Микроминиатюрный рентгеновский излучатель

Изобретение относится к миниатюрным рентгеновским излучателям и может быть использовано для создания компактных устройств местного воздействия - в медицине, технике, быту. Излучатель имеет вакуумный баллон в виде цилиндрической трубки с окном-отверстием диаметром d0 (мм) и расположенным на нем анодом-мишенью прострельного типа, внутри трубки: автоэмиссионный катод и газопоглотитель - микроканальный элемент (МКЭ), кожух вне трубки с окном против окна трубки. Трубка имеет диаметр (1-2)d0 и длину (4-8)d0. Анод-мишень выполнен из алюминиевой фольги толщиной h ~0.02d0, присоединенной вакуумно-плотно к торцу втулки, посаженной вакуумно-плотно на торец трубки. Катод выполнен в виде конца провода диаметром dK~(d0/30-d0/50), выступающего из диэлектрического держателя не более чем на (2-3)dK, покрытого наночастицами InSb и расположенного непосредственно против центра анода-окна на расстоянии от него ~0.5d0. Между окном трубки и окном кожуха имеется плоскопараллельный зазор шириной z (мм), продуваемый для охлаждения анода потоком воздуха через два патрубка; скорость продува воздуха в патрубках (150-200)doz/d/п2 [м/с], где dn - диаметр патрубка. Отношение отводимой (рассеиваемой) мощности к температуре перегрева анода Р/ΔТ~0/1doz [Вт/К]. Техническим результатом является экстремальное уменьшение размеров, обеспечивающее возможность использования излучателя для эндоскопических внутриполостных и внутриобъектовых применений. 1 ил.

 

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности, к миниатюрным рентгеновским излучателям, и может быть использовано для создания компактных устройств местного воздействия - в медицине, технике, быту. Главная цель предлагаемого решения уменьшить габариты рентгеновского излучателя так, чтобы он подходил для внутриполостных обработок в медицине и внутриобъектовых - в технике.

Рентгеновский излучатель, по определению МЭК (Международная электротехническая комиссия - International Electrotechnical Commission, IEC) -совокупность рентгеновской трубки и защитного кожуха [ГОСТ 25272 82]. «Рентгеновская трубка» - общепринятый устоявшийся термин, которым обычно определяют любой вариант искусственных источников рентгеновского излучения. Развитие техники и расширение применений приводят к новым решениям, учитывающим главную современную тенденцию - миниатюризацию аппаратуры и микроминиатюризацию ее составных частей и элементов.

Малые и сверхмалые размеры микроминиатюрных излучателей значительно обостряют их главные фундаментальные проблемы - межэлектродные пробойные явления и необходимость эффективного отвода тепла. В этой связи, представляется наиболее подходящим вариант исполнения в виде удлиненной узкой трубки с боковым окном, совмещенным с прострельной мишенью-анодом. В этом варианте можно иметь максимально возможное расстояние между внешними электродами высокого напряжения и отводить тепло продувом газом вдоль трубки непосредственно от окна - мишени - анода. При этом для улучшения теплоотвода желательно иметь максимально большой размер мишени-анода.

Другой важной проблемой является эффективное поддержание вакуума в трубке, когда требуется в сверхмалом объеме иметь большую площадь сорбции газа. Эта задача решается использованием микроканального элемента (МКЭ), имеющего в одном кубическом сантиметре своего объема до 1000 см2 поверхности микроканалов.

Особенностью микроминиатюрной рентгеновской трубки является и то, что анод и катод должны быть расположены максимально близко, не допуская использование объемных элементов управления электронным потоком (пушка, сетка и др.). В этом случае оптимальным является применение автоэмиссионного катода точечного типа (острийный катод).

Аналоги и прототип.

Известны варианты конструкций миниатюрных рентгеновских излучателей, в той или иной мере отвечающих вышеуказанным требованиям, например: рентгеновская трубка с автокатодом (патент RU 2248643); рентгеновская трубка с взрывоэмиссионным катодом (патент RU 2308781); острофокусная двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка (патент RU 2479883); импульсная рентгеновская трубка с острофокусным анодом (патенты RU 2521433, 2521436, 2524351); рентгеновская трубка с кольцевым катодом и острофокусным анодом (патенты RU 2479883); рентгеновская трубка с анодом в виде стержня и кольцевым катодным узлом (патент RU 2328790); рентгеновская трубка с микроканальной пластиной в качестве источника электронов (патент RU 2507627); миниатюрный рентгеновский излучатель (патент RU 2563879); микроминиатюрный рентгеновский излучатель (патент RU 2640404).

