УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КТ-ОБОРУДОВАНИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО Российский патент 2018 года по МПК H05G1/30 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования распределенного рентгеновского излучения и, в частности, к устройству распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью для генерирования рентгеновского излучения, изменяющегося в положениях фокусных точек в соответствии с заданной последовательностью путем управления катодом или управления сеткой при расположении нескольких независимых блоков эмиссии электронов на одной криволинейной поверхности и расположении анода на оси в одном оборудовании источника рентгеновского излучения, а также к КТ-оборудованию, содержащему указанное устройство рентгеновского излучения.

Предпосылки изобретения

В общем, рентгеновское излучение широко применяется в таких областях, как неразрушающий контроль, проверка на безопасность и постановка диагноза и лечение в медицине. В частности, оборудование рентгеноскопической визуализации, в котором используется высокая проникающая способность рентгеновского излучения, играет важную роль в каждом аспекте повседневной жизни людей. На ранней стадии это оборудование представляет собой плоское оборудование рентгеноскопической визуализации пленочного типа, а в настоящее время эволюционирует в современное оборудование цифровой стереоскопической визуализации с несколькими углами зрения и высоким разрешением, такое как КТ (компьютерная томография), которое позволяет получать трехмерные изображения или изображения срезов с высокой четкостью и относится к усовершенствованным приложениям высшего класса.

В существующем КТ-оборудовании источник и детектор рентгеновского излучения должны перемещаться на коллекторном кольце и обычно имеют крайне высокую скорость движения, чтобы повысить скорость детектирования, что приводит в результате к снижению надежности и устойчивости всего оборудования, и, кроме того, из-за ограничения скоростью движения ограничивается и скорость детектирования КТ. Следовательно, в КТ-оборудовании требуется источник рентгеновского излучения, способный создавать несколько углов зрения без движения в положении.

Для того чтобы решить проблемы надежности, устойчивости, а также скорости детектирования, создаваемые коллекторным кольцом, и проблемы термического сопротивления участка зеркала анода в существующем КТ-оборудовании, в имеющейся патентной литературе предложены некоторые способы. Например, в определенной степени решить проблемы перегрева зеркала анода может источник рентгеновского излучения с вращающимся анодом, который, однако, является сложным по конструкции и генерирует рентгеновское излучение с участком зеркала анода, который по-прежнему является определенным положением участка зеркала анода относительно всего источника рентгеновского излучения. Например, в некоторых технологиях для реализации нескольких углов зрения для иммобилизованного источника рентгеновского излучения несколько независимых обычных источников рентгеновского излучения жестко расположены на одной окружности, и хотя таким образом несколько углов зрения могут быть реализованы, стоимость высока, расстояние среди участков зеркала анода для разных углов зрения велико, и качество визуализации (стереоскопическое разрешение) очень низкое. Кроме того, в патентной литературе 1 (документ US 4926452) предлагается источник излучения и способ для генерирования распределенного рентгеновского излучения, в которых зеркало анода является очень большим по площади, тем самым снижая проблему перегрева зеркала анода, и, кроме того, для создания нескольких углов зрения изменяется положение участка зеркала по окружности. Согласно патентной литературе 1, требуется выполнять отклонение сканирования ускоренного электронного луча высокой энергии, и техническое решение в этой литературе имеет проблемы, связанные с огромной трудностью управления, не дискретным положением участка зеркала анода и низкой повторяемостью, но все же обеспечивает эффективный способ создания источника распределенного излучения. Кроме того, например, в патентной литературе 2 (документ US 20110075802) и патентной литературе 3 (документ WO 2011/119629) предлагаются источник излучения и способ генерирования распределенного рентгеновского излучения, в которых зеркало анода является очень большим по площади, тем самым снижая проблему перегрева зеркала анода, и, кроме того, положения участков зеркала анода дискретно фиксированы в матричном расположении, что может создать несколько углов зрения. Кроме того, в качестве холодных катодов используются углеродные нанотрубки, расположенные матрицей, напряжение на сетках катодов используется для управления полевой эмиссией, чтобы, таким образом, управлять каждым катодом для последовательного испускания электронов и их ударения об участки зеркала на аноде в соответствующей последовательности положений, а также получения источника распределенного рентгеновского излучения. Однако остаются не устраненными такие недостатки, как сложный технологический процесс производства, низкая эмиссионная способность и короткий срок службы нанотрубок.

Сущность изобретения

Предлагается решение вышеупомянутых проблем, и целью настоящего изобретения является создание устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью, способного создать несколько углов зрения без движения источника излучения и обеспечить упрощение конструкции и повышение устойчивости и надежности системы, а также эффективности детектирования, и создание КТ-оборудования, содержащего это устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью.

Для достижения вышеупомянутой цели предлагается устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью, отличающееся тем, что содержит вакуумную камеру, уплотненную по периферии и имеющую внутри высокий вакуум; несколько блоков эмиссии электронов, выполненных на стенке вакуумной камеры таким образом, чтобы располагаться обращенными к оси в нескольких рядах в направлении оси криволинейной поверхности на криволинейной поверхности; анод, изготовленный из металла и выполненный в вакуумной камере таким образом, чтобы располагаться на оси; систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, подключенный к аноду, источник питания нити накала, соединенный с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, устройство управления сеткой, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания, при этом анод содержит анодную трубку, изготовленную из металла и выполненную как полая трубка, опорный элемент анода, выполненный на анодной трубке, и поверхность зеркала анода, предусмотренную на наружной поверхности анодной трубки и обращенную к блокам эмиссии электронов.

Кроме того, в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению поверхность зеркала анода представляет собой наклонную плоскость, полученную срезанием части вневписанной окружности анодной трубки.

Кроме того, в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению поверхность зеркала анода образована путем нанесения вольфрама в качестве тяжелого металла или вольфрамового сплава на наклонную поверхность, полученную срезанием части вневписанной окружности анодной трубки.

Кроме того, в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению каждый из блоков эмиссии электронов содержит нить накала, катод, соединенный с нитью накала, изолирующий опорный элемент, имеющий отверстие и окружающий нить накала и катод, выводы нити накала, выходящие с двух концов нити накала, сетку, выполненную над катодом таким образом, чтобы находиться напротив катода, и имеющую поверхность, обращенную к оси, соединительный и фиксирующий элемент, соединенный с изолирующим опорным элементом для установки блоков эмиссии электронов на стенке вакуумной камеры для образования герметичного в отношении вакуума соединения, при этом сетка содержит каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие, выполненное в середине, собственно сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в месте расположения отверстия каркаса сетки, и вывод сетки, выходящий от каркаса сетки; выводы нити накала и вывод сетки проходят через изолирующий опорный элемент и выходят наружу блока эмиссии электронов; выводы нити накала соединены с источником питания нити накала; вывод сетки соединен с устройством управления сеткой.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению соединительные и фиксирующие элементы соединены на наружных краях нижних концов изолирующих опорных элементов, концы катодов блоков эмиссии электронов находятся внутри вакуумной камеры, а концы выводов блоков эмиссии электронов находятся снаружи вакуумной камеры.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению соединительные и фиксирующие элементы соединены на верхних концах изолирующих опорных элементов, а блоки эмиссии электронов полностью находятся снаружи вакуумной камеры.

