РЕНТГЕНОВСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК H01J35/02 H01J35/32 G01N23/18 

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к рентгеновским излучателям, предназначенным для дефектоскопии, и может быть использовано преимущественно при обнаружении локальных дефектов объектов сложной формы.

Известен рентгеновский излучатель, содержащий источник сверхвысокочастотного излучения (СВЧ-излучения), полый осесимметричный вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном, катод и анод, расположенные на противоположных стенках по оси СВЧ-резонатора и электрически не связанные с ним [1].

Недостатком известного устройства является панорамное излучение пучка ускоренных электронов на аноде, не позволяющее контролировать локальные дефекты в объектах сложной формы, а также малый срок службы излучателя, так как из-за отсутствия фокусирующей системы частицы дефокусируются прикатодным электрическим полем и магнитной составляющей СВЧ-поля резонатора, что ведет к разлету электронов в полости резонатора относительно анода, вызывающих появление микропор в стенках резонатора, а в итоге к пробою резонатора.

Наиболее близким техническим решением является рентгеновский излучатель, включающий импульсный СВЧ-генератор, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном связи, электромагнит для фокусировки ускоряемых электронов и коллиматор, формирующий поле излучения, расположенный рядом с анодной системой СВЧ-резонатора [2].

Недостатком этого технического решения является размытость (панорамность) γ-излучения, снижающая локальность дефектоскопии контролируемых объектов, а также сложность, причем все равно не обеспечивающая эффективность дефектоскопии. При посылке пучка напряжения от СВЧ-генератора в СВЧ-резонатор частицы из-за большой энергии испытывают сильное кулоновское расталкивание, что ведет к увеличению поперечных размеров пучка, разрушающих конструкцию резонатора. Для устранения дефокусировки пучка необходимо использовать дополнительную электронную пушку, генерирующую импульсное напряжение.

Сущность изобретения заключается в том, что в рентгеновском излучателе, содержащем импульсный СВЧ-генератор, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для СВЧ-излучения окном связи, катод и анод, симметрично расположенные в противоположных стенках СВЧ-резонатора, образующие его центральную ось, и двухполюсный коллиматор, представляющий собой осесимметричный электромагнит с двумя отверстиями для входа СВЧ-излучения и выхода с анода γ-излучения, отверстие для выхода γ-излучения выполнено конусообразной формы в одном из полюсов коллиматора вдоль его продольной оси, проходящей симметрично через полюса коллиматора, угол α раскрытия конусообразного отверстия выполнен наружу от центра излучателя (точка пересечения продольной оси коллиматора или центральной оси резонатора и линии СВЧ-излучения генератора) в пределах 10^°<α<30^°, а СВЧ-резонатор размещен между полюсами коллиматора так, что центральная ось СВЧ-резонатора совмещена с продольной осью коллиматора, при этом направление излучения СВЧ-генератора лежит на одной линии с центрами входного отверстия коллиматора и окна связи резонатора, пересекающейся перпендикулярно с центральной осью СВЧ-резонатора.

Положительным результатом следует считать: достигнуты высокая локальность контроля при оптимальных габаритах конструкции рентгеновского аппарата и эксплуатационная надежность дефектоскопии труднодоступных мест объектов контроля.

На фиг. 1 показан общий вид конструкции рентгеновского излучателя; на фиг.2 - СВЧ-резонатор по сечению А-А фиг.1; фиг.3 - принцип работы излучателя.

Рентгеновский излучатель содержит импульсный СВЧ-генератор 1, полый вакуумированный СВЧ-резонатор 2 с прозрачным для СВЧ-излучения окном 3 связи, катод 4, анод 5 и двухполюсный коллиматор 6 с отверстием 7 для входа СВЧ-излучения от генератора 1 и конусообразным отверстием 8 для выхода с анода 5 γ-излучения. Катод 4 и анод 5 симметрично расположены в противоположных стенках СВЧ-резонатора 2, образуя его центральную ось, а окно 3 связи - в одной из других стенок и закрыто заглушкой 9 из материала, прозрачного для СВЧ-излучения. Катод 4 и анод 5 электрически изолированы от резонатора посредством оправок из керамики или стекла (не показано). Двухполюсный коллиматор 6 представляет собой осесимметричный электромагнит, катушки 10 и 11 индуктивности которого расположены в полюсах N и S, образующих продольную ось Х-Х коллиматора 6.

Полый вакуумированный СВЧ-резонатор 2 размещен между полюсами N и S коллиматора 6 так, что центральная ось СВЧ-резонатора 2 совмещена с продольной осью Х-Х коллиматора 6, а анод 5 обращен в сторону конусообразного отверстия 8 коллиматора 6. Угол α раскрытия конусообразного отверстия 8 выполнен наружу от центра излучателя в пределах 10^°<α<30^°, обеспечивающих оптимальную мощность γ-излучения и минимальный фокус γ-излучения (локальность зоны контроля). СВЧ-генератор 1 связан с отверстием 7 коллиматора 6 через волновод (не показано), при этом направление СВЧ-излучения импульсного генератора 1 лежит на одной линии с центрами отверстия 7 входа коллиматора 6 и окна 3 связи резонатора 2, пересекающейся перпендикулярно с центральной осью резонатора 2. Размеры анода 5 и малого основания конусного отверстия 8 должны быть соизмеримы.