Известна миниатюрная (диаметр 12 мм, длина 24 мм) импульсная рентгеновская трубка [1] (аналог), содержащая металлический корпус с прострельной мишенью (анодом) и окном для вывода рентгеновского излучения, термоэмиссионный катод и внутренний изолирующий элемент, отличающаяся тем, что мишень (анод) отделена от окна и крепится во внутренней полости трубки с помощью двух цилиндрических колец, соединенных с корпусом оригинальным образом. Недостатками варианта являются большие потери энергии электронного потока (на тепло) и рентгеновского излучения из-за того, что анод отделен от окна и крепится во внутренней вакуумной полости трубки; потери и тепловые помехи за счет применения термоэмиссионного катода; низкий срок службы из-за плохого теплоотвода с анода и неэффективной работы газопоглотителя. Окно рентгеновской трубки выполнено из материала, обладающего свойствами газопоглотителя (титана). Однако в результате того, что окно отделено от мишени материалом с низкой теплопроводностью, температура окна недостаточна для обеспечения эффективного газопоглощения в процессе работы прибора.

Известен миниатюрный рентгеновский излучатель [2] (аналог), содержащий вакуум-герметичный корпус с окном для вывода рентгеновского излучения; прострельную мишень-анод; автокатод; мишень, анод и крышка-окно выполнены в единой конструкции, в которой мишень и анод совмещены и выполнены в виде пленки переменной структуры; газопоглотитель и катод выполнены в единой конструкции на крышке - газопоглотитель выполнен как электропроводящее микропленочное покрытие под катодом; катод выполнен в виде порошкового покрытия автоэмиссионного материала газопоглотителя. Преимущества варианта заключается в использовании порошкового автоэмиттера, совмещенного с газопоглотителем в виде проводящей пленки; совмещения мишени, анода и окна; использования микроканальной пластины (МКП) в качестве управляющего электрода и газопоглотителя. Недостатками являются: отсутствие теплоотвода от анода; совмещение газопоглотителя и автокатода в единой структуре технологически трудно выполнимо; использование МКП в качестве управляющего электрода ограничивает диапазон величин тока.

Известен микроминиатюрный рентгеновский излучатель [3] (прототип), выполненный как стеклянный цилиндрический баллон, в окно стенки которого вклеен микроканальный элемент (МКЭ), к которому с внешней стороны герметично приклеена фольга легкого материала (окно); МКЭ играет роль держателя окна и газопоглотителя; внутри баллона мишень-анод выполнена в виде подвешенной возле торца МКЭ мини-пластинки из тугоплавкого материала; катод выполнен как автоэмиссионный чип с пленочной микроструктурой; управляющий электронным потоком электрод выполнен в виде мелкоструктурной сетки, расположенной в непосредственной близости от катода. Главный недостаток варианта заключается в отсутствии теплоотвода от анода, что снижает эффективность отвода тепла, электрическую мощность анода и мощность рентгеновского излучения.

Описание конструкции и работы излучателя.

Рентгеновские излучатели состоят из вакуумного баллона, имеющего окно для вывода излучения, термоэмиссионного или автоэлектронного катода, электродной структуры управления потоком электронов из катода (пушка); анода для торможения электронов и создания рентгеновского излучения; элемента поддержания вакуума в баллоне (газопоглотитель); радиатора для отвода тепла; защитного кожуха.

Микроминиатюрные варианты требуют технических решений практически для всех перечисленных элементов. Для них особенно острой является основная проблема любых рентгеновских трубок - повышение мощности излучения и эффективный отвод тепла от анода.

Спецификой конструкции микроминиатюрного рентгеновского излучателя является отсутствие в них пушки и радиатора как структурного элемента. В случае, когда катод является точечным и расположен максимально близко к аноду, роль пушки практически сводится к нулю. Роль радиатора исполняет анод-фольга, стенка корпуса трубки и охлаждающий проточный газ (охладитель).