Кроме того, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению дополнительно содержит охлаждающее устройство; соединительное устройство системы охлаждения, соединенное с двумя концами анода, соединенное с охлаждающим устройством снаружи вакуумной камеры и установленное на боковой поверхности в конце вакуумной камеры, ближнем к аноду, и устройство управления охлаждением, предусмотренное в системе питания и управления и используемое для управления охлаждающим устройством.

Кроме того, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению дополнительно содержит соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с кабелем от высоковольтного источника питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительные устройства источника питания нити накала, используемые для соединения нитей накала с источником питания нити накала; соединительные устройства управления сеткой, используемые для соединения сеток блоков эмиссии электронов с устройством управления сеткой; источник вакуума, содержащийся внутри системы питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и действующее путем использования источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.

Кроме того, в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению матрица с криволинейной поверхностью нескольких блоков эмиссии электронов расположена на кривой в одном направлении, но на прямой линии или сегментной прямой линии в другом направлении.

Кроме того, в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению матрица с криволинейной поверхностью нескольких блоков эмиссии электронов расположена на кривой в одном направлении, но на дуге, сегментной дуге или комбинации прямой линии и дуги в другом направлении.

Кроме того, в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению устройство управления сеткой содержит контроллер, модуль отрицательного высокого напряжения, модуль положительного высокого напряжения и несколько элементов переключения высокого напряжения, при этом каждый из несколько элементов переключения содержит по меньшей мере один конец для управления, два входных конца, один выходной конец; выдерживаемое напряжение на концах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем отрицательного высокого напряжения и модулем положительного высокого напряжения; модуль отрицательного высокого напряжения подает стабильное отрицательное высокое напряжение на один входной конец каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения, а модуль положительного высокого напряжения подает стабильное положительное высокое напряжение на другой входной конец каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения; контроллер независимо управляет каждым из нескольких элементов переключения высокого напряжения; устройство управления сеткой дополнительно содержит несколько выходных каналов сигналов управления; и выходной конец одного из элементов переключения высокого напряжения соединен с одним из выходных каналов сигналов управления.

Предлагается КТ-оборудование, отличающееся тем, что содержит описанное устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью.

Предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью. Устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью содержит несколько блоков эмиссии электронов, анод, вакуумную камеру, соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединительные устройства источника питания нити накала, соединительные устройства устройства управления сеткой, соединительное устройство системы охлаждения, вакуумное устройство, охлаждающее устройство, систему питания и управления и т.п., расположенные на криволинейной поверхности. В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере два ряда блоков эмиссии электронов расположены на криволинейной поверхности (включая цилиндрическую поверхность и кольцевую поверхность) по направлению оси, а анод расположен на оси криволинейной поверхности и имеет внутри трубку, по которой циклически протекает хладагент. Соединительное устройство высоковольтного источника питания, блоки эмиссии электронов, вакуумное устройство и соединительное устройство системы охлаждения установлены на стенке вакуумной камеры и образуют с вакуумной камерой полностью герметичную конструкцию. Под действием нагрева нитей накала катоды испускают электроны, и сетки обычно имеют отрицательное напряжение на уровне сотен вольт относительно катодов, чтобы ограничивать электроны в блоках эмиссии электронов. Система управления вызывает получение сеткой каждого блока эмиссии электронов импульса положительного высокого напряжения на уровне киловольт в соответствии с определенной заданной логикой управления; между сеткой и катодом блока эмиссии электронов создается электрическое поле в переднем полупространстве; электроны быстро летят на сетку и проходят через собственно сетку, чтобы попасть в область электрического поля ускорения высокого напряжения между блоком эмиссии электронов и анодом, и разгоняются электрическим полем от десятков киловольт до нескольких сотен киловольт для получения энергии, при этом в конечном итоге ударяясь об анод для создания рентгеновского излучения. Поскольку имеется несколько независимых блоков эмиссии электронов, расположенных в несколько рядов в направлении оси на криволинейной поверхности, положения, в которых генерируются токи электронных лучей, распределены, и рентгеновское излучение, создаваемое, когда лучи электронов ударяются об анод, распределено по оси.

Предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью (включая цилиндрическую поверхность и кольцевую поверхность) для генерирования рентгеновского излучения, циклически изменяющегося по положениям фокусных точек в соответствии с определенной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. В настоящем изобретении благодаря термоэлектронным катодам, принятым в блоках эмиссии электронов, достигаются преимущества больших токов эмиссии и продолжительного срока службы; благодаря управлению сеткой или управлению катодом для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов достигаются удобство и гибкость; благодаря использованию охлаждения для трубчатого анода снижается проблема перегрева анода; благодаря расположению матрицы с криволинейной поверхностью, принятому для блоков эмиссии электронов, повышается плотность участков зеркала анода; блоки эмиссии электронов могут располагаться либо на цилиндрической поверхности, либо на кольцевой поверхности для образования линейного устройства распределенного рентгеновского излучения или кольцевого устройства распределенного рентгеновского излучения в целом, благодаря чему достигается гибкость применения.

Благодаря применению устройства распределенного рентгеновского излучения согласно изобретению в КТ-оборудовании могут создаваться несколько углов зрения без движения источника излучения, следовательно, движение коллекторного кольца может быть упущено, что является выгодным для упрощения конструкции и повышения устойчивости и надежности системы, а также эффективности детектирования.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 приведено схематическое представление внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению.

На фиг. 2 приведено схематическое представление торца внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению.

На фиг. 3 приведено схематическое представление разных конструкций анодов согласно изобретению.

На фиг. 4 приведено схематическое представление конструкции блока эмиссии электронов согласно изобретению.

На фиг. 5 приведено схематическое представление конструкции еще одного блока эмиссии электронов согласно изобретению.

На фиг. 6 приведено схематическое представление полной компоновки устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению.

На фиг. 7 приведено схематическое представление анода и разных соединительных конструкций системы охлаждения согласно изобретению.

На фиг. 8 приведено схематическое представление конструкции устройства управления сеткой согласно изобретению.

На фиг. 9 приведено схематическое представление взаимного расположения блоков эмиссии электронов и анода в кольцевом устройстве распределенного рентгеновского излучения согласно изобретению.

