Импульсная рентгеновская трубка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ г

« > 748577

Союз Советских

СоциалистИческих

Республик ф7

Ф; (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060477 (21) 2600454/18-25 (51) м. к,.2 с присоединением заявки ¹

Н 01 J 35/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

I

1 (53) УДК 621. 396. 2 (088.8) Опубликовано 150780. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 150780 (72) Авторы изобретения

Г. Н. Петров, С. Г. Семенов и A. A. Алферовский (71) Заявитель 5 3) ИМПУЛЬСНАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Изобретение относится к рентгеновским трубкам и может быть использовано для получения рентгеновского излучения большой интенсивности и жесткости, в частности в промышленной дефектоскопии.

Одной из проблем при создании рентгеновских трубок является увеличение интенсивности, жесткости рентгеновского излучения и КПД трубки.

Известны управляемые импульсные рентгеновские трубки, содержащие катод, анод, управляющий электрод и вакуумированную оболочку (1j.

При подаче на трубку высокого напряжения анодная мишень, бомбардируемая электронным пучком, генерируемым катодом, испускает рентгеновские лучи.

Для повышения интенсивности этого излучения, т.е. увеличения энергии бомбардирующих мишень электронов, необходимо повышать величину напряжения на трубке, что усложняет и удорожает конструкцию, увеличивает ,габариты прибора для обеспечения электрической прочности.

Кроме того, КПД таких трубок очень мал.

Для достижения высокой интенсивс ности и жесткости рентгеновского излучения отказываются от использования внешних источников высокого напряжения и применяют принцип автоускорения, основывающийся на передаче энергии части электронного пучка через электромагнитное поле другой его части.

Известно устройство, работающее в импульсном режиме, содержащее диодный ускоритель электронов и индуктивный накопитель в цепи коллектора пучка (2j . При включении генератора импульсного напряжения с катода начинается взрывная эмиссия электронов, 20 которые проходят сквозь анод на коллектор и заряжают индуктивный накопитель. При прерывании пучка на индуктивном накопителе развивается электродвижущая сила самоиндукции, которую используют для ускорения электронов, При напряжении внешнего импульсного источника 240 кВ ускоряющее напряжение на накопителе составляет 600 кВ.

Недостатком устройства является необходимость использования высоко748577

65 волътного импульсного источника питания, что требует применения специального высоковольтного кабеля, защиты от высокого напряжения, усложняет и удорожает конструкцию. Индуктивный накопитель находится вне ускорительной камеры, что также усложняет конструкцию и увеличивает ее габариты.

Кроме того, электронный ток при взрывной эмиссии практически неуправляем, и получить стабильные параметры выходного рентгеновского излучения невозможно.

Наиболее близким техническим решением является импульсная рентгеновская трубка, содержащая катод и прострельный анод, размещенные в вакуумной оболочке по разные стороны ускорительного промежутка (3).

Недостатком этой трубки является малый КПД, недостаточная интенсивность и жесткость излучения. В трубке используется внешний источник высокого напряжения, и чем больше величина этого напряжения, тем больше, усложняется и удорожается конструкция и эксплуатация рентгеновского аппарата с такой трубкой.

Целью изобретения яЬляется увеличение КПД и повышение жесткости рентгеновского излучения при заданной величине напряжения источника питания.

Цель достигается тем, что в импульсной рентгеновской трубке, содержащей вакуумный корпус, катод и анод с мишенью, установленные на разных концах ускорительного промежутка, в последнем установлен электрически связанный с анодом проводящий элемент, выполненный в виде вытянутой вдоль ускорительного промежутка разомкнутой спирали.

При прохождении импульсного потока электронов вдоль оси разомкнутой анодной спирали на ней индуцируется электродвижущая сила, ускоряющая электроны в пролетном пространстве, т.е. Увеличивающая их энергию, без повышения напряжения внешнего источника питания, что повышает КПД трубки. При увеличении же энергии электронов увеличивается интенсивность и жесткость рентгеновского излучения.

Спираль должна быть изготовлена из материала с высокой удельной проводимостью. Диаметр проволоки спирали выбирают в зависимости от теплопроводности материала проволоки, он должен обеспечивать отвод тепла без расплавления проволоки. Длина спирали обусловлена расстоянием между катодом и анодом, ее выбирают та,кдй, чтобы не допустить электричес кого пробоя.

Диаметр и количество витков спи. рали определяют из величины нужной

f0 15

45 индуктивности при заданных электрических параметрах: величине тока и длительности заднего фронта импульса.

На чертеже схематически изображена импульсная трубка, продольный разрез.