Задачей изобретения является достижение экстремально малых размеров излучателя при максимально возможных параметрах рентгеновского излучения. Задача решается за счет использования автоэмиссионного острийного катода, МКЭ-газопоглотителя, имеющего максимально большую площадь сорбционной поверхности в минимальном объеме, минимально возможного расстояния между катодом и прострельным анодом, совмещения анода, являющегося прострельной мишенью, и окна. Задача эффективного теплоотвода от анода-мишения решается путем использования продува газа через узкий зазор.

Рисунок, в разрезе - фиг. 1: а - вид спереди; в - вид сверху, с - вид разреза в плоскости А-А.

1 - окно кожуха;

2 - окно-анод с подпоркой (поддерживающей пластинкой);

3 - втулка;

4 - катод;

5 - держатель катода;

6 - МКЭ-газопоглотитель;

7 - корпус-трубка;

8 - перегородки;

9 - корпус кожуха;

10 - вывод анода;

11 - вывод катода;

12 - компаунд;

13 - трубка-патрубок поддува газа-охладителя;

14 - трубка-патрубок выхода газа;

15 - структура присоединения держателя катода и МКЭ;

16, 17, 18, 19 - структуры присоединения перегородок.

Прибор работает следующим образом.

При подаче высокого напряжения между анодом 2 и катодом 4 по выводам 10 и 11 происходит эмиссия электронов из катода, их пролет к аноду и торможение на материале анода, что приводит к рентгеновскому излучению, которое выводится через анод, являющийся одновременно окном, и окно кожуха 1. Анод-окно 2 вакуумноплотно присоединен к втулке 3, которая, в свою очередь, вакуумноплотно присоединена к корпусу-трубке 7. Катод присоединен к держателю 5, который присоединен к стенке корпуса - трубки 7 структурой присоединения 15. Вакуум в трубке поддерживается МКЭ - газопоглотителем 6, присоединенным к стенке корпуса - трубки 7 структурой присоединения 15. Пространство между концентрически расположенными корпусом-трубкой 7 и корпусом кожуха 9 разделено вдоль образующих цилиндров двумя перегородками 8, присоединенными структурами присоединения 16, 17, 18, 19. Поддув охлаждающего газа происходит через патрубок 13, а его отток - через патрубок 14. Зона нахождения патрубков и часть пустого пространства между корпусами залита компаундом 12.

Обоснование выбора элементов конструкции.

Трубка. Катод.

Исходя из цели достижения наименьших размеров излучателя (микроминиатюрного исполнения), задается его структура: трубка длиной L и диаметром d, с окном диаметра dо; к окну присоединена мишень-анод толщиной h; против анода-окна на расстоянии а внутри трубки расположено острие катода. Трубка со всеми элементами помещена в другую трубку (кожух) диаметра D.

Первым определяющим в этой структуре параметром является расстояние между анодом и катодом. Оно задается с учетом его эмиссионной способности, зависящей от материала и формы [4]. Величины поля для автоэмиссии в случаях эмиттера - металла должны быть порядка 107 В/мм. При использовании в качестве материала эмиттера наночастиц узкозонных полупроводников А3В5, из которых наиболее эффективным является антимонид индия InSb, необходимые для эмиссии величины поля могут быть снижены на порядок [5]. Примем за исходное значения поля эмиссии 106 В/мм. Для повышения эффекта автоэмиссии используют влияние форм-фактора k усиления поля на катоде, примерно равного отношению площади анода к площади острия катода. В качестве катода выберем проволоку диаметром dк. Тогда: k=(dо/dк)2. В нашем случае мы можем подобрать проволоку нужного диаметра под выбранную величину dо. Реально, можно принять k~(100-1000). Тогда реальное поле на катоде может быть - (103-104) В/мм. Из расчета требуемых величин анодного напряжения, более 10 кВ, получится расстояние между анодом и катодом ~1 мм или - ~do. Решение уравнения Пуассона для распределения поля на площадке анода от точечного электрода-катода приводит к результату: диаметр области распределения на аноде примерно равен двум расстояниям от катода. По обеим этим причинам примем расстояние между анодом и катодом - ~0.5do. Из технологических соображений целесообразно принять: d~(1-2)do.

Итак, задав размер окна-анода как do, получаем основные геометрические размеры: диаметр трубки - d~(1-2)do, расстояние между анодом и катодом - 0.5do. Катод выполняется в виде конца провода диаметром dк~(do/30-do/50), выступающего из диэлектрического держателя не более чем на dк, и расположенного непосредственно против центра анода на расстоянии от него 0.5d0, с нанесенными на него наночастицами антимонида индия InSb.