Перечень позиций на фигурах:

1 – блок эмиссии электронов

2 – анод

E – ток электронного луча

X – рентгеновский луч

la – блок эмиссии электронов (первый ряд)

lb – блок эмиссии электронов (второй ряд)

201 – опорный элемент анода

202 – анодная трубка

203 – поверхность зеркала анода

101 – нить накала

102 – катод

103 – сетка

104 – изолирующий опорный элемент

105 – вывод нити накала

106 – каркас сетки

107 – собственно сетка

108 – вывод сетки

109 – соединительный и фиксирующий элемент

3 – вакуумная камера

4 – соединительное устройство высоковольтного источника питания

5 – соединительное устройство источника питания нити накала

6 – соединительное устройство устройства управления сеткой

7 – система питания и управления

8 – вакуумное устройство

9 – соединительное устройство системы охлаждения

701 – система управления

702 – высоковольтный источник питания

703 – устройство управления сеткой

704 – источник питания нити накала

705 – источник вакуума

706 – устройство управления охлаждением

70301 – контроллер

70302 – модуль отрицательного высокого напряжения

70303 – модуль положительного высокого напряжения

Switch – элемент переключения высокого напряжения

Channel – выходной канал сигналов управления.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Далее приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылками на графические материалы.

На фиг. 1 приведено схематическое представление внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению.

Как показано на фиг. 1—8, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению состоит из нескольких блоков 1 эмиссии электронов (числом по меньшей мере четыре, конкретно именуемых блоками 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, … эмиссии электронов), анода 2, вакуумной камеры 3, соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, соединительных устройств 5 источника питания нити накала, соединительных устройств 6 устройства управления сеткой, вакуумного устройства 8, соединительного устройства 9 системы охлаждения, охлаждающего устройства 10 и системы 7 питания и управления, при этом блоки 1 эмиссии электронов расположены обращенными к оси O в нескольких рядах в направлении оси на криволинейной поверхности и, кроме того, анод 2 расположен на оси O криволинейной поверхности. Блоки 1 эмиссии электронов, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания, вакуумное устройство 8 и соединительное устройство 9 системы охлаждения 4 установлены на стенке вакуумной камеры 3 и образуют с вакуумной камерой 3 полностью герметичную конструкцию; анод 2 установлен в вакуумной камере.

Кроме того, криволинейная поверхность, описанная выше, включает цилиндрическую поверхность и кольцевую поверхность. На фиг. 2 приведено схематическое представление торца внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно настоящему изобретению, и, в частности, на фиг. 2 приведено схематическое представление внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с цилиндрической поверхностью. Блоки 1 эмиссии электронов расположены в несколько рядов в направлении оси на цилиндрической поверхности, и верхние поверхности (поверхности эмиссии электронов) блоков 1 эмиссии электронов обращены к оси O. Анод 2 расположен на оси O цилиндра. Как правило, блоки 1 эмиссии электронов имеют одинаковый низкий потенциал; анод 2 имеет высокий потенциал; между анодом 2 и блоками 1 эмиссии электронов создаются положительные электрические поля, сходящиеся от поверхности каждого блока 1 эмиссии электронов к оси анода 2; токи Е электронных лучей движутся от блоков 1 эмиссии электронов к оси анод 2 и ударяются об анод 2, чтобы в конечном итоге создавать рентгеновское излучение.

Кроме того, вышеупомянутые блоки 1 эмиссии электронов расположены обращенными к оси в несколько рядов в направлении оси на криволинейной поверхности, и несколько рядов блоков эмиссии электронов либо могут быть выровненными в переднем и заднем рядах, либо могут располагаться в разбежку в положениях переднего и заднего рядов, как рекомендовано, чтобы положения, в которых электронные лучи, испускаемые блоками эмиссии электронов, ударяются об анод, не совпадали.

Кроме того, анод 2 имеет конструкцию полой трубки, позволяющую хладагенту протекать внутри него. На фиг. 3 показана конструкция анода и его опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением. Анод 2 состоит из опорного элемента 201 анода, анодной трубки 202 и поверхности 203 зеркала анода. Опорный элемент 201 анода установлен на анодной трубке 202 и соединен с верхним концом (малым концом) соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания для опоры и фиксации анода 2. Анодная трубка 202 представляет собой основной элемент анода 2 с двумя концами, соединенными соответственно с одними концами двух соединительных устройств 9 системы охлаждения, и анодная трубка 202 внутренне сообщается с соединительными устройствами 9 системы охлаждения, чтобы стать каналом для циклического потока хладагента. Для анодной трубки 202, которая имеет несколько видов конструкции, при этом рекомендуется трубка круглого сечения, обычно применяется металлический материал, стойкий к высокой температуре. Кроме того, в некоторых случаях, например в случае, если анод имеет меньшую теплотворную способность, анод 2 может также иметь столбчатую конструкцию неполой трубки. Кроме того, поверхность 203 зеркала анода находится в положении, в котором электронные лучи ударяются об анодную трубку 202, и имеет несколько конструкций мелкоразмерных структур; например, как показано на фиг. 3(1), поверхность вневписанной окружности анодной трубки 202 представляет собой положение, в котором ударяются электронные лучи, и в таких случаях для анодной трубки 202 полностью используется материал из тяжелого металла, стойкий к высокой температуре, например вольфрам или вольфрамовый сплав; как показано на фиг. 3(2), часть вневписанной окружности анодной трубки 202 срезана для образования небольшой наклонной плоскости, которая становится положением, в котором ударяются электронные лучи, и наклонное направление наклонной плоскости представляет собой направление выхода доступного рентгеновского излучения; такое решение в отношении конструкции обеспечивает вывод доступного рентгеновского излучения в постоянном направлении; предпочтительно, как показано на фиг. 3(3), наружная поверхность анодной трубки 202 специально разработана таким образом, чтобы иметь поверхность 203 зеркала анода, для которой используется материал из тяжелого металла, стойкий к высокой температуре, например вольфрам или вольфрамовый сплав, с толщиной не менее 20 мкм (микрометров); поверхность 203 зеркала анода зафиксирована на небольшой наклонной плоскости, механически выполненной на наружном крае анодной трубки 202, посредством гальваностегии, склеивания, сварки и т.п.; в таких случаях для анодной трубки 202 может использоваться материал из обычного металла, что снижает стоимость.

