РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА Российский патент 2004 года по МПК H01J35/02 

Изобретение относится к рентгеновской технике, более конкретно к средствам для генерирования рентгеновского излучения, а именно к рентгеновским трубкам.

Известны рентгеновские трубки с отражательной мишенью (Рентгенотехника. Справочник. Книга 1. - М.: Машиностроение, 1992, с.90-121 [1]), содержащие вакуумную оболочку, источник электронов, фокусирующую электронно-оптическую систему, мишень для получения рентгеновского излучения и выводное окно. Мишень представляет собой слой металла (Сu, Ag, Мо, W и др.), нанесенный на массивную подложку, имеющую принудительное жидкостное или газовое охлаждение. Мишень ориентирована так, чтобы плоскость поверхности мишени составляла некоторый угол с осью пучка электронов со стороны выводного окна. Выводное окно выполняется из металла с малым атомным номером и закреплено в оболочке трубки в области анода.

Недостатком такой конструкции является значительное расстояние от фокального пятна до поверхности выводного окна. Это приводит, в частности, к невозможности использования трубки совместно с короткофокусными рентгеновскими линзами.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция рентгеновской трубки, описанная в патенте США №6 282 263 (опубл. 28.08.01) [2]. Рентгеновская трубка по патенту [2] содержит вакуумную оболочку с выводным окном. Внутри вакуумной оболочки размещены источник электронов, фокусирующая система и отражательная мишень, расположенная на торце теплоотводящей подложки, обращенном в сторону источника электронов. Перед мишенью установлена диафрагма. Выводное окно выполнено в виде рентгенопрозрачного трубчатого элемента, являющегося частью боковой стенки вакуумной оболочки и окружающего отражательную мишень.

Данная рентгеновская трубка специально конструируется так, чтобы к выводному окну снаружи можно было вплотную подвести вход устройства для фокусировки рентгеновского излучения. В одном лучших из приведенных в патенте [2] примеров при использовании отражательной мишени расстояние от фокального пятна до наружной поверхности выводного окна составляет 7 мм.

Такое расстояние не всегда приемлемо при использовании рентгеновской трубки совместно с короткофокусной рентгеновской линзой. Однако возможность уменьшения его в известной конструкции по патенту [2] ограничена вследствие того, что выводное окно расположено в боковой стенке вакуумной оболочки трубки, внутри которой находится мишень, размещенная на теплоотводящей подложке. Поэтому выводное окно не может находиться от фокального пятна на расстоянии, меньшем, чем радиус теплоотводящей подложки с размещенной на ней мишенью. Уменьшение же радиуса подложки с мишенью для приближения к ее центру той части вакуумной оболочки, которой является выходное окно в виде трубчатого элемента, повлекло бы за собой уменьшение механической прочности трубки. Кроме того, уменьшение поперечных размеров теплоотводящей подложки привело бы к ухудшению теплоотвода от мишени и уменьшению мощности трубки.

Предлагаемое изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в обеспечении малого расстояния между фокальным пятном отражательной мишени и поверхностью выводного окна без уменьшения мощности трубки.

Для достижения этого технического результата предлагаемая рентгеновская трубка, как и указанная выше известная, наиболее близкая к ней, содержит вакуумную оболочку с выводным окном, выполненным в ее боковой поверхности, и размещенные внутри вакуумной оболочки источник электронов, фокусирующую систему и теплоотводящую подложку с мишенью, расположенной на торце теплоотводящей подложки, обращенном в сторону источника электронов.

В отличие от упомянутой известной рентгеновской трубки, в предлагаемой рентгеновской трубке обращенный к источнику электронов торец теплоотводящей подложки имеет радиальную выемку, не доходящую до продолжения осевой линии пучка электронов. Выводное окно размещено в углублении, которое выполнено в боковой стенке вакуумной оболочки и входит своей более удаленной от источника электронов частью в указанную выемку теплоотводящей подложки. К краю этой выемки примыкает край поверхности мишени.