Импульсная рентгеновская трубка содержит термоэлектронный катод 1, размещенный в вакуумированной стеклянной оболочке 2.

Анодный узел, размещенный в оболочке 2, напротив катода 1, содержит кольцевой электрод 3 в виде шайбы, выполненной из материала с хорошей теплопроводностью, с которым соединена прострельная мишень

4 из материала с большим атомным номером, например рения, вольфрама, на которой генерируется рентгеновское излучение, и цоколь 5. С внешней стороны мишени 4 размещено окно б, выполненное из бериллия и предназначенное для выпуска рентгеновского излучения.

С электродом 3 электрически соединен один конец элемента, выполненного в виде разомкнутой спирали 7, обращенной другим концом к катоду

1 и выполненной из материала с высокой удельной проводимостью, например из меди или серебра.

С противоположной стороны трубки расположен катодный цоколь 8 с вводом 9 для подачи питающего напряжения.

При подаче напряжения на электроды, в пространстве анод-катод возникает импульс анодного тока. При прохождении потока электронов внутри спирального элемента 7 в последнем возникает электродвижущая сила самоиндукции, замедляющая электроны. В момент прерывания импульса анодного тока, на концах спирали

7 появляется напряжение, которое ускоряет электроны в электронном потоке. Величина напряжения зависит от величины индуктивности и скорости изменения тока в момент прерывания.

Для спирали 7 длиной по оси 0,1 м, диаметром проволоки О, 02 м и числом витков 200 при токе 10 A и длительности заднего фронта импульса

10 с избыточное ускоряющее напряжение составляет 100 кВ.

Ускоренные электроны бомбардируют прострельную мишень 4, на которой создается рентгеновское излучение, выходящее из трубки через окно б.

Спираль 7, находящаяся под анодным напряжением, препятствует попаданию на стеклянные стенки оболочки вторичных электронов, благодаря чему обеспечивается высокая электрическая прочность трубки.

748577

Для обеспечения управления импульсным режимом трубки катодный узел может быть снабжен управляющим . электродом.

Для обеспечения жесткого крепления спирального элемента и для обеспечения электрической прочности может быть введено дополнительное кольцо, соединенное с кольцом спирального элемента, обращенным к катоду.. Дополнительное кольцо посредством траверз должно быть укреплено на промежуточном кольце, расположенном на оболочке трубки.

Предлагаемая импульсная рентгеновская трубка дает возможность ускорить электроны за счет электродвижущей силы, индуцированной импульсным электронным потоком,без увеличения напряжения, подаваемого от внешнего источника питания.Таким образом повышается КПД трубки и достигается упрощение конструкции в высоковольтной части прибора и возможность создания малогабаритных приборов.

Увеличение интенсивности рентгеновского излучения достигает значительной величины, так как зависит прямо пропорционально от квадрата ускоряющего напряжения электронов.

КПД рентгеновской трубки повышается на 15-25Ъ при напряжении на аноде 150 кВ и прочих равных условиях по сравнению с управляемыми импульсными рентгеновскими трубками, у которых КПД менее 1%.

Увеличение энергии электронов позволяет получить рентгеновское излучение повышенной интенсивности и жесткости, которое может широко применяться в медицине, в промышленности, для научных исследований.

В частности,в промышленной дефектоскопии жесткое рентгеновское излучение, обладающее большой проницаемостью и слабым рассеянием, дает воэможность производить исследования металлических деталей большой толщины

При этом значительно сокращается время экспозиции, что ускоряет процесс контроля деталей.

Формула изобретения

Импульсная рентгеновская трубка, :содержащая вакуумный корпус, катод и анод с мишенью, установленные на разных концах ускорительного про" .межутка, отличающаяся тем, что, с целью увеличения КПД и повышения жесткости излучейия при заданной величине напряжения источника питания, в ускорительном промежутке установлен электрически связанный с анодом проводящий элемент, выполненный в виде вытянутой вдоль ускорительного промежутка разомкнутой спирали.

У Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Быстров Ю.А., Иванов С.A.

Ускорители и рентгеновские прибо30 ры. N Высшая школа, 1976, с. 164.

2. Блинов П.И. и др. Увеличение мощности электронного пучка индуктивным накопителем ПТЭ. Р 2, 1977, 35 с. 35.

3. Месяц Г.A. Генерирование мощных наносекундных импульсов.

N., Советское радио, 1974, с. 226 (прототип).

ЦНИИПИ Заказ 4251/42.Тираж 844 Подписное

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä,ул.Проектная,4