На фиг. 4 показана конкретная конструкция блока 1 эмиссии электронов, а конкретнее, это вариант, в котором катод 102 и сетка 103 объединены, и сетка 103 используется для управления. В этом случае блок 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 104, выводы 105 нити накала и соединительный и фиксирующий элемент 109, и, кроме того, сетка 103 состоит из каркаса 106 сетки, собственно сетки 107 и вывода 108 сетки. На фиг. 4 положения, в которых находятся нить 101 накала, катод 102, сетка 103 и т.п., определены как катодный конец блока 1 эмиссии электронов, а положение, в котором находится соединительный и фиксирующий элемент 109, определено как выводной конец блока 1 эмиссии электронов. Катод 102 соединен с нитью 101 накала, при этом в качестве нити 101 накала обычно используется вольфрамовая нить накала, а для катода 102 обычно используются материалы с высокой способностью в части термоэлектронной эмиссии электронов, такие как оксид бария, соли скандия и гексаборид лантана. Изолирующий опорный элемент 104, окружающий нить 101 накала и катод 102, эквивалентен оболочке блока 1 эмиссии электронов, и для него используется изоляционный материал, обычно представляющий собой керамику. Выводы 105 нити накала и вывод 108 сетки проходят через изолирующий опорный элемент 104 и выходят из выводного конца блока 1 эмиссии электронов; между выводами 105 нити накала, а также выводом 108 сетки и изолирующим опорным элементом 104 присутствует вакуумная герметичная конструкция. Сетка 103 установлена на верхнем конце изолирующего опорного элемента 104 (т.е. выполнена на отверстии изолирующего опорного элемента 104) и находится напротив катода 102; центр сетки 103 и центр катода 102 выровнены в вертикальном направлении; сетка 103 содержит каркас 106 сетки, собственно сетку 107 и вывод 108 сетки, при этом каркас 106 сетки, собственно сетка 107, вывод 108 сетки изготовлены из металла, обычно из нержавеющей стали для каркаса 106 сетки, молибдена для собственно сетки 107 и нержавеющей стали или материала ковар для вывода 108 сетки.

Кроме того, в частности, в отношении конструкции сеток 103, каждая сетка 103 имеет основной элемент из металлической пластинки (например, из нержавеющей стали), т.е. каркас 106 сетки, имеющий отверстие, выполненное посредине, при этом форма отверстия может быть квадратной или круглой и т.п.; металлическая проволочная сетка (например, из молибдена), т.е. собственно сетка 107, закреплена в месте расположения отверстия; один вывод (например, из нержавеющей стали), т.е. вывод 108 сетки, выходит из определенного положения металлической пластинки, позволяя подсоединить сетку 103 к потенциалу. Кроме того, сетка 103 находится прямо над катодом 102; центр отверстия сетки 103 выровнен с центром катода 102 (т.е. оба центра находятся на одной вертикальной линии); форма отверстия соответствует форме катода 102, но размер отверстия меньше площади катода 102. Однако конструкция сеток 103 не ограничивается вышеописанной конструкцией, пока токи электронных лучей могут проходить через сетки 103. Кроме того, сетки 103 и катоды 102 закреплены в положении напротив друг друга в изолирующих опорных элементах 104.

Кроме того, в частности, в отношении конструкции соединительных и фиксирующих элементов 109, рекомендуется, чтобы каждый соединительный и фиксирующий элемент 109 имел основной элемент в виде круглого фланца с ножевой опорой с отверстием, выполненным посредине; форма отверстия может быть квадратной или круглой и т.п.; наружные края на нижних концах изолирующих опорных элементов 104 в местах отверстий находятся в герметичном соединении (например, соединении сваркой); в наружных краях фланцев с ножевой опорой выполнены отверстия под винты, чтобы блоки 1 эмиссии электронов могли крепиться на стенке вакуумной камеры 3 болтовым соединением, при этом образуется вакуумное герметичное соединение между ножевыми опорами фланцев и стенкой вакуумной камеры 3 (в этом случае концы катодов блоков 1 эмиссии электронов находятся внутри вакуумной камеры, а выходные концы блоков 1 эмиссии электронов находятся снаружи вакуумной камеры). Эта конструкция является гибкой и легко отсоединяется и при отказе одного из нескольких блоков 1 эмиссии электронов может гибко заменяться. Следует отметить, что функция соединительных и фиксирующих элементов 109 заключается в обеспечении герметичного соединения между изолирующими опорными элементами 104 и вакуумной камерой 3, и доступны также различные гибкие средства, такие как сварка с металлическим фланцем как переход, или герметичное соединение, реализованное посредством высокотемпературного плавления стекла, или сварка между металлизированной керамикой и металлом и т.п.

На фиг. 5 показана особая конструкция еще одного блока 1 эмиссии электронов. Блок 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 104, выводы 105 нити накала, каркас 109 сетки и соединительный и фиксирующий элемент 109. Катод 102 и нить 101 накала соединены; сетка 103 находится прямо над катодом 102 и идентична катоду 102 по внешней форме и плотно прижата к верхней поверхности катода 102; изолирующий опорный элемент 104 окружает нить 101 накала и катод 102; выводы 105 нити накала выходят от двух концов нити 101 накала, а вывод 108 сетки, выходящий от сетки 103, проходит через изолирующий опорный элемент 104 и далее наружу блока 1 эмиссии электронов; и между выводами нити накала, а также выводом 108 сетки и изолирующим опорным элементом 104 присутствует вакуумная герметичная конструкция. В таких случаях соединительный и фиксирующий элемент 109 присоединен на верхнем конце изолирующего опорного элемента 104, и блок 1 эмиссии электронов полностью находится снаружи вакуумной камеры 3.

Кроме того, блок 1 эмиссии электронов может представлять собой или конструкцию, выполненную как одно целое, или конструкцию с раздельными катодом 102 и сеткой 103, и рабочее состояние блока 1 эмиссии электронов может управляться посредством либо катода 102, либо сетки 103.

На фиг. 6 показана конструкция, выполненная как одно целое, устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью. В этом случае вакуумная камера 3 представляет собой оболочку полости, уплотненную по периферии и имеющую внутри высокий вакуум; блоки 1 эмиссии электронов используются для генерирования токов электронных лучей, как требуется, и установлены на стенке вакуумной камеры 3; анод 2 используется для создания электрических полей высокого напряжения и генерирования рентгеновского излучения и установлен внутри вакуумной камеры 3; соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания используется для соединения анода 2 и кабеля от высоковольтного источника 702 питания и установлено на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры 3, ближнем к аноду 2; соединительные устройства 9 системы охлаждения используются для соединения двух концов анода 2; охлаждающее устройство 10 присоединено снаружи вакуумной камеры 3 для создания контура потока хладагента и установлено на боковой поверхности в одном конце вакуумной камеры 3, ближнем к аноду 2; соединительные устройства 5 источника питания нити накала используются для соединения выводов 101 нити накала и источника 704 питания нити накала и обычно представляют собой несколько многожильных кабелей с соединителями на обоих концах; соединительные устройства 6 устройства управления сеткой используются для соединения сетки 103 блоков 1 эмиссии электронов и устройства 703 управления сеткой и обычно представляют собой несколько коаксиальных кабелей с соединителями на обоих концах; а вакуумное устройство 8 используется для поддерживания высокого вакуума в вакуумной камере 3 и установлено на боковой стенке вакуумной камеры 3.

