Анод рентгеновской трубки
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Сеюэ Советски к
Сециалистнческкк
Республик
< 1918991 (И ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 02,07.80 (21) 2987561I18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 07.04. 82. Бюллетень № 1 8 Дата опубликования описания 09.04.82 (51)NL. Кл.
Н 01:) 35/10 кввуйврктвкнный камнтет
СССР
Ro делам изобретений . н открытий (53 ) УД К 62 1. 386
;22 (088.8) (72) Авторы изобретения
B. Н. Вересов, С. A. Иванов, Г. Н. Платонов и Г. А. Шукин
Ленинградский ордена Ленина электротехнический .ийститут им. В. И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54) AНОД РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ
Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к мишенным устройствам и преимущественно используется в рентгеновских трубках. 1
К большинству рентгеновских трубок предъявляется требование допускать большие мощности при малом размере источника излучения - фокусного пятна. Уве» личение мощности при малом фокусном пятне увеличивает температуру. Существует предел, ограничивающий повышение мощности при данном размере фокусного пятна, определяемый состоянием материала в этой зоне..
В рентгеновских трубках с вращаю- щимся анодом фокусная область из пятна превращается в кольцо. Вращение анода позволяет распределить тепло, выделяемое на мишени по большей поверхности. фокусная область располагается по воз можности дальше от центра вращения для того, чтобы эта зона двигалась с максимальной линейной скоростью. Температурное поле вращающегося анода можно счи2 тать в первом приближении осесимметричным. ,Известна конструкция рентгеновской трубки с вращающимся анодом, в которой с катода электронный луч эксцентрично направляется на скошенный край . вращающегося диска — мишень анода.
Вращение анода осуществляется вращающимся магнитным полем, создаваемым статором. асинхронного двигателя, по10 мещенного вне трубки. Ротором служит металлический цилиндр, расположенный на оси анода внутри трубки. При вращении анода положение источника излученияэффективного .фокусного пятна - в прост-!
5 ранстве неизменно, а мощность электронного пучка выделяется на кольцевой фокусной области на поверхности мишени
Я.
Увеличение числа оборотов и радиуса дорожки дает возможность увеличить: мощ- ность, сохраняя температуру фокусного пятна неизменной. Однако существует определенный предел увеличения этих па 9i899i раметров, опрецеляемый габаритами трубKH и цопустимыми линейными скоростями цля материала мишени, так как вращение мишени со значительными скоростями вызывает появление инерционнык напряжений, которые наклацываются на температурные напряжения, обусловленные неравномерным нагревом мишени, создают сложное напряженное состояние. Следствием этого является растрескивание, . 1p коробление и расслаивание мишени, особенно ее поверхностного слоя. Это, в свою очередь, приводит к падению интенсивности излучения и ухудшению теплоотврца от фокусной дорожки в массу ми- ° 1 шени.
Наиболее близким к предлагаемому является анод рентгеновской трубки, содержащий расположенные на валу накладку и мишень. Эта рентгеновская трубка - 20 содержит мишень, выполненную с канавками или состоящую из секторов (2g .
К недостаткам мишени можно отнести: конструктивную и технологическую сложность составляющих мишенный узел эле- 2$ ментов; куцший тепловой контакт, обусловленный наличием прорезей и нарушением сплошности мишени; возможность возникновения значительной с атической -и динамической неуравновешенности, обус- Ю ловленной неравномерным распрецелением масс относительно оси врашения.
Цель изобретения — увеличение интенсивности рентгеновского излучения трубки.
Поставленная цель постигается за счет того, что в аноде рентгеновской трубки, содержащем расположенные на валу наклацку и мишень, мишень выполнена в вице нескольких колец, посаженных одно в другое с натягом, и в свою очередь мишень посажена с натягом в обойму, мишень и обойма выполнены из материалов с различными механическими и теплофизичеакими свойствами так, что коэффициен теплового расширения материала обоймы меньше коэффициента теплового расширения материала мишени, а модуль нормальной упругости и коэффициент . Пуассона обоймы не ниже моцуля нормальной упругости и коэффициента Пуассона материала мишени.