Окно-анод. Подпорка анода.

Обычно в рентгеновских трубках в качестве материала окна используют самый легкий металл - бериллий. Однако, из-за ограниченной теплопроводности бериллия, во избежание разрушения окна возникающими при нагреве анода механическими напряжениями, окно должно иметь сравнительно большую толщину, что приводит к снижению интенсивности рентгеновского излучения в длинноволновой области спектра. Теплофизические расчеты, проведенные в работе [6], показывают, что для повышения электрической мощности трубки с прострельным анодом в качестве материала выходного окна вместо бериллия целесообразно использовать алюминий или углерод (в форме стеклоуглерода или поликристаллического искусственного алмаза) ввиду их высокой теплопроводности.

Из соображений технологической простоты выберем алюминий. В целях минимизации потерь излучения толщина алюминиевой фольги выбирается минимальной, но с учетом обеспечения длительного сохранения вакуума в приборе. Расчет по данным [Справочник химика 21. www, ngpedia.ru/pic/042DQoH2C7K1k5a5K0x80012113777.gif] для диффузии азота (основного компонента воздуха) через алюминиевую мембрану толщиной 40-50 мкм приводит к величине времени начала ухудшения вакуума (104-105) часов, что приемлемо для реальных условий применений. Уменьшение толщины мембраны в 2 раза приводит к уменьшению времени натекания в 4 раза.

Для определения оптимального размера окна была использована программа расчета напряжений в мембране с закрепленными по контуру краями [7]. Исходные данные для расчета:

Материал фольги - Al, толщина h=50 мкм;

Предел текучести (прочности) σ=100 Н/мм2;

Модуль упругости Е=66000 Н/мм2;

Коэффициент Пуассона μ=0.34;

Распределенная равномерная нагрузка, соответствующая нормальному атмосферному давлению q=0.1 Н/мм2.

Результаты расчета показывают, что при размере отверстий 2 мм максимальные напряжения растяжения в алюминиевой фольге составляют 38 Н/мм2, т.е. имеется 2-3 кратный запас прочности (относительно предела текучести). При диаметре окна более 2 мм необходимо либо увеличивать толщину алюминия, либо создавать подпорку в виде сетки из более прочного материала.

Разрушающее действие напряжения растяжения примерно пропорционально d0, из чего можно положить, что h [мкм]~25d0 [мм].

Подпорка анода.

При диаметре отверстия окна более 2 мм целесообразно алюминиевую фольгу присоединить к подпорке - поддерживающей пластинке - в виде сетки, сделанной в более толстой пластинке-фольге относительно прочного материала, стыкованного по коэффициенту термического расширения (КТР) с материалом корпуса.

Расчет толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки (подпорки), проведен по методической программе [7] с учетом снижения прочности пластины из-за наличия отверстий. Минимальное значение коэффициента снижения прочности вычислялось согласно рекомендациям [8] для плоских днищ и крышек, имеющих несколько отверстий, по формуле:

Основные данные для расчета:

Материал пластинки (фольги) - ковар, толщина 0,4 мм;

Предел текучести (прочности) σ=500 Н/мм2;

Модуль упругости Е=140000 Н/мм2;

Коэффициент Пуассона μ=0.3;

Распределенная равномерная нагрузка, соответствующая нормальному атмосферному давлению q=0.1 Н/мм2.

Результаты расчета показывают, что при диаметре окна 20 мм максимальные напряжения составляют ~50 Н/мм2, что при учете коэффициента ослабления 0,4 дает почти трехкратный запас прочности.

Таким образом, соотношение диаметра окна в области отверстия в корпусе и толщины перемычек сетки поддерживающей пластинки (подпорки) должно быть не более 50:1.

Газопоглотитель. МКЭ.

Для поддержания вакуума в электронных лампах в течение срока службы используют геттер (газопоглотитель) [9].

В рентгеновских трубках, как правило, применяется нераспыляемый многоразовый «пассивный», или «холодный», геттер, который состоит из вещества на подложке, активно поглощающего при рабочей температуре (как правило, 250÷400°С) остаточные газы. Распыляемые геттеры в производстве рентгеновских трубок не применяются из-за опасения появления поверхностной проводимости внутри стеклянной оболочки трубки.

