Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования распределенного рентгеновского излучения и, в частности, к устройству распределенного рентгеновского излучения, оснащенному термоэлектронными катодами, предназначенному для генерирования рентгеновского излучения, изменяющегося в положениях фокальных точек в соответствии с заданной последовательностью, посредством управления сетками управления катодами расположенными снаружи несколькими независимыми блоками эмиссии электронов с термоэлектронными катодами, в одном оборудовании источника рентгеновского излучения, а также к КТ-оборудованию, содержащему указанное устройство.
Предпосылки изобретения
В общем, термин «источник рентгеновского излучения» означает оборудование, генерирующее рентгеновское излучение и обычно состоящее из рентгеновской трубки, системы питания и управления и охлаждающих, защитных и других вспомогательных устройств с рентгеновской трубкой как сердечником. Рентгеновская трубка обычно состоит из катода, анода и стеклянной или керамической оболочки (баллона). Катод, непосредственно нагреваемый спиральной вольфрамовой нитью накала, при работе нагревается электрическим током до высокотемпературного состояния, чтобы генерировать термоионный эмиссионный ток электронного пучка, и окружен металлической крышкой, которая имеет на переднем конце решетку канавок и вызывает фокусирование электронов. В торец медного блока как анода встроено вольфрамовое зеркало анода; при работе между катодом и анодом прикладывается высокое напряжение, и электроны, генерируемые катодом, под действием электрического поля движутся с ускорением для полета на анод и ударяются о поверхность зеркала анода, генерируя тем самым рентгеновское излучение.
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, ограниченная 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 нынешнем 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 US4926452) 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 US20110075802) и патентной литературе 3 (документ WO2011/119629) 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 автоэлектронной (полевой) эмиссией, чтобы, таким образом, последовательно управлять каждым катодом для испускания электронов и их ударения об участки зеркала на аноде в соответствующей последовательности положений и получения источника распределенного рентгеновского излучения. Однако остаются не устраненными такие недостатки, как сложный технологический процесс производства, низкая эмиссионная способность и короткий срок службы нанотрубок.
Краткое изложение сущности изобретения
Предлагается решение вышеупомянутых проблем, и целью настоящего изобретения является создание устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, способного создать несколько углов зрения без движения источника излучения и обеспечить упрощение конструкции и повышение устойчивости и надежности системы, а также эффективности детектирования, а также создание КТ-оборудования, содержащего указанное устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами.
Для достижения вышеупомянутой цели предлагается устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, отличающееся тем, что содержит вакуумную камеру, уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум; несколько блоков эмиссии электронов, индивидуально независимых друг от друга и расположенных на боковой стенке вакуумной камеры в линейной матрице; анод, установленный в среднем положении внутри вакуумной камеры и параллельный направлению расположения блоков эмиссии электронов в направлении длины и образующий с плоскостью установки блоков эмиссии электронов угол заданной величины; и систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, соединенный с анодом, устройство управления эмиссией, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания, причем каждый из блоков эмиссии электронов содержит нить накала, катод, соединенный с нитью накала, выводы нити накала, выходящие от двух концов нити накала, изолирующий опорный элемент, окружающий нить накала и катод, фокусирующий электрод, предусмотренный в верхнем конце изолирующего опорного элемента так, чтобы находиться над катодом, и соединительный и фиксирующий элемент, предусмотренный над фокусирующим электродом и герметично соединенный со стенкой вакуумной камеры; и выводы нити накала проходят через изолирующие опорные элементы для соединения с устройством управления эмиссией.
Кроме того, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, дополнительно содержит соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с кабелем высоковольтного источника питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительные устройства для устройства управления эмиссией, использующиеся для соединения нитей накала и устройства управления эмиссией; источник вакуума, включенный внутри системы питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и работающее, используя источник вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, каждый из блоков эмиссии электронов дополнительно содержит сетку, установленную между катодом и фокусирующим электродом и вплотную прилегающую к катоду, и вывод сетки, соединенный с сеткой и проходящий через изолирующий опорный элемент для соединения с устройством управления эмиссией.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, каждый из блоков эмиссии электронов дополнительно содержит фокусирующую секцию, расположенную между фокусирующим электродом и соединительным и фиксирующим элементом; и фокусирующее устройство, выполненное окружающим фокусирующую секцию.
Кроме того, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, дополнительно содержит источник питания фокусирования, включенный в систему питания и управления; и соединительные устройства фокусирующего устройства, используемые для соединения фокусирующих устройств и источника питания фокусирования.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, блоки эмиссии электронов установлены на двух противоположных боковых стенках вакуумной камеры в два ряда.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, вакуумная камера изготовлена из стекла или керамики.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, вакуумная камера изготовлена из металлического материала.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, несколько блоков эмиссии электронов расположены на прямой линии или сегментной прямой линии.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, несколько блоков эмиссии электронов расположены на дуге или сегментной дуге.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, несколько блоков эмиссии электронов расположены одинаковым интервалом.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, несколько блоков эмиссии электронов расположены неодинаковым интервалом.
Кроме того, предлагается КТ-оборудование, отличающееся тем, что используемый источник рентгеновского излучения представляет собой описанное выше устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами.
Предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, для генерирования рентгеновского излучения, периодически изменяющегося в положениях фокальных точек в соответствии с определенной последовательностью в оборудовании источника излучения. По сравнению с другими конструкциями, блоки эмиссии электронов, использующие термоэлектронные катоды в соответствии с настоящим изобретением, обладают преимуществами большого тока эмиссии и продолжительного срока службы; несколько блоков эмиссии электронов, независимо отдельно закреплены на вакуумной камере, и небольшая диодная или триодная электронная пушка может использоваться непосредственно, следовательно, технология отработана, и достигаются низкая стоимость и гибкость применения; благодаря большой удлиненной конструкции анода эффективно снижается проблема перегрева анода, что является выгодным для повышения мощности источника излучения; блоки эмиссии электронов могут располагаться линейно для образования в целом линейного устройства распределения рентгеновского излучения и, кроме того, могут располагаться кольцеобразно для образования в целом кольцеобразного устройства распределения рентгеновского излучения, благодаря чему достигается гибкость применения; и благодаря конструкции фокусирующего электрода и внешнего фокусирующего устройства можно добиться очень малой фокальной точки для электронного пучка. По сравнению с другим оборудованием источника распределенного рентгеновского излучения, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения обладает преимуществами большого тока, пятна пучка на мишени малого диаметра, равномерного распределения и высокой повторяемости положений пятна пучка на мишени, высокой выходной мощности, простой конструкции, удобства управления и низкой стоимости.