Описанное выполнение позволяет приблизить выводное окно практически вплотную к краю мишени. Так как край мишени, примыкающий к краю выемки в теплоотводящей подложке, оказывается приближенным к осевой линии пучка электронов, расстояние от центра фокусного пятна до выводного окна соизмеримо с радиусом пучка электронов и не зависит от размеров теплоотводящей подложки и мишени.

Предпочтительным является такое выполнение выемки в теплоотводящей подложке, когда она имеет плоский участок, касательный к продолжению пучка электронов, и при этом выводное окно параллельно указанному плоскому участку выемки в теплоотводящей подложке, а поверхность мишени наклонена в сторону выводного окна.

При таком выполнении может быть достигнуто наибольшее приближение выводного окна к центру фокального пятна.

Предлагаемое изобретение в одном из возможных конкретных вариантов его выполнения поясняется чертежами:

на фиг.1 изображена рентгеновская трубка в разрезе;

на фиг.2 в более крупном масштабе показаны части углубления в боковой поверхности вакуумной оболочки, выемки в теплоотводящей подложке и мишени с падающим на нее пучком электронов.

Рентгеновская трубка (фиг.1) содержит вакуумную оболочку 1, источник электронов - катод 2, фокусирующий электрод 3, диафрагму 4 и теплоотводящую подложку - массивный анод 5 с нанесенным на него металлом мишени 6. В боковой стенке вакуумной оболочки 1 выполнено углубление, представляющее собой стакан 7. В стенке стакана 7, обращенной к продольной оси 8 трубки, размещено выводное окно 9. Выводное окно не доходит до продолжения осевой линии пучка электронов, совпадающей в показанном на фиг.1 случае с продольной осью 8 трубки, примерно на величину радиуса r пучка электронов. Анод 5 выполнен с радиальной выемкой 10 (на фиг.1 показана штриховой линией) в его торцевой части, обращенной в сторону катода 2. Боковая поверхность выемки 10 близка по форме к полуцилиндру. В этой радиальной выемке находится более удаленная от катода 2 половина стакана 7 (правая по фиг.1). Анод 5 может иметь принудительное жидкостное или воздушное охлаждение (средства охлаждения на чертеже не показаны).

Углубление в вакуумной оболочке 1 в виде стакана 7 предназначено для размещения короткофокусной рентгеновской линзы (или части такой линзы, прилегающей к ее входному торцу) либо малых объектов, подлежащих облучению.

В показанном на фиг.1 (и в более крупном масштабе - на фиг.2) варианте выполнения трубки радиальная выемка 10 в аноде 5 имеет плоский участок 11. Этот участок касателен к продолжению пучка 13 электронов, т.е. продолжение образующей 12 пучка электронов, ближайшей к выводному окну 9, лежит в плоскости участка 11. Край 14 поверхности отражательной мишени, примыкающий к краю выемки 10 (линии пересечения упомянутого плоского участка 11 и плоскости торца анода, обращенного к катоду 2) находится от оси пучка электронов (совпадающей в показанном на чертежах случае с продольной осью 8 трубки) на расстоянии, примерно равном радиусу r этого пучка, или, что то же самое - радиусу фокального пятна. Благодаря этому пучок 13 электронов полностью попадает на мишень 6 и не тормозится в выводном окне 9. Поверхность отражательной мишени 6 и поверхность торца анода 5 (левого по фиг.1), на которую нанесена мишень, наклонены в сторону выводного окна 9, т.е. образуют с плоскостью выводного окна острый угол. Такая ориентация поверхности отражательной мишени улучшает условия вывода индуцированного излучения из фокального пятна через окно 9.

Из сказанного выше о взаимном расположении выводного окна 9, выемки 10 и мишени 6 видно, что дальнейшее уменьшение расстояния между выводным окном и фокальным пятном на мишени невозможно. Фактически это расстояние становится близким к расстоянию, характерному для рентгеновских трубок с мишенью прострельного типа и не зависит от размеров анода и мишени.