В качестве активного вещества нераспыляемых геттеров применяют, как правило, порошки сплавов на основе титана, циркония и некоторых других химически активных металлов. Температура активации нераспыляемого геттера приблизительно в 2÷3 раза выше рабочей температуры и на 12÷15% ниже температуры регенерации.

Улучшение вакуума после откачки и отпайки достигается путем тренировки. Тренировка трубок начинается проверкой вакуума относительно невысоким анодным напряжением при выключенном накале катода. Затем включают накал катода и устанавливают анодный ток равным 3-5 мА, в зависимости от типа трубки, Напряжение, приложенное к трубке, постепенно (через 3-5 кВ) поднимают до нужного значения. При возникновении внутренних разрядов трубку выдерживают при анодном напряжении или немного меньшем, до их исчезновения. После этого напряжение снова повышают до нового появления разрядов, и процесс тренировки повторяют до тех пор, пока анодное напряжение, при котором трубка работает стабильно, не достигает максимального значения, требуемого по паспорту трубки. Эту длительную и достаточно трудоемкую процедуру необходимо также проводить каждый раз после длительного бездействия трубки, чтобы устранить натекшие в объем и выделившиеся из стекла газы.

Общим недостатком применений нераспыляемого геттера, таким образом, является необходимость поддерживать рабочую температуру геттера, что приводит к усложнению конструкции трубки и ухудшению ее характеристик. Кроме того, при длительном перерыве в работе трубки геттеры этого типа не работают, вследствие чего возможно нарушение вакуумных условий при первом включении после длительного бездействия.

Для решения этой проблемы предлагается ввести в конструкцию трубки специальный геттерный элемент с развитой поверхностью, на которую производится напыление пленки распыляемого геттера. Данный элемент конструкции может быть выполнен в виде микроканального элемента (МКЭ) с закрытыми с одной стороны каналами. Со стороны открытых отверстий каналов расположен источник геттерного материала в виде таблетки или кольца. При активации источника путем индукционного нагрева пары геттерного материала осаждаются на внутренней поверхности каналов микроканальной пластины, создавая, таким образом, геттерное зеркало значительной площади. Оптимальная рабочая температура распыляемых геттеров на основе бария лежит, как правило, в интервале (70-100)°С, но и при комнатной температуре они сохраняют определенную активность, благодаря чему геттерный элемент может быть расположен на удалении от стенки баллона и высоковольтных токоведущих частей конструкции, тем самым исключается опасность пробоев и утечек по проводящей пленке.

Сорбционная емкость такого геттерного элемента определяется суммарной площадью каналов МКЭ, которая многократно превышает площадь геттерного зеркала в электровакуумных лампах традиционной конструкции. Например, при использовании МКЭ диаметром 5 мм и толщиной 2 мм с диаметром каналов 10 мкм суммарная площадь каналов составит около 160 см2, что примерно в 500 раз больше площади геттерного зеркала в аналогичной конструкции без МКЭ и позволяет получить сорбционную емкость до 104 мтор⋅л по кислороду и парам воды, до 2000 мтор⋅л по водороду и до 300 мтор⋅л по азоту.

Тепловая модель. Кожух.

Тепло выделяется па внутренней поверхности алюминиевой фольги анода-окна, частично излучается с поверхности внутрь трубки и, в основном, передается через фольгу наружу. Легко показать, что излучаемая (по закону Стефана-Больцмана) часть тепла весьма мшит и практически не играет роли в данном случае. В связи с большой теплопроводностью алюминия и с учетом того, что его толщина много меньше размеров (в ~100 раз), тепловое сопротивление фольги пренебрежимо мало. Таким образом, проблема заключена в том, чтобы снять тепло с наружной поверхности фольги. Этот процесс происходит благодаря обдуву окна воздухом в зазоре между окнами 1 и 2, и может быть рассмотрен в рамках молекулярно-кинетической теории [10].

Длина свободного пробега молекул воздуха при нормальных условиях равна примерно 0.1 мкм, что в ~1000 раз меньше зазора. То есть зазор можно рассматривать как бесконечно толстый теплопроводящий слой. На одно соударение молекула тратит ~10-10 с, а пролетает путь на длине окна за ~10-6 с, то есть, за время своего пролета над окном молекула успеет удариться ~10000 раз. Все эти обстоятельства свидетельствуют о применимости молекулярно-кинетической теории.