Благодаря применению предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения 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 графического материала
На ФИГ. 1 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами.
На ФИГ. 2 приведено схематическое представление относительного положения анода и блоков эмиссии электронов в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 3 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого блока эмиссии электронов.
На ФИГ. 4 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого блока управления эмиссией.
На ФИГ. 5 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого блока эмиссии электронов с сеткой и фокусирующим устройством.
На ФИГ. 6 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого блока эмиссии электронов с управлением сеткой.
На ФИГ. 7 приведено схематическое представление конструкции еще одного предлагаемого блока эмиссии электронов.
ФИГ. 8 представляет собой вид сверху конструкций цилиндрического блока эмиссии электронов; на ФИГ. 8(А) показана конструкция с круглым отверстием сетки, на ФИГ. 8(В) показана конструкция с прямоугольным отверстием сетки.
На ФИГ. 9 представляет собой вид сверху конструкции предлагаемого кубовидного блока эмиссии электронов; на ФИГ. 9(А) показана конструкция с круглым отверстием сетки, на ФИГ. 9(В) показана конструкция с прямоугольным отверстием сетки.
На ФИГ. 10 приведено схематическое представление конструкций предлагаемых катодов; на ФИГ. 10(А) показан плоский круглый катод, на ФИГ. 10(В) показан плоский прямоугольный катод, на ФИГ. 10(С) показан сферический дугообразный катод, и на ФИГ. 10(D) показан цилиндрический катод с выпуклой поверхностью.
На ФИГ. 11 приведено схематическое представление предлагаемых собственно сеток; на ФИГ. 11(A) показана плоская собственно сетка, на ФИГ. 11(В) показана сферическая собственно сетка, и на ФИГ. 11(С) показана U-образная собственно сетка.
На ФИГ. 12 приведено схематическое представление автоматической фокусировки, выполняемой с использованием управления сетками в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 13 приведено схематическое представление конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами с линейным встречным двухрядным расположением, в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 14 приведено схематическое представление конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами, с дугообразным встречным двухрядным расположением, в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 15 приведено схематическое представление основной конструкции двумерного устройства распределенного рентгеновского излучения в соответствии с настоящим изобретением.
ФИГ. 16 представляет собой вид снизу конструкции анода двумерного устройства распределенного рентгеновского излучения в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 17 приведено схематическое представление матрицы блоков эмиссии электронов с разделенными сетками и катодами в соответствии с настоящим изобретением; ФИГ. 17 (A) – вид сбоку, ФИГ. 17(B) – вид сверху каждой сетки в режиме независимого управления, и ФИГ. 17(C) – вид сверху матрицы блоков эмиссии электронов с сетками в межсоединении в режиме управления катодом.
На ФИГ. 18 показано устройство распределенного рентгеновского излучения с последовательно соединенными нитями накала в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 19 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью.
На ФИГ. 20 приведено схематическое представление торца конструкции предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью.
На ФИГ. 21 приведено схематическое представление разных конструкций предлагаемых анодов.
На ФИГ. 22 приведено схематическое представление взаимного расположения блоков эмиссии электронов и анода предлагаемого кольцевого устройства распределенного рентгеновского излучения.
Перечень позиций на фигурах:
1 - блок эмиссии электронов; 2 - анод; 3 - вакуумная камера; 4 - соединительное устройство высоковольтного источника питания; 5 - соединительное устройство устройства управления эмиссией; 6 - соединительное устройство фокусирующего устройства; 7 - система питания и управления; 8 - вакуумное устройство; E - ток электронного пучка; X – рентгеновское излучение; O – центр круга дуги; 101 - нить накала; 102 - катод; 103 - изолирующий опорный элемент; 104 - фокусирующий электрод; 105 - соединительный и фиксирующий элемент; 106 - вывод нити накала; 107 - сетка; 108 - вывод сетки; 109 - фокусирующая секция; 110 - фокусирующее устройство; 701 - система управления; 702 - высоковольтный источник питания; 703 - устройство управления эмиссией; 704 - источник питания фокусирования; 70301 - модуль отрицательного высокого напряжения; 70302 - модуль постоянного тока; 70303 - высоковольтный изолирующий трансформатор; 70304 - модуль отрицательного напряжения; 70305 - модуль положительного напряжения; 70306 - модуль переключения; 801 вакуумный насос; 802 вакуумный клапан.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Далее приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылками на графический материал.
На ФИГ. 1 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами. Как показано на ФИГ. 1, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, содержит несколько блоков 1 эмиссии электронов (числом по меньшей мере два, далее по тексту именуемых блоками 11, 12, 13, 14, … эмиссии электронов), анод 2, вакуумную камеру 3, соединительное устройство 5 высоковольтного источника питания, соединительные устройства 5 устройства управления эмиссией и систему 7 питания и управления. Кроме того, каждый из блоков 1 эмиссии электронов состоит из нити 101 накала, катода 102, изолирующего опорного элемента 103, фокусирующего электрода 104, соединительного и фиксирующего элемента 109, выводов 106 нити накала и т. п. Анод установлен в средине в вакуумной камере 2; а блоки 1 эмиссии электронов и устройство 4 высоковольтного источника питания установлены на стенке вакуумной камеры 3 и образуют с вакуумной камерой полностью герметичную конструкцию.
На ФИГ. 2 приведено схематическое представление относительного положения анода 2 и блоков 1 эмиссии электронов предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами. Как показано на ФИГ. 2, несколько блоков эмиссии электронов расположены на прямой линии; анод 2 имеет удлиненную форму, соответствующую расположению блоков 1 эмиссии электронов, и параллелен прямой линии, образованной расположением нескольких блоков 1 эмиссии электронов в направлении длины; а в направлении ширины поверхность анода 2, обращенная к блокам 1 эмиссии электронов, образует с поверхностями блоков 1 эмиссии электронов, обращенными к аноду 2, угол заданной величины.
