РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА Российский патент 2000 года по МПК H01J35/08 H05G1/64 

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским трубкам для рентгеноэлектронной спектроскопии.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является рентгеновская трубка открытого типа, содержащая катод, экран, анод и кожух [1].

Электроны, покидающие катод в процессе термоэмиссии, посредством электростатического поля направляются на анод и бомбардируют его. В результате возникает рентгеновское излучение. Анод представляет собой полый цилиндр, имеющий наклонный торцевой срез, на котором выточены две грани, образующие на месте стыка ребро. Рентгеновское излучение генерируется, главным образом, в центральной области этого ребра, а затем выводится через узкое выпускное отверстие в кожухе, закрытое берилиевой фольгой. При этом основная часть тормозного излучения отсекается. Экран, в свою очередь, предотвращает прямое попадание испарившихся атомов вещества катода на анод.

Недостатком данной рентгеновской трубки является то, что локальный перегрев и плавление анода в области максимальной концентрации на нем катодных электронов не позволяют нагрузить анод на полную мощность. Следовательно, режим максимально возможной интенсивности рентгеновского излучения не реализован. Данная проблема решается обеспечением более равномерной тепловой нагрузки на аноде путем распределения катодных электронов по большей его поверхности. Однако указанная мера приводит к увеличению доли квантов характеристического излучения, не попавших на образец, и поэтому теряет смысл.

Известна рентгеновская трубка, содержащая анод в виде стержня, расположенный вокруг него кольцеобразный катод и нанизанный на анод капилляр [2]. При этом оси всех указанных элементов совпадают. Описанные конструкция и взаимное расположение электродов обеспечивают равномерность тепловой нагрузки на анод. В то же время, цилиндрическая форма капилляра, благодаря своим геометрическим свойствам, обуславливает фокусировку всех рентгеновских квантов с определенной длиной волны и углом вылета, не превышающим угол полного отражения, и их попадание на образец.

Недостатком известной рентгеновской трубки является то, что кванты, обладающие углом вылета из анода, превышающим критическое значение, или пролетают мимо капилляра, или поглощаются его стенками и, в результате, не попадают на образец. Их доля при этом достаточно велика.

Цель изобретения - повышение интенсивности характеристического излучения, направленного на образец.

Поставленная цель достигается тем, что анод имеет боковой выступ на стороне, обращенной к выпускному отверстию кожуха, выполненный в виде треугольной призмы с максимальной высотой 1,5 - 2 мм и вогнутым по окружности на глубину, не превышающую высоту выступа, ребром, экран состоит из расположенных по разные стороны от анода боксов, открытых со стороны, которая обращена к выпускному отверстию кожуха, и имеющих стенки, у которых торцевая поверхность с открытой стороны принадлежит плоскости, проходящей через крайние точки ребра анода, а отдельные секции катода установлены во внутренней полости боксов экрана параллельно оси анода и имеют продольный размер, равный длине бокового выступа анода, а также тем, что она содержит расположенный вокруг бокового выступа анода вспомогательный электрод в виде рамки из огибающих анод полуколец, соединенных параллельными проводниками, установленный так, что электроны попадают с катода на анод, пролетая через этот вспомогательный электрод.

В предлагаемой рентгеновской трубке катодные электроны под действием электростатического поля попадают на ребро бокового выступа анода, выполненное в виде дуги окружности, что обеспечивает фокусировку в центре этой окружности (куда целесообразно поместить центр образца), характеристического излучения, испускаемого преимущественно в перпендикулярном направлении к излучающей поверхности. Благодаря чему распределение излучающей рентгеновские кванты поверхности по всему ребру анодного выступа, приводящее к значительному по сравнению с [1] увеличению площади этой поверхности, не уменьшает долю используемого излучения. В свою очередь, размещение поверхности излучения рентгеновских квантов на боковом выступе уменьшает расстояние между данной поверхностью и образцом на величину радиуса поперечного сечения анода, а телесный угол, под которым виден образец, увеличивает по сравнению с [1]. В результате увеличивается доля квантов характеристического излучения, направленного на образец. Стремление уменьшить расстояние между поверхностью, излучающей рентгеновские кванты, и образцом приводит к тому, что значение радиуса кривизны ребра бокового выступа анода равно 10 - 12 мм. Для того чтобы длина этого ребра бала достаточно велика (не менее 10 мм) и при этом был исключен электрический пробой между анодом и кожухом необходимо, чтобы значение максимальной высоты бокового анодного выступа находилось в пределах от 1,5 до 2 мм. Таким образом, обе описанные выше особенности формы анода ведут к повышению интенсивности характеристического излучения, направленного на образец.