Скорость молекул на длине свободного пробега ~500 м/с [10]. Направленно создаваемое движение молекул примерно с такой скоростью может быть рассмотрено как увеличение тангенциальной составляющей скорости молекул. Для того, чтобы происходил молекулярно-кинетический процесс переноса тепла, когда молекулы должны «успевать» приходить в термодинамическое равновесие с макросредой, необходимо, чтобы скорость направленного переноса газа была заметно меньше 500 м/с. С другой стороны, она желательна большей для повышения эффективности тепло-отбора. Как компромиссное, можно принять за допустимую величину 100 м/с.

С учетом всех приведенных обстоятельств, можно применить модель массового переноса тепла газом. Теплоемкость воздуха - 1 Дж/г°С. Удельная плотность воздуха - 10-6 г/мм3. Расчет по формуле теплоемкости газа дает отношение мощности переносимого тепла Р к перепаду температуры ΔT, равное ~0.1 doz, где z - величина зазора (do и z - в миллиметрах).

P/ΔT=0.1 doz [Вт/К]

Скорость продува воздуха в патрубке: (150-200) doz/dп2 [м/с], где dп - диаметр патрубка.

Диаметр кожуха выбирается из расчета размещения трубки и двух патрубков, диаметр которых выбирается из отношения площади сечений патрубка и зазора.

Примеры исполнения и применения.

Применение заявленного варианта возможно подобно тому, как заявлено в патенте [11]:

«Способ облучения патологий человеческого организма, заключающийся в генерировании потока излучения источником излучения, воздействии излучением на патологию через выходное окно источника излучения и выдержке в течение заранее определенного времени с последующим охлаждением источника, отличающийся тем, что на патологию последовательно или одновременно воздействуют ионизирующим и тепловым излучением через выходное окно источника излучения, которое размещают вблизи или на поверхности патологии, поток излучения ограничивают в диаметре размером не более максимального размера патологии, энергию излучения выбирают в зависимости от толщины патологии по соотношению Е~К f(d), где d - толщина патологии, К - коэффициент, учитывающий глубину проникновения излучения в зоне облучения тела пациента в зависимости от энергии излучения, а интенсивность охлаждения изменяют в зависимости от температуры выходного окна источника излучения.»

Для реализации описанного способа требуется специальное зондовое устройство, проксимальный (непосредственно воздействующий) и дистальный концы которого могут поворачиваться на некоторый угол так, чтобы обеспечить наиболее близкое и устойчивое расположение трубки относительно местного объекта воздействия.

Материал трубки - термостойкое боросиликатное стекло молибденовой группы марки С52-1 ОСТ 11ПО.735.002-73.

Размеры трубки - диаметр 6 мм, длина - 20 мм; кожуха - диаметр 20 мм, длина 30 мм.

Диаметр отверстия окна трубки - 4 мм, окна кожуха - 10 мм.

Расстояния от катода до анода - 2 мм, между окнами - 0.3 мм.

Размеры МКЭ: диаметр 3.5-3.8 мм, длина - 10 мм, диаметр каналов - 20 мкм, число каналов - 30000, площадь поверхности каналов - 200 см2.

Диаметр патрубка поддува 5 мм. Скорость продува газа 20 м/с, или - 200 мл/с. Отношение сечения патрубка к сечению зазора 10:1. Диаметр кожуха 20 мм.

В такой трубке ожидаются следующие параметры.

Режим питания - импульсный со скважностью 5.

Импульсное напряжение на аноде - до 100 кВ.

Импульсный анодный ток - до 1 мА.

Импульсная электрическая мощность - до 100 Вт.

Импульсная мощность дозы рентгеновского излучения - до 100 миллирентген в секунду.

Средняя мощность дозы рентгеновского излучения - до 10 миллирентген в секунду.

Импульсный режим работы выбран из соображений меньшего влияния коротких высоковольтных импульсов на пробивные явления в изолирующей среде, возможности получения больших значений КПД, величины которого пропорциональны напряжению, получения большего диапазона длины волны рентгеновского излучения с целью управления глубиной его проникновения в объект.