Блоки 1 эмиссии электронов используются для генерирования токов электронных пучков, как требуется, и установлены на боковой стенке вакуумной камеры 3 для образования с боковой стенкой вакуумной камеры 3 герметичной конструкции посредством соединительных и фиксирующих элементов 105; блоки 1 эмиссии электронов расположены полностью снаружи вакуумной камеры 3; и токи электронных пучков могут поступать вовнутрь вакуумной камеры 3 через отверстия в серединах соединительных и фиксирующих элементов 105. Кроме того, на ФИГ. 3 показана конструкция блока 1 эмиссии электронов; блок 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 103, фокусирующий электрод 104, соединительный и фиксирующий элемент 105 и выводы 106 нити накала. Катоды 102 соединены с нитями 101 накала – с вольфрамовой нитью накала, обычно используемой как нить 101 накала, и для катода 102 обычно используется материал с высокой способностью в части термоэлектронной эмиссии электронов, такие как оксид бария, соль скандия и гексаборид лантана. Изолирующие опорные элементы 103, окружающие нити 101 накала и катоды 102, эквивалентны частичным оболочкам блоков 1 эмиссии электронов, и для них используются изоляционные материалы, обычно представляющие собой керамику. Выводы 106 нити накала проходят через изолирующие опорные элементы 103 и выходят наружу блоков 1 эмиссии электронов, и между выводами 106 нити накала и изолирующими опорными элементами 103 присутствует герметичная конструкция. Каждый фокусирующий электрод 104 конической конструкции установлен на верхнем конце изолирующего опорного элемента 103 и имеет посредине отверстие, и центр отверстия вертикально выровнен с центром катода 102. Соединительные и фиксирующие элементы 105, используемые для герметичного соединения блоков 1 эмиссии электронов с вакуумной камерой 3, обычно представляют собой фланцы с ножевой опорой с отверстиями, выполненными посредине; и эти отверстия используются, чтобы позволить токам Е электронных пучков поступать в вакуумную камеру 3 из блоков 1 эмиссии электронов. Изолирующие опорные элементы 103, фокусирующие электроды 104 и соединительные и фиксирующие элементы 105 плотно соединены, образуя вакуумно-герметичную конструкцию среди частей блока 1 эмиссии электронов за исключением отверстий в центре соединительных и фиксирующих элементов 105.
Кроме того, система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления эмиссией и т. п. Высоковольтный источник 702 питания соединен с анодом 2 посредством соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, установленного на стенке вакуумной камеры 3. Устройство 703 управления эмиссией соответственно соединено с выводами 106 нити накала каждого блока 1 эмиссии электронов посредством соединительных устройств 5 устройства управления эмиссией, и обычно предусмотренное число блоков управления эмиссией является таким же, как число блоков 1 эмиссии электронов. На ФИГ. 4 показана конструкция блока управления эмиссией, в котором устройство 703 управления эмиссией содержит несколько блоков управления эмиссией, каждый из которых состоит из модуля 70301 отрицательного высокого напряжения, модуля 70302 постоянного тока низкого напряжения и высоковольтного изолирующего трансформатора 70303. В соответствии с настоящим изобретением, каждый модуль 70301 отрицательного высокого напряжения используется для генерирования отрицательного импульса высокого напряжения под управлением системы 701 управления, и выход модуля 70301 отрицательного высокого напряжения соединен с первичной стороной соответствующего высоковольтного изолирующего трансформатора 70303; и каждый модуль 70302 постоянного тока низкого напряжения используется для генерирования тока для питания и нагрева нитей 103 накала, и выходы модулей 70302 постоянного тока низкого напряжения соединены с низковольтными концами двух вторичных параллельно соединенных сторон высоковольтного изолирующего трансформатора 70303 и выведены на выводы 106 нити накала с высоковольтных концов двух вторичных параллельно соединенных сторон через обмотку трансформатора. Соединительные устройства 5 устройства управления эмиссией, как правило, представляют собой кабели, и их число такое же, как число блоков 1 эмиссии электронов. Кроме того, система 701 управления управляет рабочими состояниями высоковольтного источника 702 питания и устройства 703 управления эмиссией.
Кроме того, вакуумная камера 3 представляет собой оболочку полости, уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум, и указанная оболочка может изготавливаться из изолирующего материала, такого как стекло или керамика. Несколько блоков 1 эмиссии электронов установлены на боковой стенке вакуумной камеры 3 (см. ФИГ. 1), и расположены прямой линией; и внутри вакуумной камеры 3 предусмотрен удлиненный анод 2, параллельный направлению расположения блоков 1 эмиссии электронов. Пространство внутри вакуумной камеры 3 достаточно для движения токов электронных пучков в электрических полях без создания каких-либо препятствий. Высокий вакуум внутри вакуумной камеры 3 получают отжигом выпуска в высокотемпературной вытяжной печи со степенью вакуума типично выше 10-3Па, и рекомендуется, чтобы степень вакуума была выше 10-5Па.
Кроме того, рекомендуется, чтобы оболочка вакуумной камеры 3 была из металлического материала; в случае если принят металлический материал, блоки 1 эмиссии электронов соединены со стенкой вакуумной камеры 3 посредством их соединительных и фиксирующих элементов105 с уплотнением фланцем с ножевой опорой; анод 2 жестко устанавливается в вакуумной камере 3 с использованием изолирующего опорного материала; и между анодом 2 и оболочкой вакуумной камеры 3 поддерживается расстояние, достаточное, чтобы не могло вызываться высоковольтное искрение.
