Рентгеновская трубка

Изобретение относится к области рентгеновской техники и предназначено для использования в рентгеновских аппаратах в качестве малогабаритного источника излучения, в частности для возбуждения характеристического излучения атомов веществ для проведении рентгеноструктурного анализа. Рентгеновская трубка состоит из герметичного корпуса, внутри которого коаксиально расположены анод с мишенью, катод в виде кольцевой нити накала, фокусирующий и отражающий электроды. Технический результат: минимизация уровня рассеянного излучения от элементов конструкции, исключение переноса материала катода на поверхность мишени, уменьшение фокусного расстояния, небольшая потребляемая мощность трубки при малых габаритных размерах и достаточной интенсивности излучения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области рентгеновской техники и предназначено для использования в рентгеновских аппаратах. Изобретение может быть использовано в качестве малогабаритного источника излучения для возбуждения характеристического излучения атомов веществ при проведении рентгеноструктурного анализа.

Из уровня техники известна двухэлектродная рентгеновская трубка с торцевым выходом излучения (Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1980 - Кн.1, с.91). Структура трубки представлена на фиг.1. По оси массивного кольцевого медного анода 1, соединенного с баллоном (корпусом) 2, расположен катод 3, представляющий собой вольфрамовую нить накала в виде винтовой спирали. Анод трубки заземлен и имеет водное охлаждение. При подаче напряжения накала на катод эмитированные нитью электроны возбуждают на аноде фокусное пятно в виде кольца. Поток рентгеновского излучения выходит из трубки через тонкое бериллиевое окно 4.

Недостатками трубок описанной конструкции являются: большое фокусное расстояние, что вызывает ослабление интенсивности излучения, подводимого к исследуемым объектам, большая величина фокусного пятна в виде кольца ограничивает применение таких трубок для рентгеноструктурного анализа и вызывает сильный разогрев анода. К недостаткам данной конструкции можно также отнести присутствие явления переноса материала катода на анод в процессе работы трубки, что служит причиной изменения спектра рентгеновского излучения.

Известна также рентгеновская трубка, представленная на фиг.2 (Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1980 - Кн.1, с.91-92). Анод трубки 1 представляет собой тонкий слой металла, нанесенный на окно трубки, расположенное в ее торцевой части. Материалом окна служит тонкая бериллиевая пластина. Окно герметично соединено с корпусом 2. Катод 3 выполнен в виде витой из вольфрамовой нити спирали, расположенной в фокусирующем устройстве 4. Трубка работает следующим образом: между анодом и катодом прикладывается высокое напряжение, на катод подается напряжение накала, с поверхности катода эмитируется поток электронов, который под воздействием электрического поля бомбардирует поверхность анода, в результате чего генерируется рентгеновское излучение, распространяющееся по оси трубки через выходное окно.

Трубки такой конструкции также обладают рядом недостатков, к которым можно отнести: перенос материала катода на прострельный анод и поглощение излучения материалом анода, вследствие чего меняется интенсивность и спектр рентгеновского излучения, также в таких трубках затруднено охлаждение анода. Окно трубки находится под положительным потенциалом и подвержено сильному нагреву вследствие бомбардировки его вторичными электронами, выбитыми из анода. Во избежание растрескивания окна из-за возникающих при нагреве механических напряжений толщина его должна иметь достаточную величину, что приводит к снижению интенсивности возбуждения флуоресценции в длинноволновой области спектра рентгеновского излучения. Данная трубка рассматривается в качестве прототипа.

Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритной рентгеновской трубки, конструкция которой обеспечивает фокусировку электронов на поверхность мишени, минимизацию уровня рассеянного излучения от элементов трубки, исключение переноса материала катода на поверхность мишени.

Поставленная задача решается тем, что конструкция рентгеновской трубки состоит из герметичного корпуса с окном для вывода излучения, внутри которого в среде вакуума расположены отражающий электрод, составляющий часть корпуса, фокусирующий электрод, массивный цилиндрический анод с закрепленной на его торцевой поверхности мишенью, размеры которой превышают размер этой поверхности. Катод выполнен в виде кольцевой нити накала, имеющей как минимум два вывода, и расположен коаксиально с мишенью и фокусирующим электродом, выступающим относительно уровня расположения катода и мишени. Данное расположение электродов обеспечивает фокусировку электронов, испускаемых катодом, на поверхность мишени и экранирует мишень от попадания материала, распыляемого с нити накала. Результатом фокусировки электронного потока также является ограничение площади мишени, подвергаемой бомбардировке и, следовательно, уменьшение нагрева анода. Мишень трубки находится под положительным потенциалом, а корпус заземлен, поэтому выходное окно трубки не подвергается разогреву вследствие бомбардировки его вторичными электронами, что позволяет выполнить его минимальным по толщине и максимально снизить ослабление излучения в длинноволновой области.