Современная онкология, например, предъявляет высокие требования к способам и устройствам облучений. В первую очередь, это касается необходимости облучения только патологий (опухолей), не затрагивая здоровых участков тела, и, во-вторых - снижение времени облучения. Такие требования обусловлены тем, что разовая доза может составлять более 100 Р [12, 13].

Из литературных источников известна также информация о том, что при одновременном проведении гипертермии и лучевой терапии эффективность лучевой терапии повышается дополнительно в 2,5-4 раза [14]. Это означает, что с использованием предложенного варианта при дозе в несколько десятков рентген может оказаться достаточным время в несколько десятков минут, что создало бы реальный шанс применения.

Использованные источники информации

1. Патент РФ №2160480. Миниатюрная импульсная рентгеновская трубка. Дата подачи заявки: 02.08.1999. Заявители: РФЯЦ «Всероссийский НИИ экспериментальной физики»; Министерство РФ по атомной энергии. Авторы: Лойко Т.В.; Макеев Н.Г.; Павловская Н.Г.; Тресков С.М.; Юткин М.П.

2. Патент РФ 2563879 «Миниатюрный рентгеновский излучатель». Приоритет - 12 марта 2014 г. Автор и патентообладатель - Жуков Н.Д.

3. Патент РФ 2640404 «Микроминиатюрный рентгеновский излучатель». Приоритет - 29.04.2016. Патентообладатель - ООО «Реф-Свет». Авторы - Жуков Н.Д., Хазанов А.А., Мосияш Д.С.

4. Егоров Н.В., Шешин Е.П. Электронная эмиссия. М.: Интеллект.2011.

5. Н.Д. Жуков, Д.С. Мосияш, А.А. Хазанов, Н.П. Абаньшин. Оптимизация структуры и материала автокатода. Прикладная физика, 2015, №3, с.с. 93-97.

6. Подымский А.А. Мощные рентгеновские трубки для проекционной рентгенографии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2016.

7. http://al-vo.ru/mekhanika/raschet-progiba-plastiny.html

8. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов… ПНАЭ Г-7-002-86, Москва, Энергоатомиздат, 1989.

9. Геттерирование. http://www.ngpedia.ru/id640968p2.html.

10. Молекулярно-кинетическая теория, https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5787

11. Патент РФ 2519772 Способ облучения патологий человеческого организма и устройство для его осуществления (варианты). Приоритет - 27.03.2012. Патентообладатель: ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ". Авторы: Алексеев С.В., Таубин М.Л., Ясколко А.А.

12. С.К. Терновой, В.Е. Синицин, Лучевая диагностика и терапия, «ГЭОТАР-Медиа», 2010, Москва, стр. 286-293.

13. Лучевая терапия злокачественных опухолей, Руководство для врачей, Москва, «Медицина», 1996, стр. 5-10. Аспекты клинической дозиметрии, под редакцией З.В. Ставицкого, Москва, «МНПИ», 2000, стр. 27-41

14. Horsmann M.R., Overgaard J., The influence of nicotinamid and hyperthermia on the radiation response of tumor and normal tissue. Book of Abstracts, 15th Annual Meeting ofESHO, Wadham Colledge, Oxford, U.K., 3-6 September 1995, p. 12

Микроминиатюрный рентгеновский излучатель, имеющий вакуумный баллон в виде цилиндрической трубки с окном-отверстием диаметром d0 (мм) и расположенным на нем анодом-мишенью прострельного типа; трубка размещена внутри цилиндрического кожуха-корпуса и имеет внутри себя автоэмиссионный катод и газопоглотитель - микроканальный элемент (МКЭ), отличающийся тем, что трубка имеет диаметр (1-2)d0 и длину (4-8)d0; анод выполнен из алюминиевой фольги толщиной h~0.02d0, присоединенной вакуумно-плотно к поддерживающей пластинке (подпорке), выполненной в зоне отверстия-окна в виде сетки при соотношении диаметра отверстия-окна и толщины перемычек сетки не более 50:1; подпорка вакуумно-плотно присоединена к торцу втулки, посаженной вакуумно-плотно на торцевую часть трубки; катод выполнен в виде конца провода диаметром dK~(d0/30-d0/50), выступающего из диэлектрического держателя не более чем на (2-3)dK, покрытого наночастицами антимонида индия и расположенного непосредственно против центра окна на расстоянии от него ~0.5d0; внутри трубки вдоль ее оси расположен цилиндрический МКЭ, имеющий диаметр (0.8-1.5)d0, длину (2-4)d0, диаметр каналов (15-30) мкм; между окном-анодом трубки и окном кожуха имеется плоскопараллельный зазор шириной z (мм), продуваемый для охлаждения анода потоком воздуха через два патрубка, установленные внутри кожуха; скорость продува воздуха в патрубках (150-200)doz/dп2 [м/с], где dп - диаметр патрубка; при этом отношение отводимой (рассеиваемой) мощности к температуре перегрева анода Р/ΔТ~0.1doz [Вт/К].