Кроме того, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания используется для соединения анода 2 с кабелем высоковольтного источника 702 питания и установлено на боковой стенке вакуумной камеры. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания типично имеет коническую керамическую конструкцию с предусмотренной внутри металлической колонкой и имеет один конец, соединенный с анодом 2, и другой конец, плотно соединенный со стенкой вакуумной камеры 3 для образования с ней вакуумно-герметичной конструкции. Металлическая колонка внутри соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания используется, чтобы позволить аноду 2 и кабельному соединителю высоковольтного источника 702 питания образовать соединение цепи. Обычной практикой является использование штепсельной конструкции между соединительным устройством 4 высоковольтного источника питания и кабельными соединителями.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, каждый из блоков 1 эмиссии электронов может дополнительно содержать сетку 107 и вывод 108 сетки. На ФИГ. 5 показана конструкция блока 1 эмиссии электронов с сеткой и фокусирующим устройством. Как показано на ФИГ. 5, сетка 107 предусмотрена между катодом 102 и фокусирующим электродом 104 и вплотную прилегает к катоду 102; сетка 107 типично имеет ячеистую структуру и наружную форму, типично такую же, как форма катода 102; вывод 108 сетки соединен с сеткой 107 и проходит через изолирующий опорный элемент 103, чтобы выйти наружу блока 1 эмиссии электронов; вывод 108 сетки и изолирующий опорный элемент 103 герметично соединены; и вывод 108 сетки соединен с устройством 703 управления эмиссией посредством соединительного устройства 5 устройства управления эмиссией.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, каждый из блоков управления эмиссией устройства 703 управления эмиссией может дополнительно содержать модуль 70304 отрицательного напряжения смещения, модуль 70305 положительного напряжения смещения и селекторный переключатель 70306. На ФИГ. 6 показана конструкция блока управления эмиссией с управлением сеткой. Как показано на ФИГ. 6, модуль 70301 отрицательного высокого напряжения используется для генерирования отрицательного высокого напряжения, и выход модуля 70301 отрицательного высокого напряжения соединен с первичной стороной высоковольтного изолирующего трансформатора 70303; и сетевой источник питания соединен с низковольтными концами двух групп вторичных сторон, в параллельном соединении, высоковольтного изолирующего трансформатора 70303 и подает питание, подвешивающее на высоком напряжении, с концов высокого напряжения двух групп вторичных сторон в параллельном соединении через обмотку трансформатора, и источник питания соответственно подает питание модулю 70302 постоянного тока, модулю 70304 отрицательного напряжения смещения и модулю 70305 положительного напряжения смещения. Модуль 70302 постоянного тока генерирует ток для питания и нагрева нитей 101 накала; модуль 70304 отрицательного напряжения смещения и модуль 70305 положительного напряжения смещения соответственно генерируют отрицательное напряжение и положительное напряжение для подачи на два входных конца селекторного переключателя 70306; и селекторный переключатель 70306 под действием системы 701 управления выбирает одно напряжение для подачи на выводы 108 сетки, чтобы в конечном итоге приложить его к сеткам 107.
Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, каждый из блоков 1 эмиссии электронов может дополнительно содержать фокусирующую секцию 109 и фокусирующее устройство 110. Как показано на ФИГ. 5, фокусирующая секция 109 подключена между фокусирующей секцией 104 и соединительным и фиксирующим элементом 105; фокусирующий электрод 104, фокусирующая секция 109 и соединительный и фиксирующий элемент 105 могут полностью изготавливаться механической обработкой из металлической заготовки или изготавливаться сваркой и соединением трех металлических компонентов; снаружи фокусирующей секции 109 установлено фокусирующее устройство 110; и фокусирующее устройство 110 обычно представляет собой фокусирующую катушку. Фокусирующее устройство 110 соединено с источником 704 питания фокусирования посредством соединительного устройства 6 фокусирующего устройства и работает от источника 704 питания фокусирования; и рабочее состояние состояния фокусирования управляется системой 7 питания и управления. Соответственно, устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, дополнительно содержит соединительное устройство 6 фокусирующего устройства; и система 7 питания и управления дополнительно содержит источник 704 питания фокусирования.
Кроме того, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, может также содержать вакуумное устройство 8 и источник вакуума, причем вакуумное устройство 8 содержит вакуумный насос 801 и вакуумный клапан 802 и установлено на боковой стенке вакуумной камеры 3. Вакуумный насос 801 работает от источника 705 вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3. Обычно при работе устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами, ток электронного пучка ударяется об анод 2, который при этом нагревается и высвобождает небольшое количество газа, и этот газ с помощью вакуумного насоса 801 может быстро выводиться, благодаря чему внутри вакуумной камеры 3 поддерживается высокая степень вакуума. Предпочтительно, в качестве вакуумного насоса 801 используется вакуумный ионный насос. Как правило, в качестве вакуумного клапана 802 используется полностью металлический вакуумный клапан, способный выдерживать высокотемпературную сушку. Вакуумный клапан 802 обычно находится в выключенном состоянии. Соответственно, система 7 питания и управления устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами, содержит также источник 705 вакуума (Vacc PS) вакуумного устройства 8.
Кроме того, в настоящем изобретении могут использоваться блоки эмиссии электронов и других конструкций. На ФИГ. 7 приведено схематическое представление конструкции еще одного блока эмиссии электронов, который может использоваться в настоящем изобретении. Как показано на ФИГ. 7, блок эмиссии электронов 4 состоит из нити 101А, катода 102A, сетки 103A, изолирующего и опорного элемента 104A, соединительного и фиксирующего элемента 190A и т. п.
Блок 1 эмиссии электронов образует со стенкой вакуумной камеры 3 полностью герметичную конструкцию, используя соединительный и фиксирующий элемент 109A; но этим решением настоящее изобретение не ограничивается, и могут использоваться и другие средства установки, при которых блок 1 эмиссии электронов может устанавливаться на стенке вакуумной камеры 3 и полностью находится снаружи вакуумной камеры 3 (то есть как катодный конец (включая нить 101А накала, катод 102A и сетку 103A) блока 1 эмиссии электронов, так и выводной конец (включая вывод 105А нити накала, вывод 108А сетки и соединительный и фиксирующий элемент 109A) блока 1 эмиссии электронов расположены снаружи вакуумной камеры 3). Блок 1 эмиссии электронов состоит из нити 101А накала, катода 102A, сетки 103A, изолирующего и опорного элемента 104A, выводов 105А нити накала и соединительного и фиксирующего элемента 109A, а сетка 103A состоит из каркаса 106A сетки, собственно сетки 107A и вывода 108А сетки. Катод 102A и нить 101А накала соединены, причем нить 101 накала обычно используется вольфрамовая нить, и для катода 102 обычно используется материал с высокой способностью в части термоэлектронной эмиссии электронов, такие как оксид бария, соль скандия и гексаборид лантана. Изолирующий опорный элемент 104A окружает нить 101А накала и катод 102A и эквивалентен оболочке блока 1 эмиссии электронов, и для изолирующего опорного элемента используется изоляционный материал, обычно представляющий собой керамику. Выводы 105А нити накала проходят через изолирующий опорный элемент 104A, выходят в нижний конец блока 1 эмиссии электронов (но настоящее изобретение этим не ограничивается, возможны и другие решения по выводу выводов нити накала наружу блоков 1 эмиссии электронов) и образуют с изолирующим опорным элементом 104А герметичную конструкцию. Сетка 103A установлена на верхнем конце изолирующего опорного элемента 104A (т.е. выполнена на отверстии изолирующего опорного элемента 104A) и находится напротив катода 102A, и, предпочтительно, центр сетки 103A и центр катода 102A выровнены в вертикальном направлении. Кроме того, сетка 103A содержит каркас 106А сетки, собственно сетку 107A, и вывод 108А сетки, причем каркас 106А сетки, собственно сетка 107А и вывод 108А сетки изготовлены из металла, обычно из нержавеющей стали для каркаса 106А сетки, молибдена для собственно сетки 107А и материала ковар (кобальтоникелевый сплав) для вывода 108А сетки. Вывод 108А сетки проходит через изолирующий опорный элемент 104A, чтобы выйти в нижний конец блока 1 эмиссии электронов (но настоящее изобретение этим не ограничивается, возможны и другие решения по выводу вывода сетки наружу блока 1 эмиссии электронов) и образует с изолирующим опорным элементом 104А герметичную конструкцию. Выводы 105A нити накала и вывод 108А сетки соединены с устройством 703 управления эмиссией.