Техническим результатом является фокусировка электронов на поверхность мишени, минимизация уровня рассеянного излучения от элементов конструкции трубки, исключение переноса материала катода на поверхность мишени, уменьшение фокусного расстояния, небольшая потребляемая мощность трубки при малых габаритных размерах и интенсивности излучения, достаточной для выполнения рентгеноструктурного анализа с идентификацией широкого ряда химических элементов.

Заявляемая конструкция поясняется графическим материалом, представленным на фиг.3. Конструкция трубки состоит из массивного цилиндрического анода 1, выполненного из материала с большим коэффициентом теплопроводности, на торце анода закреплена мишень 2, выполненная из молибдена, родия, вольфрама или другого требуемого для получения необходимых параметров рентгеновского излучения элемента. Катод 3 выполнен в виде кольцевой нити накала, закрепленной на токовводах 5. Между катодом и анодом закреплен фокусирующий электрод 4. Для вывода излучения в фланец 6, являющийся одновременно отражающим электродом, герметично установлено выходное окно 7. Фланец 6 герметично соединен с корпусом 8. Противоположную часть корпуса составляет ножка 9, в которую вмонтированы изолированные от корпуса токовводы 5, по которым подается напряжение накала на катод трубки. Питание анода осуществляется через высоковольтный токоввод 11, служащий одновременно радиатором для отвода тепла от анода. Анод герметично соединен с корпусом через изолятор 10. В заявляемой трубке катод 4 может быть выполнен в виде кольцевой нити накала с двумя и более выводами, что проиллюстрировано на фиг.4. На этой фигуре позицией 1 обозначен катод, позицией 2 - выводы катода, позицией 3 - дополнительный фокусирующий кольцевой электрод.

Устройство работает следующим образом: между анодом 1 и катодом 3 трубки прикладывается высокое напряжение. На выводы катода подается напряжение накала, в результате чего происходит разогрев катодной нити и с ее поверхности идет эмиссия электронов. Электроны, испускаемые катодом, ускоряются в электрическом поле между катодом и анодом и, фокусируясь оптической системой трубки, состоящей из отражающего электрода 6 и фокусирующего электрода 4, бомбардируют поверхность мишени 2. В результате соударений с атомами материала мишени электроны теряют свою кинетическую энергию, порождая тормозное излучение. Часть электронов возбуждает атомы материала мишени и в результате возврата возбужденных атомов в невозбужденное состояние испускается характеристическое рентгеновское излучение. Генерируемое излучение распространяется по оси трубки через выходное окно 7.

Настоящее изобретение применимо к широкому спектру рентгеновских устройств в качестве источника рентгеновского излучения. Вследствие малого фокусного расстояния, небольших размеров точечного фокуса и возможности получения рентгеновского излучения достаточной интенсивности как в коротковолновой, так и в длинноволновой областях спектра изобретение может быть использовано в рентгенофлуоресцентных измерительных установках для проведения многоэлементного анализа металлов и сплавов, а также идентификации в исследуемых веществах обширного ряда химических элементов.

1. Рентгеновская трубка, состоящая из герметичного корпуса с окном для вывода рентгеновского излучения, внутри которого в среде вакуума расположены цилиндрический анод с закрепленной на его торцевой поверхности мишенью и прямонакальный катод, отличающаяся тем, что в области катода расположены отражающий и фокусирующий электроды, катод выполнен в виде кольцевой нити накала, имеющей как минимум два вывода, расположенный коаксиально с мишенью и фокусирующим электродом, выступающим относительно катода и мишени, при этом размер мишени превышает размер торцевой части анода, анод выполнен за одно целое из собственно анода и токоввода.

2. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод имеет два вывода, в области катода расположен дополнительный фокусирующий кольцевой электрод.

3. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод имеет три вывода.

4. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что катод имеет три вывода, в области катода расположен дополнительный фокусирующий кольцевой электрод.