Кроме того, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания имеет конструкцию конической формы с большим концом, герметично соединенным с вакуумной камерой 3, и малым концом, соединенным с анодом 2; для соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания обычно принимаются керамические и другие вакуум-изолирующие материалы; после того как два конца соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания металлизированы, большой конец и стенка вакуумной камеры 3 свариваются для образования герметичной конструкции; малый конец после металлизации приваривается к фланцу; анод установлен и прикреплен на фланце посредством опорного элемента 201 анода. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания имеет внутри полую трубку с поверхностью конусной формы с закрытым малым концом и предусмотренным в центре высоковольтным выводом, соединенным с фланцем. Вилка специальной формы высоковольтного кабеля может входить в трубку с поверхностью конусной формы с большого конца соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания для соединения с высоковольтным выводом.

Кроме того, охлаждающее устройство 10 как система охлаждения с постоянной температурой содержит по меньшей мере циркуляционный насос и систему охлаждения и работает под управлением устройства 706 управления охлаждением. Циркуляционный насос используется для создания циклического потока хладагента в герметичном контуре, образованном анодной трубкой 202, соединительными устройствами 9 системы охлаждения и охлаждающим устройством 10. Система охлаждения используется для управления циклическим потоком хладагента и сброса тепла и тем самым для возможного снижения температуры хладагента. Устройство 706 управления охлаждением используется для управления работой охлаждающего устройства 10 и предусматривает поддержание хладагента, протекающего из охлаждающего устройства 10, при постоянной температуре, поддержание достаточного давления и расхода, определение температуры хладагента и передачу обратной связью сигнал неисправности в старшее устройство 701 управления в реальном времени в случае аномального расхода или аномальной температуры или в случае других отказов охлаждающего устройства.

Кроме того, для соединительных устройств 9 системы охлаждения обычно используются вакуум-изолирующие материалы, такие как керамика или стекло. Число соединительных устройств 9 системы охлаждения обычно равно двум; один конец каждого соединительного устройства 9 системы охлаждения герметично соединен с вакуумной камерой 3 и может соединяться с охлаждающим устройством 10 трубкой снаружи вакуумной камеры 3; а другой конец каждого соединительного устройства системы охлаждения соединен с двумя концами анода 2 соответственно в вакуумной камере 3. Соединительные устройства 9 системы охлаждения могут иметь конструкцию конической формы, обычную трубчатую конструкцию или спиральную трубчатую конструкцию; рекомендуется стеклянная спиральная трубчатая конструкция.

Кроме того, на фиг. 7 приведено схематическое представление разных конструкций соединительных устройств 9 системы охлаждения. Как показано на фиг. 7(1), соединительные устройства 9 системы охлаждения имеют такую же конструкцию конической формы, как конструкция соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, и могут изготавливаться из керамических материалов; два конца соединительных устройств системы охлаждения металлизированы; металлизированный край каждого большого конца приварен к вакуумной камере 3 для образования вакуумной герметичной конструкции; а металлизированный край каждого малого конца приварен к концевой головке анода 2 для образования внутри канала для потока хладагента в нем. Как показано на фиг. 7(2), соединительные устройства 9 системы охлаждения представляют собой обычные трубки и могут изготавливаться из керамических или стеклянных материалов; один конец каждого соединительного устройства 9 системы охлаждения плотно соединен с вакуумной камерой 3 для образования вакуумной герметичной конструкции, а другой конец каждого соединительного устройства 9 системы охлаждения соединен с анодом 2 для образования внутри канала для потока хладагента в нем. Как показано на фиг. 7(3), каждое соединительное устройство 9 системы охлаждения предпочтительно имеет спиральную конструкцию, созданную наматыванием обычной трубки, например спиральной стеклянной трубки; один конец каждого соединительного устройства 9 системы охлаждения плотно соединен с вакуумной камерой 3 для образования вакуумной герметичной конструкции, а другой конец каждого соединительного устройства 9 системы охлаждения соединен с анодом 2 для образования внутри канала для потока хладагента в нем. В ограниченном пространстве спиральная трубка имеет большую длину, тем самым повышая изолирующую способность и способность выдерживать напряжения.

Кроме того, хладагент представляет собой текучий высоковольтный изоляционный материал, например трансформаторное масло (высоковольтное изоляционное масло) или газ гексофлорид серы (SF6), при этом рекомендуется трансформаторное масло.

Кроме того, система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления сеткой, источник 704 питания нити накала, источник вакуума, соединительные устройства 706 системы охлаждения и т.п. Высоковольтный источник 702 питания соединен с анодом 2 соединительным устройством 4 высоковольтного источника питания на стенке вакуумной камеры 3. Устройство 703 управления сеткой соответственно соединено с каждым выводом 106 сетки посредством соединительных устройств 6 устройства управления сеткой, и число наружных путей устройства 703 управления сеткой такое же, как число наружных путей выводов 108 сетки. Источник 704 питания нити накала соответственно соединен с каждым выводом 105 нити накала посредством соединительных устройств 5 источника питания нити накала; число групп независимых выводов 105 нити накала, обычно предусматриваемое, такое же, как и блоков 1 эмиссии электронов (то есть, как уже отмечалось, каждый блок эмиссии электронов имеет группу из двух выводов нити накала, соответственно, соединенных с двумя концами нити накала); и источник 704 питания нити накала содержит выходные цепи, число которых такое же, как и число выводов 105 нити накала. Источник 705 вакуума соединен с вакуумным устройством 8, и соединительные устройства 706 системы охлаждения соединены с охлаждающим устройством 10. Система 701 управления осуществляет контроль и полное управление рабочими состояниями высоковольтного источника 702 питания, устройства 703 управления сеткой, источника 704 питания нити накала, источника 705 вакуума и устройства 706 управления охлаждением.

Кроме того, как показано на фиг. 8, устройство 703 управления сеткой содержит контроллер 70301, модуль 70302 отрицательного высокого напряжения, модуль 70303 положительного высокого напряжения и несколько элементов switch1, switch2, switch3 и switch4, ... переключения высокого напряжения. Каждый из нескольких элементов переключения высокого напряжения содержит по меньшей мере один конец для управления (C), два входных конца (In1 и In2) и один выходной конец (Out), и выдерживаемое напряжение на всех концах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем 70302 отрицательного высокого напряжения и модулем 70303 положительного высокого напряжения (то есть, если выходное отрицательное высокое напряжение равно -500 В, а выходное положительное высокое напряжение равно +2000 В, выдерживаемое напряжение на всех концах по меньшей мере больше 2500 В). Контроллер 70301 содержит несколько путей независимых выходов, при этом каждый путь соединен с концом для управления одного элемента переключения высокого напряжения. Модуль 70302 отрицательного высокого напряжения подает стабильное выходное отрицательное высокое напряжение величиной обычно несколько сотен вольт отрицательного напряжения в пределах от 0 до -10 кВ (рекомендуется -500 В), и отрицательное высокое напряжение подсоединено к одному входному концу каждого элемента переключения высокого напряжения; кроме того, модуль 70303 положительного высокого напряжения подает стабильное выходное положительное высокое напряжение величиной обычно несколько сотен вольт положительного напряжения в пределах от 0 до +10 кВ (рекомендуется +2000 В), и положительное высокое напряжение подсоединено к другому входному концу каждого элемента переключения высокого напряжения. Выходной конец каждого из элементов переключения высокого напряжения соответственно соединен с одним из выходных каналов channel1a, channel1b, channel2a, channel2b, channel3a, channel3b, … сигналов управления для объединения, чтобы создать несколько путей сигналов управления для выдачи. Контроллер 70301 управляет рабочим состоянием каждого элемента переключения высокого напряжения, чтобы сигнал управления каждого выходного канала был либо отрицательным высоким напряжением, либо положительным высоким напряжением соответственно.