Кроме того, в частности, в отношении конструкции сетки 103A, сетка 103A основной корпус из металлической пластинки (например, из нержавеющей стали), т.е. каркас 106А сетки, имеющий отверстие, выполненное посредине, причем форма отверстия может быть квадратной или круглой и т.п.; положение отверстия фиксируется металлической проволочной сеткой (например, из молибдена), т.е. собственно сеткой 107А; и один вывод (например, из сплава ковар), т.е. вывод 108А сетки, выходит из определенного положения металлической пластинки, позволяя подсоединить сетку 103А к потенциалу. Кроме того, сетки 103A находятся прямо над катодами 102A, центр отверстия сетки 103A выровнен с центром катода 102A (т.е. оба центра находятся на одной вертикальной линии); форма отверстия соответствует форме катода 102A; и размер отверстия обычно меньше площади катода 102A. Однако конструкция сеток 103А не ограничивается вышеописанной конструкцией; возможна любая конструкция сеток 103А, позволяющая токам электронных лучей проходить через сетки 103А. Кроме того, сетка 103A и катод 102A закреплены в положении напротив друг друга посредством изолирующего опорного элемента 104A.
Кроме того, в частности, в отношении конструкции соединительного и фиксирующего элемента 109A, рекомендуется, чтобы соединительный и фиксирующий элемент 109 имел основной корпус в виде кольцевого фланца с ножевой опорой с отверстием, выполненным посредине; форма отверстия может быть квадратной или круглой и т.п.; наружный край нижнего конца изолирующего опорного элемента 104А в месте отверстия находится в герметичном соединении (например, в соединении сваркой); в наружном крае фланца с ножевой опорой выполнено отверстие под винты, чтобы блок 1 эмиссии электронов мог крепиться на стенке вакуумной камеры 3 болтовым соединением, тем самым образуя вакуумно-герметичное соединение между ножевой опорой фланца и стенкой вакуумной камеры 3. Эта конструкция является гибкой и легко отсоединяется и при отказе одного из нескольких блоков 1 эмиссии электронов может гибко заменяться. Следует отметить, что функция соединительного и фиксирующего элемента 109A заключается в обеспечении герметичного соединения между изолирующим опорным элементом 104A 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 сваркой между металлизированной керамикой и металлом и т.п.
Кроме того, блоки эмиссии электронов могут иметь цилиндрическую конструкцию, то есть изолирующие опорные элементы 104 являются цилиндрическими, а катоды 102А, каркасы 106А сеток и собственно сетки 107А могут при этом быть круглыми или прямоугольными. На ФИГ. 8 представляет собой вид сверху цилиндрического блока 1 эмиссии электронов; на ФИГ. 8(A) показано, что катод 102А, каркас 106А сетки и собственно сетка 107А при этом являются круглыми, а на ФИГ. 8(В) показано, что катод 102А, каркас 106А сетки и собственно сетка 107А при этом являются прямоугольными. Кроме того, что касается круглых катодов, поверхность каждого катода 102А типично и предпочтительно механически обработана для придания ей сферической дугообразной формы для достижения лучшего эффекта сведения для электронов, генерированных на поверхности катода 102А (как показано на ФИГ. 10(C)). Диаметр поверхности каждого катода 102A типично равен нескольким миллиметрам, например 2 мм, а диаметр отверстия каждой собственно сетки 107А, установленной на соответствующем каркасе 106А сетки, равен нескольким миллиметрам, например 1 мм. Кроме того, расстояние от каждой сетки 103А до поверхности каждого катода 102А типично находится в пределах от нескольких миллиметров менее 1 до нескольких миллиметров, например 2 мм. Кроме того, что касается прямоугольных катодов, поверхность каждого катода 102А типично и предпочтительно имеет форму цилиндрически выпуклой поверхностью для достижения лучшего эффекта сведения для электронов, генерированных на поверхности каждого катода 102А, что обеспечивает дополнительное сведение электронного пучка в направлении узкого края. Длина выпуклой поверхности типично находится в пределах от нескольких миллиметров до десятков миллиметров, например 10 мм длиной и 2 мм шириной. В соответствии с этим, каждая собственно сетка 107А является прямоугольной и предпочтительно имеет ширину 1 мм и длину 10 мм. На ФИГ. 10 показаны четыре конструкции, в которых катоды 102А имеют форму плоского круга, плоского прямоугольника, сферической дуги и цилиндрической выпуклой поверхности, соответственно.
Кроме того, блоки 1 эмиссии электронов могут иметь и кубовидную конструкцию, то есть изолирующие опорные элементы 104А являются кубовидными, и катоды 102А, каркасы 106А сеток и собственно сетки 107А при этом могут быть круглыми или прямоугольными. ФИГ. 9 представляет собой вид сверху кубовидного блока 1 эмиссии электронов; на ФИГ. 9(A) показана конструкция, в которой катод 102А, каркас 106А сетки и собственно сетка 107А являются при этом круглыми, а на ФИГ. 9(В) показана конструкция, в которой катод 102А, каркас 106А сетки и собственно сетка 107А являются при этом прямоугольными. Следует отметить, что вместо указания сечений, на ФИГ. 8 и ФИГ. 9 для различения разных компонентов используются диагональные линии.
Кроме того, в частности, что касается конструкции собственно сеток 107А, как показано на ФИГ. 10, собственно сетки 107А могут быть плоскими, сферическими или U-образными, но рекомендуется сферическая форма, поскольку сферическая собственно сетка позволяет электронному пучку получить лучший эффект фокусировки.