СВЧ-генератор 1 и коллиматор 6 предназначены для фокусировки электронов 13, испускающих катодом 4, в СВЧ-резонаторе 2 и коллимации γ-излучения в конусе коллиматора 6.

Заглушка 9 выполнена из материала, например кварцевого стекла, а катод 4 и анод 5 изготовлены, например из вольфрама.

Предложенные технические решения позволяют предотвратить преждевременное разрушение стенок резонатора путем уменьшения интенсивности бомбардировки периферии резонатора, тем самым повысить его эксплуатационную надежность, а также увеличить локальность дефектоскопии трудно достижимых мест объектов контроля.

Рентгеновский излучатель работает следующим образом.

Модулированное импульсное напряжение с СВЧ-генератора 1 частотой следования пачек 50-400 Гц (частота заполнения пачек 3000 МГц) и их длительностью 3 мкс поступает через СВЧ-прозрачную заглушку 9 окна 3 связи во внутреннюю вакуумированную полость резонатора 2.

В импульсном электрическом поле 12 (фиг.3) напряженностью до 10⁶ В/см в полости вакуумированного резонатора 2 происходит эмиссия электронов 13, имитирующих катодом 4, и их ускорение, обеспечивающееся двухполюсным коллиматором 6. При соударении ускоренных электронов 13 с анодом 5 возникает тормозное рентгеновское излучение (γ-излучение). При этом магнитное поле 14, формируемое двухполюсным коллиматором 6, не позволяет электронам 13 существенно разлетаться внутри полости резонатора 2 от центральной его оси за счет действия СВЧ-поля в резонаторе 2 в перпендикулярном направлении к центральной оси резонатора 2 или все равно к продольной оси Х-Х коллиматора 6 и фокусирует пучек электронов 13 в размер анода 5.

Рентгеновское излучение с анода 5, сфокусированное конусным отверстием 8 коллиматора 6, проходит через тело контролируемого объекта, где частично поглощается в его материале, а большая часть попадает на рентгеновский элемент, например рентгеновскую пленку, которую располагают с противоположной стороны объекта контроля (не показано). По рентгеновской теневой проекции судят о наличии дефекта в толще материала объекта контроля.

Положительным результатом технического решения является повышение локальности дефектоскопии труднодоступных поверхностей объектов сложной геометрии.

Источники информации
1 А.с. СССР N 136670, кл. H 01 35/02, 1983.

2. Е. А.Абрамян. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоиздат, 1986.

Рентгеновский излучатель относится к контрольно-измерительной технике и предназначен для дефектоскопии материалов. Техническим результатом является повышение качества локальности дефектоскопии труднодоступных поверхностей объектов сложной формы. Сущность изобретения состоит в том, что выходное отверстие для γ-излучения выполнено конусообразной формы, угол α раскрытия которого лежит в пределах 10-30^o, при этом направление излучения СВЧ-генератора лежит перпендикулярно центральной оси резонатора. 3 ил.

Рентгеновский излучатель, содержащий импульсный сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор для излучения потока электромагнитного поля, полый вакуумированный СВЧ-резонатор с прозрачным для потока электромагнитного поля СВЧ-генератора окном связи, катод и анод, симметрично расположенные в противоположных стенках СВЧ-резонатора, смежных стенке с окном связи, и образующие центральную ось резонатора, и двухполюсный полый коллиматор, представляющий собой осесимметричный электромагнит, с двумя отверстиями - одно для входа потока электромагнитного поля СВЧ-генератора, другое для выхода потока γ-излучения, отличающийся тем, что СВЧ-резонатор размещен внутри коллиматора анодом и катодом между полюсами коллиматора, образующими продольную ось Х-Х рентгеновского излучателя, совмещенную с центральной осью СВЧ-резонатора, при этом оси отверстия коллиматора для входа потока электромагнитного поля СВЧ-генератора и окна связи СВЧ-резонатора совмещены и ориентированы перпендикулярно продольной оси Х-Х рентгеновского излучателя, а отверстие коллиматора для выхода γ-излучения ориентировано своей осью вдоль продольной оси Х-Х рентгеновского излучателя и выполнено конусообразной формы в полюсе коллиматора, обращенном к аноду, при этом угол раскрытия конусообразного отверстия выполнен наружу от точки (центра рентгеновского излучателя) пересечения оси потока электромагнитного поля СВЧ-генератора и продольной осью Х-Х излучателя в пределах 10^°< α <30^°, где α - угол раскрытия конуса отверстия.