Кроме того, система 7 питания и управления может регулировать величину тока каждой выходной цепи источника 704 питания нити накала при разных условиях использования, тем самым регулируя температуру нагрева каждой нити 101 накала для каждого катода 102 для изменения величины тока эмиссии каждого блока 1 эмиссии электронов и в конечном итоге для регулирования интенсивности рентгеновского излучения, испускаемого каждый раз. Кроме того, положительное высокое напряжение каждого выходного канала устройства 703 управления сеткой может регулироваться и для управления мощностью сигнала, тем самым изменяя величину тока эмиссии каждого блока 1 эмиссии электронов и в конечном итоге для регулирования интенсивности рентгеновского излучения, испускаемого каждый раз. Кроме того, для гибкого управления могут также программироваться временная последовательность работы и комбинационный режим работы каждого блока 1 эмиссии электронов.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению ось может быть прямой линией или дугой для образования линейного устройства распределенного рентгеновского излучения или кольцевого устройства распределенного рентгеновского излучения в целом, тем самым отвечая разным требованиям конкретного случая применения. На фиг. 9 показана схема эффекта расположения блоков эмиссии электронов и анода в кольцевом устройстве распределенного рентгеновского излучения. Анод 2 расположен на плоской окружности; блоки 1 эмиссии электронов расположены ниже анода 2; и два ряда блоков 1 эмиссии электронов расположены по окружности в направлении анода 2 и одновременно расположены на дугообразной поверхности с центром анода 2 в качестве оси, то есть поверхность сетки 103 каждого блока 1 эмиссии электронов обращена к оси анода 2. Токи Е электронных лучей эмитируются с поверхностей сеток 103 блоков 1 эмиссии электронов и ускоряются электрическими полями высокого напряжения между анодом 2 и блоками 1 эмиссии электронов для ударения о поверхность зеркала нижнего края анода 2 и образования участков зеркала для рентгеновского излучения с кольцевым расположением на аноде 2; и доступное рентгеновское излучение направлено в центр круга окружности, на которой расположен анод 2, в направлении выхода. Вакуумная камера 3 кольцевого устройства распределенного рентгеновского излучения соответствует расположению блоков 1 эмиссии электронов и форме анода, а также имеет кольцевую конструкцию. Кольцевое устройство распределенного рентгеновского излучения может быть либо полным кольцом, либо сегментным кольцом и, таким образом, может применяться в случаях, требующих кольцевого расположения источников излучения.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению матрица блоков эмиссии электронов может быть в два или более ряда.

Кроме того, следует особенно отметить, что в описании блоков эмиссии электронов в настоящей заявке «независимый» означает, что каждый блок эмиссии электронов обладает независимой способностью испускать ток электронного луча и может быть отдельной конструкцией или определенной связанной соединительной конструкцией в конкретной конструкции.

Кроме того, следует особенно отметить, что в описании устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению «криволинейная поверхность» относится к различным видам криволинейных поверхностей, включая цилиндрическую поверхность, кольцевую поверхность, эллиптическую поверхность или криволинейную поверхность, образованную сегментными прямыми линиями, например криволинейную поверхность, образованную правильной многоугольной столбчатой поверхностью или сегментными дугообразными линиями, но рекомендуется вышеописанная цилиндрическая или кольцевая поверхность.

Кроме того, следует особенно отметить, что в описании настоящего изобретения «ось» означает реальную или формальную ось различных видов криволинейных поверхностей, на которых расположены блоки эмиссии электронов, например ось цилиндрической поверхности означает центральную ось цилиндра, ось кольцевой поверхности означает центральную ось внутри кольца, ось эллиптической криволинейной поверхности означает параксиальную ось указанного сегмента эллипса, а ось правильной многоугольной столбчатой поверхности означает ось, образованную центром правильного многоугольника.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению сечение внутренней трубки анода может представлять собой круглое отверстие, квадратное отверстие, многоугольное отверстие, отверстие с формой зубчатого колеса с внутренними зубьями с конструкцией охлаждающих ребер или может быть других форм, способных увеличить площадь теплового излучения.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению матрица с криволинейной поверхностью блоков эмиссии электронов расположена на кривой линии в одном направлении расположения и на прямой линии, сегментной прямой линии, дугообразной линии, сегментной дугообразной линии или комбинации сегмента прямой линии и сегмента дугообразной линии в другом направлении расположения.

Следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению матрица с криволинейной поверхностью блоков эмиссии электронов может располагаться с одинаковым интервалом в обоих из двух направлений, или с одинаковым интервалом в каждом направлении с разным интервалом в двух направлениях, или с одинаковым интервалом в одном направлении, но неодинаковым интервалом в другом направлении, или с неодинаковым интервалом в обоих из двух направлений.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению наружная форма вакуумной камеры может представлять собой кубоид, цилиндр или кольцеобразное тело в целом и может также представлять собой другие структуры без влияния на относительное расположение блоков эмиссии электронов и анодом в целом.

Варианты осуществления

(Состав системы)

