Источник импульсов рентгеновскогоизлучения
ОП ИКАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскмн
Сощиалмстмческмн
Республик! >819850 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.05.79 (21) 2762376/18 -25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.
Н 01 J 35/22
Гееуднрстненный кемитет
СССР
30 деним нзнбретений и открытий
Опубликовано 07:04.81. Бюллетень № 13
Дата опубликования описания 17.04.81 (53) УДК 621.386..27 (088.8) (72) Авторы мзобретенмя
Ф
П. Н. Дашук и С. Л. Кулаков
- . с
Ленинградский ордена Ленина политехничес им. М. И. Калинина (71) Заявитель (54) ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСОВ РЕНТГЕНОВСКОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Изобретение относится к области технической физики, преимущественно к импульсной технике и электрофизике, и может быть использовано в импульсной высокоскоростной рентгенографии в биологии, медицине, и тонкой технологии для получения импульсов рентгеновского излучения при исследовании быстропротекающих процессов и в других областях науки и техники. Устройство может быть использовано особенно эффективно при получении импульсов мягкого рентгеновского излучения большой интенсивности.
В современной технической физике для получения рентгеновского излучения используются в основном несколько типов устройств, а именно рентгеновские аппараты непрерывного и импульсного действия, синхротроны, устройства, использующие в качестве рентгеновского излучателя лазерную плазму или различные радиоактивные препараты.
Известно устройство импульсного рентгеновского аппарата, использующего в качестве источника импульсного электропитания генератор высоковольтных импульсов напряжения, а в качестве рентгеновской трубки — двухэлектродную трубку, катод которой представляет собой цилиндр с острым краем, охватывающий анод«вольфрамовую иглу, расположенную вдоль оси трубки.
Катод и анод разделены вакуумным промежутком. При подаче импульса напряжения, когда между катодом и анодом оказывается приложенным полное напряжение, из острого края катода под действием электрического поля начинают вырываться электроны, которые бомбардируют анодную иглу. В результате возникает рентгеновское излучение с максимумом, направленным по оси трубки.
Диаметр излучателя составляет величину
1 мм (1).
1з Однако устройство генерирует импульсы рентгеновского излучения с большой эффективной энергией (в несколько десятков кэВ) и невысокой интенсивностью 10mp за импульс, устройство не может являться источником импульсов интенсивного мягкого
2о рентгеновского излучения, предъявляются жесткие требования к вакуумированию рентгеновской трубки, невозможно получить протяженную излучающую поверхность, дли819850 тельность рентгеновского импульса велика (v0,5 мкс).
Для получения импульсов мягкого рентгеновского излучения большой интенсивности используют устройства, состоящие из вакуумной камеры, в которую помещают мишень, и мощного импульсного лазера. Работа устройства состоит в следующем. Лазерный луч большой мощности фокусируют на мишени. В результате образуется горячая плазма из материала мишени, которая и служит источником мягкого рентгеновского излучения (2).
Основными недостатками данного устройства являются большие габариты установки и ее большая стоимость.
Наиболее близким техническим решением является источник импульсов рентгеновского излучения, содержащий импульсный источник электропитания, катод и анод, разделенные диэлектриком. Катод трубки выпол нен в виде цилиндра с острыми краями, направленными в сторону анода-металлической фольги. Анод и катод разделены вакуумным промежутком 4 мм.
Устройство работает следующим образом.
От генератора высоковольтных импульсов на катод трубки подается отрицательный импульс напряжения с амплитудой
-160 кВ и скоростью нарастания напряжения вЂ, - †- 10 ††„ . Вблизи острых краев катоду ч да по мехаййзму взрывной эмиссии возникает прикатодная плазма, электроны которой ускоряются в электрическом поле межэлектродного промежутка, затем бомбардируют анод, генерируя рентгеновское излучение. Доза за один импульс составляет величину 10 mP, длительность рентгеновской вспышки равна 30 нс, диаметр рентгеновского излучателя 3 мм, эффективная энергия рентгеновских квантов составляет величину (70 — 100) кэВ (3) .
Описанное устройство предназначено для получения импульсов рентгеновского излучения сравнительно большой интенсивности при невысокой эффективной энергии рентгеновских квантов (70 — 100) кэВ, что связано с физикой возникновения эффекта взрывной эмиссии в рентгеновской трубке данного типа. Величина напряженности электрического поля вблизи микроострий катода должна составлять величину (10 — 10 ) В/см, что приводит к .большой величине амплитуды импульса напряжения 100 кВ и, как следствие этого, к высокой эффективной энергии рентгеновских квантов. Кроме того, в этом устройстве предъявляются жесткие требования к вакуумированию и излучение в трубке носит точечный характер.
Целью изобретения является увеличение излучающей поверхности при одновременном увеличении интенсивности излучения.
Поставленная цель достигается тем, что источник импульсов рентгеновского .излуче5
i!0 !
2S
4 ния, содержащий источник импульсного электропитания, катод и анод, разделенные диэлектриком, конструктивно выполняется так, что упомянутый диэлектрик выполнен в виде диска, одна сторона которого покрыта токопроводящим слоем, соединенным с анодом, а на противоположной стороне в центре расположен катод с краями, прижатыми к поверхности диска, соединенный с источником питания через отверстие, выполненное в середине диска.
