетной трубы.

Меняя размер петли 14, ее погружение в резонатор или поворачивая петлю, можно регулировать уровень подаваемой в резонатор 1 СВЧ-мощности без изменения режима СВЧ-генератора 10. Эта регулировка позволяет менять уровень СВЧ-напряжения на зазоре резонатора, энергию ускоренных электронов и тем самым уровень рентгеновского излучения, что необходимо при переходе от одного к другому режимам работы излучателя. Устройство 12 обеспечивает поддержание в резонаторе 1 высокого вакуума. Магнитная система 15 обеспечивает получение острофокусного рентгеновского излучения. Благодаря тому что анод-мишень отдалена с помощью пролетной трубы 7 от крышки 4 резонатора 1, возникла возможность удобно разместить съемные системы воздушного или жидкостного охлаждения анода-мишени (не показаны).

Рынок рентгеновских аппаратов, рентгеновские излучатели и источники питания которых могут быть заменены предлагаемыми в заявке, обширен.

В России просмотровых комплексов в аэропортах (и в других случаях) не хватает не менее 500 единиц. И столько же, примерно, находится в эксплуатации и может требовать замены.

Растет число покупок для офисов предпринимателей рентгеновских комплексов, позволяющих до вскрытия почтовых пакетов производить их проверку на отсутствие в них взрывчатых веществ.

Предлагаемый рентгеновский излучатель и ряд на его основе могут закрыть значительную часть потребности в излучателях, более дешевых, надежных, долговечных с легко заменяемыми частями или легко ремонтируемых. Это существенно удешевит и их эксплуатацию, высвободит средства для расширения новых закупок.

Здесь не рассмотрены возможности экспортных поставок, а приведенные примеры касаются только небольшой части типов рентгеновских аппаратов, комплексов и областей их применения.

Создание и производство ряда рентгеновских излучателей нового типа существенно повысит долю гражданской продукции среди приборов и устройств СВЧ-техники.

Источники информации
1. Каталог фирмы "Balteau" (Бельгия), 1997 г.

2. Рентгенотехника (справочник), книга 1, М., Машиностроение, 1992 г., с.136, рис. 36а.

Формула изобретения

1. Рентгеновский излучатель, содержащий рентгеновский источник с электронной пушкой, анодом-мишенью и зоной вывода рентгеновского излучения, соединенный с источником питания, отличающийся тем, что излучатель снабжен коаксиальным резонатором, в полости у свободного торца внутреннего проводника резонатора вдоль его оси размещена электронная пушка, напротив ее катода соосно к крышке резонатора снаружи подсоединена через отверстие в резонаторе пролетная труба с зоной вывода рентгеновского излучения, в торце этой трубы установлен анод-мишень, причем резонатор и труба вакуумированы, а в качестве источника питания к резонатору подключен сверхвысокочастотный генератор через отверстие в крышке резонатора у основания внутреннего проводника и через диэлектрическое окно.

2. Рентгеновский излучатель по п.1, в котором источник питания выполнен отсоединяемым от резонатора с возможностью регулирования связи с ним для изменения уровня вводимой в резонатор СВЧ-мощности.

3. Рентгеновский излучатель по любому из пп.1 и 2, в котором в качестве источника питания использован магнетрон.

4. Рентгеновский излучатель по любому из пп.1-3, в котором коаксиально пролетной трубе размещена магнитная система.

5. Рентгеновский излучатель по любому из пп.1-4, в котором часть пролетной трубы, включая ее торец, выполнена из наиболее прозрачного для рентгеновского излучения материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1