Как показано на фиг. 1—8, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью или, в частности, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с цилиндрической поверхностью состоит из нескольких блоков 1 эмиссии электронов, анода 2, вакуумной камеры 3, соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, соединительных устройств 5 источника питания нити накала, соединительных устройств 6 устройства управления сеткой, вакуумного устройства 8, соединительных устройств 9 системы охлаждения, охлаждающего устройства 10 и системы 7 питания и управления. Несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены обращенными к оси в двух рядах в направлении оси на цилиндрической поверхности и установлены на стенке вакуумной камеры, а анод 2 расположен на оси цилиндра и окружен вакуумной камерой 3. Анод 2 имеет конструкцию полой трубки, позволяющую хладагенту протекать внутри него. Анод 2 состоит из опорного элемента 201 анода, анодной трубки 202 и поверхности 203 зеркала анода. Анодная трубка 202 представляет собой основной элемент анода 2 и имеет определенную длину, например 30-100 см (сантиметров). Опорный элемент 201 анода 201 находится на задней поверхности средней секции анодной трубки 202 и соединен с верхним концом (малым концом) соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания для опоры и фиксации анода 2. Два конца анодной трубки 202 соответственно соединены с одними концами двух соединительных устройств 9 системы охлаждения; и анодная трубка 202 внутренне сообщается с соединительным устройством 9 системы охлаждения, чтобы стать каналом для циклического потока хладагента. Хладагент представляет собой трансформаторное масло с изолирующим свойством при высоких напряжениях. Часть нижнего края вневписанной окружности анодной трубки 202 обрезана для образования небольшой наклонной плоскости, на которой предусмотрена поверхность 203 зеркала анода, используемая для приема удара электронных лучей, генерирования рентгеновского излучения и обеспечения постоянства доступного рентгеновского излучения в направлении выхода. Поверхность 203 зеркала анода выполнена из вольфрама, имеет толщину 200 мкм (микрометров) и прикреплена путем гальваностегии. Кроме того, электроны ударяются об анод для генерирования рентгеновского излучения, испускаемого стереоскопически в зоне 360 градусов. Однако при использовании может использоваться лишь часть рентгеновского излучения в определенном направлении, называемая доступным рентгеновским излучением. Каждый из блоков 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 104, выводы 105 нити накала и соединительный и фиксирующий элемент 109, при этом сетка 103 состоит из каркаса 106 сетки, собственно сетки 107 и вывода 108 сетки. Блоки 1 эмиссии электронов расположены двумя длинными рядами ниже поверхности 203 зеркала анода в направлении длины анода 2; например, первый ряд состоит соответственно из следующих блоков: 11a, 12a, 13a, …; а второй ряд состоит соответственно из следующих блоков: 11b, 12b, 13b, ....; и верхняя поверхность (поверхность сетки 103) каждого блока 1 эмиссии электронов обращена к аноду 2, то есть два ряда блоков 1 эмиссии электронов находятся не на одной плоскости, а на цилиндрической поверхности с анодом 2 в качестве оси. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания установлено в одном конце вакуумной камеры 3, ближнем к аноду 2, и соединено с анодом 2 в вакуумной камере 3 и снаружи соединено с высоковольтным источником питания; соединительные устройства 5 источника питания нити накала соединяют выводы 105 нити накала каждого блока 1 эмиссии электронов с источником 704 питания нити накала. Соединительные устройства 5 источника питания нити накала представляют собой несколько двужильных кабелей с соединителями на обоих концах. Соединительные устройства 6 устройства управления сеткой соединяют выводы 108 сеток всех блоков 1 эмиссии электронов с устройством 703 управления сеткой. Соединительные устройства 6 устройства управления сеткой представляют собой несколько высоковольтных коаксиальных кабелей с соединителями на обоих концах. Вакуумное устройство 8 установлено на боковой стенке вакуумной камеры 3. Два соединительных устройства 9 системы охлаждения установлены в одном конце вакуумной камеры 3, ближнем к аноду, и соответственно соединены с двумя концами анода 2 внутри вакуумной камеры 3 и соединены с охлаждающим устройством 10 снаружи вакуумной камеры 3. Блоки 1 эмиссии электронов, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания, вакуумное устройство 8 и соединительное устройство 9 системы охлаждения образуют с вакуумной камерой 3 полностью герметичную конструкцию. Система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления сеткой, источник 704 питания нити накала, источник 705 вакуума, соединительные устройства 706 системы охлаждения и несколько других модулей и соединена с нитями 101 накала и сетками 103 нескольких блоков 1 эмиссии электронов, а также с анодом 2, вакуумным устройством 9 и охлаждающим устройством 10 системы силовыми и контрольными кабелями.

(Принцип действия)

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с матрицей с цилиндрической поверхностью согласно изобретению система 7 питания и управления управляет источником 704 питания нити накала, устройством 703 управления сеткой, высоковольтным источником 702 питания и т.п. Под действием источника 704 питания нити накала нити 101 накала нагревают катоды 102 до температуры 1000 - 2000, и на поверхностях катодов 102 генерируется большое количество электронов; устройство 703 управления сеткой обеспечивает прикладывание к каждой сетке 103 отрицательного напряжения, например, -500 В, и между сеткой 103 и катодом каждого блока 1 эмиссии электронов создается отрицательное электрическое поле, ограничивающее электроны на поверхностях катодов 102; и высоковольтный источник 702 питания обеспечивает прикладывание к аноду 2 очень высокого положительного высокого напряжения, например, +180 кВ, и между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 образуются положительные электрические поля ускорений. В случаях, если необходима генерация рентгеновского излучения, система 7 питания и управления обеспечивает переключение выхода устройства 703 управления сеткой с отрицательного напряжения на положительное напряжение по команде или введенной в память программе и изменяет каждый путь выходных сигналов в соответствии с временной последовательностью. Например, в момент времени 1 выходной канал channel1a устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, электрическое поле между сеткой 103 и катодом 102 в соответствующем блоке 11s эмиссии электронов изменяется на положительное электрическое поле, электроны движутся к сетке 103 с поверхности катода 102, проходят через собственно сетку 107 и попадают в электрическое поле в переднем полупространстве между блоком 11а эмиссии электронов и анодом 2, где разгоняются и приобретают высокую энергию, чтобы в конечном итоге удариться о поверхность 203 зеркала анода для генерирования рентгеновского излучения в положении зеркала 21a анода; в момент времени 2 выходной канал channel1b устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 11b эмиссии электронов испускает электроны для ударения о поверхность 203 зеркала анода и обеспечения эмиссии рентгеновского излучения в положении зеркала 21b анода; в момент времени 3 выходной канал channel2a устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 12а эмиссии электронов испускает электроны для ударения о поверхность 203 зеркала анода и обеспечения эмиссии рентгеновского излучения в положении зеркала 22a анода; в момент времени 4 выходной канал channel2b устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 12b эмиссии электронов испускает электроны для ударения о поверхность 203 зеркала анода и обеспечения эмиссии рентгеновского излучения в положении зеркала 22b анода и т. д., затем рентгеновское излучение генерируется в положении 23a, затем рентгеновское излучение генерируется в положении 23b , ..., и далее по кругу. Таким образом, с использованием управления сеткой система управления обеспечивает работу каждого блока 1 эмиссии электронов по очереди в соответствии с заданной временной последовательностью для испускания электронного луча, и, кроме того, рентгеновское излучение генерируется в разных положениях поверхности 203 зеркала анода по очереди, что создает источник распределенного рентгеновского излучения.