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к миниатюрным рентгеновским излучателям. Рентгеновский острофокусный излучатель с стержневым анодом имеет вакуумный цилиндрический баллон из термостойкого стекла с окном для вывода излучения.

Изобретение относится к источнику излучения на основе лазерной плазмы. Область применений включает ЭУФ метрологию, инспекцию микро- и наноструктур, актиническую инспекцию литографических ЭУФ масок.

Изобретение относится к двухлучевой рентгеновской трубке и способу получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения. Заявленная рентгеновская трубка состоит из вакуумной колбы, помещенного внутрь единого катода, выполненного в виде вольфрамовой нити, и дисковых вращающихся анодов, расположенных по разные стороны от катода на расстоянии стереобазы.

Изобретение относится к прецизионной контрольно-измерительной технике нового поколения, и предназначено для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских характеристик рентгеновского технологического и исследовательского оборудования, и может быть использовано в установках рентгеноскопии и рентгеноструктурного анализа объектов микроэлектроники, биологии, медицины.

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Горячий катод электронной пушки используется в вакууме для создания электронных пучков, имеющих определенную начальную энергию движения и скорость.

Изобретение относится к импульсной ускорительной трубке и может использоваться для генерации электронных и рентгеновских пучков наносекундной и субнаносекундной длительности и может быть использовано в ускорителях на напряжения до 1 MB и выше.

Изобретение относится к рентгеновскому источнику. В заявленном устройстве массивный анод содержит множество сквозных каналов, фокусирующих рентгеновское излучения заданным образом за счет сочетания их направленностей, а также за счет того, что стенки каналов могут содержать материал мишени не по всей длине.

Изобретение относится к области рентгеновской техники. Источник рентгеновского излучения содержит автокатод, рабочей областью которого является кромка круглого отверстия в проводящем слое, а антикатод (анод) выполнен симметричным относительно оси отверстия автокатода в виде фигуры вращения и имеет радиус меньше радиуса этого отверстия.

Изобретение относится к использованию мягкого рентгеновского излучения для исследования сверхгладких оптических поверхностей и многослойных элементов, в частности для аттестации оптических элементов дифракционного качества.

Ускорительная трубка относится к рентгеновской технике и может быть использована в импульсном рентгеновском ускорителе для получения коротких рентгеновских высокоинтенсивных вспышек для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах.

Изобретение относится к миниатюрным рентгеновским излучателям и может быть использовано для создания компактных устройств местного воздействия - в медицине, технике, быту. Излучатель имеет вакуумный баллон в виде цилиндрической трубки с окном-отверстием диаметром d0 и расположенным на нем анодом-мишенью прострельного типа, внутри трубки: автоэмиссионный катод и газопоглотитель - микроканальный элемент, кожух вне трубки с окном против окна трубки. Трубка имеет диаметр d0 и длину d0. Анод-мишень выполнен из алюминиевой фольги толщиной h ~0.02d0, присоединенной вакуумно-плотно к торцу втулки, посаженной вакуумно-плотно на торец трубки. Катод выполнен в виде конца провода диаметром dK~, выступающего из диэлектрического держателя не более чем на dK, покрытого наночастицами InSb и расположенного непосредственно против центра анода-окна на расстоянии от него ~0.5d0. Между окном трубки и окном кожуха имеется плоскопараллельный зазор шириной z, продуваемый для охлаждения анода потоком воздуха через два патрубка; скорость продува воздуха в патрубках dozdп2 [мс], где dn - диаметр патрубка. Отношение отводимой мощности к температуре перегрева анода РΔТ~01doz [ВтК]. Техническим результатом является экстремальное уменьшение размеров, обеспечивающее возможность использования излучателя для эндоскопических внутриполостных и внутриобъектовых применений. 1 ил.

Наверх