Пучок электронов в описываемой рентгеновской трубке может иметь в поперечном сечении не только круглую форму, но и форму вытянутого прямоугольника и формировать на мишени так называемый линейный фокус. В этом случае минимальное расстояние от геометрического центра фокального пятна до выводного окна 9 имеет место при ориентации линейного фокуса параллельно краю 14 мишени 6, примыкающему к краю радиальной выемки в аноде 5, т.е. перпендикулярно к плоскости чертежа.

Предлагаемая рентгеновская трубка работает следующим образом. При подаче питающих напряжений в области катода 2 с помощью фокусирующего электрода 3 формируется сходящийся электронный пучок, который ускоряется в направлении диафрагмы 4, проходит эквипотенциальное пространство и тормозится в мишени 6, индуцируя рентгеновское излучение. Часть этого излучения выходит через выводное окно 9 и может быть собрана рентгеновской линзой, расположенной в полости стакана 7 или воздействовать на облучаемый объект, помещенный в эту полость.

В случае использования предлагаемого технического решения в конструкции рентгеновских трубок повышенной мощности (1кВт и более) выводное окно может быть отодвинуто от плоскости выемки на расстояние порядка 0,2-1 мм, чтобы обеспечить тепловую развязку от анода.

В реально испытанных трубках мощностью 50 Вт и выше плоскость 11 выемки 10 не доходила до оси электронного пучка 13 на расстояние менее 0,3 мм, минимальное расстояние от этой плоскости до внутренней поверхности выводного окна составляло 0,2 мм, а угол его наклона относительно продольной оси трубки - 2°.

Таким образом, техническое решение по предлагаемому изобретению позволяет создать рентгеновскую трубку с анодом отражательного типа, имеющую минимально возможное расстояние между фокальным пятном и внутренней поверхностью выводного окна.

Источники информации

1. Рентгенотехника. Справочник. Книга 1. М.: Машиностроение, 1992, с.90-121.

2. Патент США №6282263, опубл. 28.08.01.

Использование: для генерирования рентгеновского излучения. Сущность: заключается в том, что рентгеновская трубка содержит вакуумную оболочку с выводным окном, размещенным в углублении в виде стакана, выполненном в боковой стенке оболочки, внутри которой размещены источник электронов - катод, фокусирующая система и отражательная мишень, металл которой нанесен на подложку - анод. Последний имеет радиальную выемку, не доходящую до продолжения осевой линии пучка электронов (совпадающей с продольной осью трубки), а край поверхности отражательной мишени примыкает к краю выемки в аноде. Предлагаемое выполнение позволяет получить малое расстояние между фокальным пятном и поверхностью выводного окна и использовать трубку совместно с короткофокусными рентгеновскими линзами. При этом обеспечивается сохранение мощности, характерной для трубок с отражательным анодом. Технический результат: обеспечение малого расстояния между фокальным пятном отражательной мишени и поверхностью выводного окна без уменьшения мощности трубки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рентгеновская трубка, содержащая вакуумную оболочку с выводным окном, выполненным в ее боковой стенке, и размещенные внутри вакуумной оболочки источник электронов, фокусирующую систему и отражательную мишень с теплоотводящей подложкой, отличающаяся тем, что обращенный к источнику электронов торец теплоотводящей подложки имеет радиальную выемку, не доходящую до продолжения осевой линии пучка электронов, выводное окно размещено в углублении, которое выполнено в боковой стенке вакуумной оболочки и входит своей более удаленной от источника электронов частью в указанную выемку теплоотводящей подложки, а край поверхности отражательной мишени примыкает к краю этой выемки.2. Рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что радиальная выемка в теплоотводящей подложке имеет плоский участок, касательный к продолжению пучка электронов, выводное окно параллельно указанному плоскому участку радиальной выемки в теплоотводящей подложке, а поверхность отражательной мишени наклонена в сторону выводного окна.