На чертеже приведен общий вид предлагаемой рентгеновской трубки и ее разрез. Внутри кожуха 1 размещены анод 2, имеющий боковой выступ в виде треугольной призмы с вогнутым по окружности ребром 9 и отверстия 3 для охлаждения проточной водой, боксы экрана 4, 4', секции катода 5, 5' и вспомогательный электрод 6. В кожухе имеется выпускное отверстие 7, перекрытое берилиевой фольгой. Напротив данного отверстия расположен исследуемый образец 8.

Рентгеновская трубка работает следующим образом. Электроны, испускаемые катодом в результате термоэмиссии, ускоряются электростатическим полем и, бомбардируя анод 2, вызывают как характеристическое, так и тормозное излучение. Основная часть тормозного излучения отсекается берилиевой фольгой, закрывающей выпускное отверстие 7, в то время как характеристическое излучение выводится через это отверстие наружу и благодаря особой геометрии анода фокусируется на образец 8. При этом вспомогательный электрод 6 направляет катодные электроны на ребро 9 анодного выступа и распределяет их по всей ее длине, а экран защищает анод от прямого попадания испаряющихся атомов материала катода на анод.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить рентгеновскую трубку с повышенной интенсивностью характеристического излучения, направленного на образец.

Список литературы
1. Трапезников В.А., Ковнер Л.Г., Монаков Ю.Г., Шабанова И.Н., Вотяков В. А. , Жуков В.К., Махонин E.А., Шибанов Е.П., Безуленко А.А., Соснов В.А. Автоматизированный комплекс 5Т.100. Рентгеноэлектронный магнитный спектрометр, технологические приставки, система автоматизации. М.:ВНТИЦ, 1990, N 0290.0041173. 204 с. (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР N 1783593, кл. H 01 J 35/02, 1992.

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским трубкам для рентгеноэлектронной спектроскопии. Рентгеновская трубка содержит кожух, внутри которого расположены анод, катод, экран и вспомогательный электрод. Новым в рентгеновской трубке является то, что катодные электроны направляются электростатическим полем на боковой выступ с максимальной высотой 1,5-2 мм, выполненный в виде треугольной призмы с вогнутым по окружности на глубину, не превышающую максимальную высоту выступа, ребром и распределяются по всей длине этого ребра. Таким образом, техническое решение позволяет получить рентгеновскую трубку с повышенной интенсивностью характеристического излучения, направленного на образец. 1 ил.

Рентгеновская трубка, содержащая анод, катод, экран и кожух, отличающаяся тем, что анод имеет боковой выступ на стороне, обращенной к выпускному отверстию кожуха, выполненный в виде треугольной призмы с ребром, вогнутым по окружности на глубину, не превышающую высоту выступа, экран состоит из расположенных по разные стороны от анода боксов, открытых со стороны, которая обращена к выпускному отверстию кожуха, и имеющих стенки, у которых торцевая поверхность с открытой стороны принадлежит плоскости, проходящей через крайние точки ребра анода, а отдельные секции катода установлены во внутренней полости боков экрана параллельно оси анода и имеют продольный размер, равный длине бокового выступа анода, а также тем, что она содержит расположенный вокруг бокового выступа анода вспомогательный электрод в виде рамки из огибающих анод полуколец, соединенных параллельными проводниками, установленный так, что электроны попадают с катода на анод, пролетая через этот вспомогательный электрод.