Такое выполнение мишени позволяет устранить не перемещения, возникающие вслецствие нагрева, а снизить напряжения в зоне, где они цостигают наибольших значений путем создания в мишени предварительных напряжений противоположнык по знаку суммарным, вызванным нерав,номерным нагревом и вращением. Необхоцимо отметить, что наибольший эффект цостигается в том случае, когда мишень и обойма выполнены из материалов с различными механическими и теплофизичес-. кими свойствами. Изготовление мишени из вольфрама, а обоймы иэ титана позволяет значительно повысить ее теплоемкость, меканическую прочность и уменьшить массу. Выполнение мишени из колец, не содержащих прорезей и разрывов, улучшает также балансировку мишени.
На чертеже показан анод.
Анод соцержит обойму 1, кольцо 2, наклацку 3, ось 4, гайку 5. Кольцо 2 посажено с натягом межцу обоймой 1 и накладкой 3. Мишень укреплена на оси
4 посредством гайки 5.
Данное мишенное устройство обладает большей теплоемкостью и меньшей массой, чем обычно используемая вольфрамовая мишень, что допускает применение этого устройства при высокик скоростях враще ния и больших тепловых нагрузках. В конечном счете это позволяет значительно повысить проводимую к мишени мощность в электронном пучке. Наибольшего эффекта можно цобиться при использовании предлагаемой конструкции в малогабаритных трубках в режиме коротких выдержек при больших локальных тепловых нагрузках (t = 0,1 с; P = 40 кВт; Фокус 1>1мм; t1= 9000 об/мин).
Оценим напряженное состояние в диске с малым отверстием из вольфрама, вращаюшемся со скоростью 10000 об/мин и неравномерно нагретом. Для окружного и радиального напряжений применительно к нашему случаю в сопротивлении материалов получают следующие формулы
6r = + - I a "8 " (1)
Т -т<
- -T„— „t.*Er бq=g — — а -<+> - 1 8 х — „„Аег 2 Та -Т1 1 гце $ и gq - рациальное и окружное 1 нормальные напряжения; и 6 - константы, определенные из граничных условий; - коэффициент Пуассона; У - уцельный вес материала мишени; Tg- (- разница температур на поверхностях Ц и Iу А - коэффициент линейного расширения; 9189 модуль нормальной .упруг ости; и „- наружный и внутренний радиусы мишени. Напряженное состояние характеризует-, 5 ся максимальными растягивающими напряжениями на поверхности внутреннего отверстия. Снизим максимальные напряжения наложением на мишень равномерного давления Р по наружному контуру мишени, при этом величину этого давления примем так равной ог . Тогда необходимая разница в диаметрах наружного кольца и диаметра мишени определится иэ условия 1. 6/ = kàß =ê, 0 ) Ж + к"", 0 I8 где 4 = j/I, К = t2 / Ю; и — коэффициенты Пуассона 20 материала мишени и материала бандажа; — наружный радиус банда жа (примем его равным . 5 см); 25 и E. — модули нормальной упру( гости материала мишени и материала бандажа. Выберем. для бандажа титановый сплав с Е =120ГПа; 30 =0,3 Р» = 600 МПа . Тогда Я будет равно @ Д,Б <о (0„01Ъ 034)8 рй+ ;+1а- (+o 9,03) 8 1о т.е. разница между внутренним диаметром бандажа и наружным диаметром мишени должна быль не менее 0,6 мм. 9f Возможно выполнение мишени не с одним бандажом кольца, а с несколькими. В этом случае появится воэможность создавать большие цавления при малых габарит.ах. Таким образом, проведенный расчет показывает значительное снижение уровня напряжений, что позволяет повысить подводимую к мишени тепловукт мощность в электронном пучке на 25-30% и увеличить интенсивность рентгеновского излучения. Формула изобретения Анод рентгеновской трубки; содержащий расположенные на валу накладку и мишень, о т л и ч а ю m и и с я тем,. что, с целью увеличения интенсивности излучения трубки, мишень выполнена в виде нескольких колец, посаженных одно в другое с натягом, и в свою очередь мишень посажена c.натягом в обойму, мишень и обойма выполнены из материалов с различными механическими и теплофизическими свойствами так, что коэффициент теплового расширения материала обоймы меньше коэффициента теплового расширения материала мишени, а модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона обоймы не ниже модуля нормальной упругости и коэффициента Пуассона материала мишени. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССР № 683035, кл. Н 01 3 35/10, 1976, 2. Патент Великобритании М 1262405, кл. Н 1 Э, опублик. 1976 (прототип). ВНИИПИ Заказ 2153/35 Тираж 758 Подписное Филиал ППП Патент", r.. Ужгород,ул. Проектная,4