Кроме того, если устройство 703 управления сетками изменяет состояние лишь одного из соседних блоков эмиссии электронов, и при этом лишь один из соседних блоков эмиссии электронов осуществляет эмиссию электронов для создания тока электронного пучка, электрические поля по две стороны сетки блока эмиссии электронов оказывают эффект автоматической фокусировки на ток электронного пучка. Как показано на ФИГ. 12, стрелками между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 на ФИГ. 10 показано направления движения электронов (обратные направлению силовых линий). На ФИГ. 12, анод 2 находится под высоким напряжением, таким как +160 кВ, стрелки в большом электрическом поле между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 все направлены на анод от блоков 2 эмиссии электронов, то есть пока блоки 1 эмиссии электронов эмитируют токи электронных пучков, все токи электронных пучков движутся к аноду 2. При исследовании локального состояния электрических полей на поверхностях блоков 1 эмиссии электронов среди соседних блоков 12, 13 и 14 эмиссии электронов, если напряжение на сетке 103 блока 13 эмиссии электронов изменяется с -500 В на +2000 В, блок эмиссии электронов 13 входит в состояние эмиссии электронов, напряжения на сетках 103 соседних блоков 12 и 14 эмиссии электронов по-прежнему равны -500 В; если блоки 11 и 14 эмиссии электронов претерпевают эмиссию электронов, электроны движутся к сетке 103 блока 13 эмиссии электронов от сеток 103 блоков 12 и 14 эмиссии электронов, однако, поскольку блоки 12 и 14 эмиссии электронов не эмитируют электроны, электронный пучок из блока 13 эмиссии электронов вытесняется под действием электрических полей, направленных от блока 13 эмиссии электронов на соседние блоки 12 и 14 эмиссии электронов, тем самым обеспечивается эффект автоматической фокусировки.
Следует отметить, что предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, работает в состоянии высокого вакуума, и способ получения и поддерживания высокого вакуума может быть следующим: установка анода 2 в вакуумной камере 3, герметичное соединение соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания и вакуумного устройства 8 на стенке вакуумной камеры 3 и уплотнение частей соединения блоков эмиссии электронов на нижнем конце вакуумной камеры 3 с использованием вначале глухих фланцев, чтобы позволить вакуумной камере 3 полностью образовать герметичную конструкцию; затем отжиг конструкции в вакуумной печи для разрежения и подключение вакуумного клапана 802 к внешней вакуумной вытяжной системе для удаления газов, поглощенных материалом каждого компонента; затем в чистой среде при нормальной температуре введение газа азота в вакуумную камеру 3 из вакуумного клапана 802 для создания защитной среды, и открытие глухих фланцев в соединительных частях блоков эмиссии электронов и установка друг за другом блоков эмиссии электронов; после установки всех блоков эмиссии электронов подключение вакуумного клапана 802 к внешней вакуумной вытяжной системе для вытяжки и снова выполнение отжига вытяжки для создания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3; активирование катода каждого блок эмиссии электронов в процессе отжига вытяжки; после того как отжиг вытяжки завершен, закрытие вакуумного клапана 802 для поддержания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3; и в рабочем процессе устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами, вытяжка для удаления вакуумным насосом 801 небольшого количества газа, высвобождаемого анодом, для поддержания высокого вакуума внутри вакуумной камеры. Если какой-либо блок эмиссии электронов поврежден или требует замены в связи с выработкой ресурса, вовнутрь вакуумной камеры 3 из вакуумного клапана 802 вводят газообразный азот для создания защиты; подлежащий замене блок эмиссии электронов за кратчайшее время удаляют, и устанавливают новый блок эмиссии электронов; вакуумный клапан 802 подключают к внешней вакуумной вытяжной системе для вытяжки из вакуумной камеры 3 для ее вакуумирования; и когда внутри вакуумной камеры 3 снова достигнут высокий вакуум, вакуумный клапан 802 закрывают для поддержания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3.
Кроме того, следует особенно отметить, что в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, блоки 1 эмиссии электронов могут располагаться на боковой стенке вакуумной камеры 3 или могут располагаться одновременно на двух противоположных боковых стенках вакуумной камеры 3 в одном направлении протяжения. На ФИГ. 13 показана конструкция устройства рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными электродами, с линейным встречным двухрядным расположением; на ФИГ. 13(A) приведена схема относительного положения блоков 1 эмиссии электронов, анода 2 и вакуумной камеры 3, на ФИГ. 13(B) – схема относительного положения блоков 1 эмиссии электронов и анода 2. Как показано на ФИГ. 13(A), несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены соответственно на двух боковых стенках вакуумной камеры 3 в два ряда, а анод 2 расположен в средине в вакуумной камере 3. Как показано на ФИГ. 13(B), обе поверхности анода, обращенные к двум рядам блоков 1 эмиссии электронов, представляют собой наклонные плоскости; токи Е электронных пучков, генерируемые блоки 1 эмиссии электронов, ускоряются электрическими полями между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 и ударяются о наклонные плоскости анода 2, генерируя при этом рентгеновское излучение; и направления выхода доступного рентгеновского излучения – это направления наклона наклонных плоскостей анода 2. Поскольку два ряда блоков эмиссии электронов расположены напротив, анод 2 имеет две наклонные плоскости, генерирующие рентгеновское излучение, выходящее в одном направлении.
Кроме того, следует особенно отметить, что предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, может иметь либо линейное, либо дугообразное расположение, чтобы отвечать требованиям разных случаев применения. На ФИГ. 14 приведено схематическое представление относительного положения блоков 1 эмиссии электронов и анода 2 предлагаемого дугообразного устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами. Два ряда блоков 1 эмиссии электронов расположены по окружности и расположены соответственно на двух противоположных боковых сторонах вакуумной камеры 3; эти две боковые стороны параллельны; и блоки 1 эмиссии электронов расположены в направлении прохождения дуги, и величина радиана дуги может определяться в зависимости от потребности. Анод расположен в средней части в вакуумной камере 3, то есть посредине между двумя рядами противоположных блоков эмиссии электронов; поверхности анода 2, обращенные к двум рядам блоков 1 эмиссии электронов, обе представляют собой наклонные плоскости; и направления наклона этих двух наклонных плоскостей оба указывают на центр круга дуги O. Токи электронных пучков эмитируются из верхних поверхностей блоков 1 эмиссии электронов и ускоряются под действием электрических полей высокого напряжения между анодом 2 и блоками 1 эмиссии электронов, чтобы в конечном итоге удариться об анод 2, на двух наклонных плоскостях анода 2 образуются несколько пятен пучка рентгеновского излучения на мишени дугообразной формы, и доступное рентгеновское излучение направлено в центр дуги в направлении выхода. Что касается вакуумной камеры 3 дугообразного устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами, она также имеет форму дуги, альтернативно именуемой кольцом, соответствующую расположению блоков 1 эмиссии электронов и форме анода 2. Все рентгеновское излучение, выходящее из дугообразного устройства распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками, направлено в центр 0 круга дуги, что может применяться для случая, требующего кольцеобразного расположениях источников излучения.
Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, блоки эмиссии электронов могут располагаться на прямой линии или сегментной прямой линии, такой как L-образная линия; и, кроме того, блоки эмиссии электронов могут располагаться на дуге или сегментной дуге, такой как кривая, образованная соединением дугообразных сегментов разных диаметров, или на комбинациях сегментов прямой линии и сегментов дуги и т.п.
Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, все блоки эмиссии электронов могут располагаться с одинаковым или неодинаковым интервалом.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, блоки эмиссии электронов могут также располагаться с распределением в виде двумерной матрицы, и при этом может быть получено устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей. Как показано на ФИГ. 15 и 16, устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей содержит несколько блоков 1 эмиссии электронов (числом по меньшей мере два, далее по тексту именуемых блоками 11a, 12a, 13a, 14а, …, эмиссии электронов и блоками 11b, 12b, 13b, 14b, …, эмиссии электронов), причем блоки эмиссии электронов могут представлять собой любой один из типов вышеописанных блоков эмиссии электронов; анод 2 состоит из анодной пластины 201 и несколько мишеней 202, установленных на анодной пластине 201 и расположенных соответственно блокам эмиссии электронов; однако настоящее изобретение не ограничивается этим типом анода, вполне приемлемым является использование обычного анода, известного в области техники, к которой относится изобретение. Кроме того, несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены на боковой стенке вакуумной камеры 3 с двумерным расположением и параллельны плоскости, в которой находится анод 201. Кроме того, как уже отмечалось, блоки 1 эмиссии электронов полностью находятся снаружи вакуумной камеры 3, а анод предусмотрен внутри вакуумной камеры 3.
На ФИГ. 15 приведено схематическое представление конструкции, иллюстрирующее пространственное расположение блоков 1 эмиссии электронов и анода 2 (графическое представление вакуумной камеры 3 на этой фигуре опущено). Блоки 1 эмиссии электронов расположены на одной плоскости (т.е., на боковой стенке вакуумной камеры 3) в два ряда; блоки 1 эмиссии электронов в переднем и заднем рядах расположены в разбежку (см. ФИГ. 15), однако настоящее изобретение таким расположением не ограничивается: возможно, также, что блоки эмиссии электронов в переднем и заднем рядах расположены не в разбежку. Мишени 202 на аноде 2 точно соответствуют блокам 1 эмиссии электронов, верхние стороны мишеней 202 обращены к блокам 1 эмиссии электронов, и соединительные линии между центрами блоков 1 эмиссии электронов и центрами мишеней 1 вертикальны к плоскости анодной пластины 201, а также представляют собой пути движения токов Е электронных пучков, эмитируемых блоками 1 эмиссии электронов. Электроны ударяются о мишени для генерирования рентгеновского излучения, направления выхода доступного рентгеновского излучения параллельны плоскости анодной пластины 201, и все доступные рентгеновские лучи параллельны.
На ФИГ. 16 показана конструкция анода 2. Анод 2 содержит анодную пластину 201 и несколько зеркал (мишеней) 202 с двумерным матричным расположением. Анодная пластина 201 представляет собой плоскую пластину, изготовленную из металлического материала, предпочтительно, металлического материала, устойчивого к высокой температуре, и полностью параллельна плоскости, образованной верхними поверхностями блоков эмиссии электронов; прикладывании к аноду положительного высокого напряжения, обычно находящегося в пределах от десятков киловольт до сотен киловольт и типично равного, например, 180 кВ, между анодной пластиной 201 и блоками 1 эмиссии электронов при этом создаются параллельные электрические поля высокого напряжения. Мишени 202 установлены на анодной пластине 201 в положениях, соответствующих положениям блоков 1 эмиссии электронов, и для поверхностей мишеней 202 обычно используется тяжелый металл устойчивый к высокой температуре, такой как вольфрам или вольфрамовый сплав. Каждая мишень 202 имеет конструкцию усеченного кругового конуса, обычно имеет высоту несколько миллиметров, например, 3 мм, имеет нижнюю поверхность большего диаметра, соединенную с анодной пластиной 201, и имеет верхнюю поверхность меньшего диаметра, обычно величиной несколько миллиметров, например 2 мм, причем верхняя поверхность не параллельна анодной пластине 201 и, как правило, образует с анодной пластиной 201 небольшой угол от нескольких градусов до десятков градусов, тем самым обеспечивая выход доступного рентгеновского излучения, генерируемого, когда электроны ударяют о мишени. Все мишени 202 расположены таким образом, что верхние поверхности имеют одинаковое направление наклона, то есть направления выхода всех рентгеновский лучей одинаковы. Такое решение конструкции мишеней эквивалентно тому, что с анодной пластины 201 поднимаются выступы, что изменяет локальное распределение электрических полей на поверхности анодной пластины 201, позволяя электронным лучам до удара о мишени обретать эффект автоматической фокусировки, тем самым уменьшая пятна пучков на мишени и обеспечивая повышение качества картины. В конструкции анода для анодной пластины 201 принят обычный металл, а вольфрам или вольфрамовый сплав используется только для поверхностей мишеней 202, следовательно, снижается стоимость
Кроме того, в настоящем изобретении сетки и катоды блоков эмиссии электронов могут быть разделенными по конструкции. На ФИГ. 17 показана матрица блоков эмиссии электронов с разделенными сетками и катодами. На ФИГ. 17 каждая плоская пластинчатая сетка 9 состоит из изолирующей каркасной пластины 901, сеточной пластины 902, собственно сетки 903 и вывода 904 сетки. Как показано на ФИГ. 17, каждая сеточная пластина 902 предусмотрена на соответствующей изолирующей каркасной пластине 901, кроме того, каждая собственно сетка 903 предусмотрена в положении, в котором в соответствующей сеточной пластине 902 выполнено отверстие, и каждый вывод 904 сетки от соответствующей сеточной пластины. Матрица 10 катодов образована несколькими близко расположенными конструкциями катодов, причем каждая конструкция катода состоит из нити 1001 накала, катода 1002 и изолирующего опорного элемента 1004. Плоская пластинчатая сетка 9 находится над матрицей 10 катодов на очень малом расстоянии, обычно составляющим несколько миллиметров, например 3 мм Конструкции сеток, состоящие из сеточных пластин 902, собственно сеток 903 и выводов 904 сеток точно соответствуют конструкциям катодов, и, кроме того, если смотреть в вертикальном направлении, центры кругов собственно сеток 903 и центры кругов катодов 1002 совпадают в паре.