Эксперименты показали, что при подаче на катод отрицательного импульса напряжения с амплитудой, обеспечивающей примерно трехкратное превышение напряжения статического пробоя Verпромежутка анод-катод, и скоростью нарастания фронта импульса —,- >3 ° 10 В/с, с катода происе ходит развйтие диффузного (многоканального) скользящего разряда, скорость продви жения головки которого Ч>10 см/с.
При описанных выше условиях формирования многоканального скользящего разряда за счет большой величины тангенциаль ной составляющей напряженности электрического поля в головке скользящего разряда (10 10 В/см) создаются условия для з, 6 интенсивной генерации быстрых электронов, энергия которых во много раз превосходит энергию электронов в канале обычного газового разряда. Причем в силу многоканальности разряда величина амплитуды .тока, связанная с потоком быстрых электронов, достигает величины единиц кА. Присутствие быстрых электронов в скользящем разряде и обеспечивает появление рентгеновского излучения, а их количество большую интенсивность (50 Вт с см излучающей поверхности).
На фиг. 1 изображен предложенный источник импульсов рентгеновского излучения, вид сверху; на фиг. 2 — сечение А — А фиг. 1.
Источник импульсов рентгеновского излучения содержит заземленный электрод (анод) 1, плазму скользящего разряда 2, высоковольтный электрод (катод) 3-, диэлектрический диск 4, токопроводящий слой
5, изоляционную втулку 6 и генератор 7 высоковольтных импульсов напряжения.
Цифрой 8 помечено направление максимальной интенсивности излучения.
Устройство работает следующим образом
На высоковольтный электрод 3 от генератора 7 высоковольтных импульсов напряжения подается импульс отрицательной полярности, обеспечивающий формирование диффузионного или многоканального скользящего по поверхности диэлектрика 4 разряда, который и является источником рентгеновского излучения 8. Проведенные эксперименты показали, что для полученИя интенсивного рентгеновского излучения необходимо, чтобы импульс высокого напряжения имел такие параметры (амплитуду,ско819850 рость нарастания напряжения), при которых обеспечивается скорость непрерывного продвижения головки разряда, стартовавшего
Я с отрицательного электрода, большая 10 см/с
Максимальная интенсивность рентгеновского излучения направлена перпендикуляр- s но плоскости диэлектрического диска. Воз можна регулировка интенсивности излучения и его жесткости путем изменения амплитуды напряжения — и толщины диэлектт,1 рического диска.
Были проведены испытания опытного об1О разца предложенного устройства. Катод диаметром 40 мм размещался на диэлектрическом диске, выполненном из оргстекла (Я 2,2) толщиной от 1,5 до.30 мм и мет ллизированного с одной стороны гетинакса (=7) толщиной 1,25; 2, 5 мм. Диаметр анода изменялсяаг 50 до 180 мм, при этом излучающая поверхность изменялась от
7,7 до 242 см . Разряд формировался под действием отрицательного импульса напряжеиии амплитудой «160 кВ с Я- 10™В1с, то длительностью 35 нс. Разрядныи промежуток находился на воздухе при атмосферном давлении.
Для каждой толщины диэлектрика, межэлектродного расстояния проводились серии опытов с фиксацией полученного рентгеновского излучения на рентгеновскую пленку типа PM — 1. Экспозиционная доза излучения за один импульс при оптимальных условиях равнялась 0,7Р за импульс, эффективная энергия излучения составляла 5 кэВ. Мощ- зф ность рентгеновского излучения 5 кВт.
Техническая эффективность устройства состоит в том, что оно дает возможность получать поток рентгеновского излучения большой площади с небольшим углом расхождения 10, излучение имеет короткую длительность, порядка нескольких десятков наносекунд, и может использоваться в аппаратуре для исследования объектов с временным разрешением. Особенно перспективно применение устройства в качестве источника импульсов мягкого рентгеновского излучения с эффективной энергией в единицы кэВ и. экспозиционной дозой за один импульс 1 P.
Устройство может работать как при атмосферном давлении газа, так и в вакууме.
Устройство позволяет получить как одиночные импульсы рентгеновского излучения, так и периодические, в зависимости от работы высоковольтного генератора напряжения. формула изобретения
Источник импульеов рентгеновского излучения, содержащий импульсный источник электропитания, катод и анод, разделенные диэлектриком, отличающийся тем, что, с целью увеличения излучающей поверхности при одновременном увеличении интенсивности излучения, упомянутый диэлектрик выполнен в виде плоскогс» диска, одна сторона которого покрыта токопроводящим слоем, соединенным с анодом, а на противоположной стороне в-т ентре расположен катод с краями прижатыми к поверхности диска, соединенный с источником питания через отверстие, выполненное в середине диска.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Комяк Н. И. и др.,Новые импульсные рентгеновские аппараты типа ИРА-1 и ИРА1Д. «Дефектоскопия», 1967, № 5, с. 91-96, 2. Басов Н. Г. и др. Нагрев плазмы и генерация нейтронов при сферическом облучении мишуки мощным лазерным излучением. Труды ФИАН. т. 76, с. 146, 1974.
3. Комяк Н. И. и др. Генераторы наносекундных рентгеновских вспышек типа ИРА
3 и ИРА 5. «Дефектоскопия», 1971, № 3, с. 127 (прототип).
819850
Составитель Т. Владимирова
Редактор О. Филиппова Техред А. Бойкас Корректор Л. Иван
Заказ 291/30 Тираж 784 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и -открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