Газы, высвобождаемые поверхностью 203 зеркала анода, когда о поверхность 203 зеркала анода ударяются токи электронных лучей, отводятся в реальном времени вакуумным устройством 8 для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3, что является выгодным для долгосрочной стабильной работы. Когда о поверхность 203 зеркала анода ударяются токи электронных лучей, она выделяет большое количество тепла, и ее температура повышается; и тепло быстро проводится в анодную трубку 202 и отбирается хладагентом, циркулирующим внутри анодной трубки 202, благодаря чему поверхность 203 зеркала анода поддерживается при не очень высокой температуре. Помимо управления каждым источником питания для приведения каждого компонента в совместную работу в соответствии с введенной в память программой и получения сигналов, передаваемых обратной связью высоковольтным источником питания, источником вакуума, устройством управления охлаждением и т.п. для централизационного управления, система управления может одновременно получать внешнюю команду через коммуникационный порт и человеко-машинный интерфейс, изменять и устанавливать ключевые параметры системы, обновлять программу и выполнять автоматическое управление и регулирование.

Кроме того, при применении устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению для КТ-оборудования КТ-оборудование может обрести высокую системную устойчивость и надежность, и высокую эффективность детектирования.

(Эффекты)

Предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью (включая цилиндрическую поверхность и кольцевую поверхность), генерирующее рентгеновское излучение, периодически изменяющееся в положениях фокусных точек в соответствии с определенной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. В настоящем изобретении благодаря термоэлектронным катодам, принятым в блоках эмиссии электронов, достигаются преимущества больших токов эмиссии и продолжительного срока службы; благодаря управлению сеткой или управлению катодом для управления рабочего состояния каждого блока эмиссии электронов достигаются удобство и гибкость; благодаря использованию охлаждения для трубчатого анода снижается проблема перегрева анода; благодаря расположению матрицы с криволинейной поверхностью, принятому для блоков эмиссии электронов, повышается плотность участков зеркала анода; и расположение на криволинейной поверхности блоков эмиссии электронов может быть либо на цилиндрической поверхности, либо на кольцевой поверхности для образования линейного устройства распределенного рентгеновского излучения или кольцевого устройства распределенного рентгеновского излучения в целом, благодаря чему достигается гибкость применения.

Кроме того, благодаря применению устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью согласно изобретению в КТ-оборудовании могут создаваться несколько углов зрения без движения источника излучения, следовательно, движение коллекторного кольца может быть опущено, что является выгодным для упрощения конструкции и повышения стабильности и надежности системы, а также эффективности детектирования.

Как уже отмечалось, описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения, но настоящее изобретение ими не ограничивается, и следует понимать, что возможны различные изменения в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

Изобретение относится к области рентгенотехники. Устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью содержит вакуумную камеру (3), уплотненную по периферии и имеющую внутри высокий вакуум; несколько блоков (1) эмиссии электронов, выполненных на стенке вакуумной камеры (3) так, что они расположены обращенными к оси в нескольких рядах в направлении оси криволинейной поверхности на криволинейной поверхности; анод (2), изготовленный из металла и выполненный в вакуумной камере (3) так, что он расположен на оси, а также содержащий анодную трубку (202) и поверхность (203) зеркала анода; и систему (7) питания и управления, содержащую высоковольтный источник (702) питания, соединенный с анодом (2), источник (704) питания нити накала, соединенный с каждым из нескольких блоков (1) эмиссии электронов (1), устройство (703) управления сеткой, соединенное с каждым из нескольких блоков (1) эмиссии электронов, и систему (701) управления, используемую для управления каждым источником питания. Технический результат - упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство рентгеновского излучения, отличающееся тем, что содержит:

вакуумную камеру, уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум;

анод, имеющий криволинейную поверхность и расположенный в вакуумной камере, при этом через центр анода и параллельно указанной криволинейной поверхности проходит продольная ось анода; и

несколько блоков эмиссии электронов, содержащих нить накала и сетку, и расположенных на стенке вакуумной камеры в нескольких рядах, параллельных продольной оси анода, при этом указанные несколько блоков эмиссии электронов обращены к криволинейной поверхности анода.

2. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что устройство рентгеновского излучения дополнительно содержит систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, подключенный к аноду, источник питания нити накала, соединенный с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, устройство управления сеткой, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания; и

анод содержит анодную трубку, изготовленную из металла и имеющую форму полой трубки, опорный элемент анода, выполненный на анодной трубке, и поверхность зеркала анода, выполненную на наружной поверхности анодной трубки и обращенную к блокам эмиссии электронов.

3. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

поверхность зеркала анода представляет собой наклонную плоскость, полученную срезанием части вневписанной окружности анодной трубки.

4. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

поверхность зеркала анода образована путем нанесения вольфрама в качестве тяжелого металла или вольфрамового сплава на наклонную поверхность, полученную срезанием части вневписанной окружности анодной трубки.

5. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 2-4, отличающееся тем, что

блоки эмиссии электронов дополнительно содержат катод, соединенный с нитью накала; изолирующий опорный элемент, имеющий отверстие и окружающий нить накала и катод; вывод нити накала, выходящий с двух концов нити накала; соединительный и фиксирующий элемент, соединенный с изолирующим опорным элементом для установки блоков эмиссии электронов на стенке вакуумной камеры для образования герметичного в отношении вакуума соединения, при этом

сетка выполнена над катодом так, что она находится напротив катода, и содержит каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие, выполненное в середине, собственно сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в месте расположения отверстия каркаса сетки, вывод сетки, выходящий от каркаса сетки;

вывод нити накала и вывод сетки проходят через изолирующий опорный элемент и выходят наружу блока эмиссии электронов; вывод нити накала соединен с источником питания нити накала; вывод сетки соединен с устройством управления сеткой; и поверхность сетки обращена к оси.

6. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что соединительный и фиксирующий элемент соединен с наружным краем нижнего конца изолирующего опорного элемента, конец катода блока эмиссии электронов расположен внутри вакуумной камеры, а конец вывода блока эмиссии электронов расположен снаружи вакуумной камеры.

7. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что соединительный и фиксирующий элемент соединен на верхнем конце изолирующего опорного элемента, а блок эмиссии электронов расположен полностью снаружи вакуумной камеры.

8. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит: охлаждающее устройство; соединительное устройство системы охлаждения, соединенное с анодом, соединенное с охлаждающим устройством снаружи вакуумной камеры и установленное на боковой поверхности в конце вакуумной камеры, ближнем к аноду, и устройство управления охлаждением, предусмотренное в системе питания и управления и используемое для управления охлаждающим устройством.

9. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит:

соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с кабелем от высоковольтного источника питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительное устройство источника питания нити накала, используемое для соединения нити накала с источником питания нити накала; соединительное устройство устройства управления сеткой, используемое для соединения сетки блока эмиссии электронов с устройством управления сеткой; источник вакуума, предусмотренный в системе питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и действующее путем использования источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.

10. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что ось представляет собой прямую линию или сегментную прямую линию.

11. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что ось представляет собой дугу или сегментную дугу.

12. КТ-оборудование, отличающееся тем, что содержит устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-11.