Кроме того, как показано на ФИГ. 17(B) в настоящем изобретении конструкция сетки может выполняться такой, что каждый вывод сетки выводится, и его состояние независимо управляется устройством управления сетками. Каждый катод 1002 матрицы 10 катодов может находиться под одним и тем же потенциалом, например под потенциалом земли, и каждая сетка переключается между несколькими вольтами отрицательного напряжения и несколькими тысячами вольт положительного напряжения, например, между-500 В и +2000 В, тем самым управляя рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов; например, если определенная сетка в определенный момент времени находится под напряжением -500 В, электрическое поле между сеткой и соответствующим катодом представляет собой отрицательное электрическое поле, и электроны, эмитируемые катодом, ограничиваются поверхностью катода; а когда в следующий момент времени напряжение на сетке изменяется на +2000 В, электрические поля, существующие между сетками и катодами, изменяются на положительные электрические поля, электроны, эмитируемые катодом, движутся к сеткам и проходят через собственно сетки, чтобы быть эмитированными в электрическое поле ускорения между сеткой и анодом, которым разгоняются и в конечном итоге ударяются об анод для генерирования рентгеновского излучения в положениях соответствующих мишеней.
Кроме того, как показано на ФИГ. 17(C), сетки могут также быть выполнены так, что выводы сетки соединены параллельно и находятся под одним и тем же потенциалом, и источник питания нитей накала используется для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов. Например, все сетки находятся под напряжением -500 В, нить накала каждого катода выводится независимо, разность напряжений между двумя концевыми точками нити накала каждого катода является постоянной, и общее напряжение каждого катода переключается между двумя состояниями: 0 В и 2500 В. В определенный момент времени катоды находятся под потенциалом 0 В, между сетками и катодами существуют отрицательные электрические поля, электроны, эмитируемые из катодов, ограничиваются поверхностями катодов; в следующий момент времени напряжение катодов изменяется на -2500 В, электрические поля, существующие между сетками и катодами, изменяются на положительные электрические поля, электроны, эмитируемые катодами, движутся к сеткам и проходят через собственно сетки, чтобы попасть в электрическое поле ускорения между сетками и анодами, которым разгоняются и в конечном итоге ударяются о мишень для создания рентгеновского излучения в положениях соответствующих мишеней.
Кроме того, в предлагаемом двумерном устройстве распределенного рентгеновского излучения выводы нити накала каждого блока эмиссии электронов могут соответственно и независимо подключаться к каждому выводному концу источника питания нитей накала, или совместно подключаться к одному выводному концу источника питания нитей накала после последовательного соединения. На ФИГ. 18 приведено схематическое представление, на котором показано, что выводы нитей накала блоков эмиссии электронов подключены к источнику питания нитей накала последовательно. В системе с последовательным соединением выводов нитей накала блоков эмиссии электронов катоды обычно находятся под одними и теми же потенциалами, каждый вывод сетки необходимо вывести независимо, и устройство управления сетками используется для управления рабочими состояниями блоков эмиссии электронов
Кроме того, в настоящем изобретении матрица блоков эмиссии электронов может быть в два или более рядов.
Кроме того, в настоящем изобретении мишени анода могут иметь конструкцию усеченного кругового конуса, цилиндра, квадратной стойки или многореберной стойки или могут иметь другие конструкции, такие как многоугольные выступы или другие выступы неправильной формы.
Кроме того, в настоящем изобретении верхние поверхности мишеней могут представлять собой плоские, наклонные или сферические поверхности или другие поверхности неправильной формы.
Кроме того, в настоящем изобретении двумерная матрица блоков эмиссии электронов может располагаться проходящей линейно в обоих из двух направлений, или проходящей линейно в одном направлении и проходящей по дуге в другом направлении, или проходящей линейно в одном направлении и проходящей сегментно-линейно в другом направлении, или проходящей линейно в одном направлении и проходящей по сегментной дуге в другом направлении, или проходящей в других различных комбинированных формах.
Кроме того, в настоящем изобретении двумерная матрица блоков эмиссии электронов может располагаться с одинаковым интервалом в двух направлениях, или с одинаковым интервалом в каждом одном направлении, но с интервалом, отличающимся в двух направлениях, или с одинаковым интервалом в одном направлении, но не одинаковым в другом направлении, или с неодинаковым интервалом в обоих из двух направлений.
Кроме того, в настоящем изобретении блоки эмиссии электронов могут также располагаться с распределением в виде матрицы с криволинейной поверхностью в настоящем изобретении, таким образом, может быть получено устройство распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью. На ФИГ. 19 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью. На ФИГ. 20 приведено схематическое представление торца внутренней конструкции предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью. На ФИГ. 21 приведено схематическое представление разных конструкций предлагаемых анодов.
Как показано на графическом материале, несколько блоков 1 эмиссии электронов (числом по меньшей мере два и далее по тексту именуемые блоками 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, … эмиссии электронов) расположены обращенными к оси O в несколько рядов в направлении оси, и кроме того, анод расположен на оси O криволинейной поверхности. Кроме того, как уже отмечалось, блоки 1 эмиссии электронов установлены на стенке вакуумной камеры 3 и полностью находятся снаружи вакуумной камеры 3, а анод 2 установлен внутри вакуумной камеры 3.
Кроме того, криволинейная поверхность, описанная выше, включает цилиндрическую поверхность и кольцевую поверхность. На ФИГ. 20 приведено схематическое представление торца внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью, и, в частности, на ФИГ. 20 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, и 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 указанные 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 имеет конструкцию полой трубки, позволяющую хладагенту протекать внутри него. На ФИГ. 21 показана конструкция анода и его опорного элемента в соответствии с настоящим изобретением. Анод 2 состоит из опорного элемента 201А анода, анодной трубки 202А и поверхности 203А мишени анода. Опорный элемент 201А анода установлен на анодной трубке 202А и соединен с верхним концом (малым концом) соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания для опоры и фиксации анода 2. Анодная трубка 202А представляет собой основной корпус анода 2 с двумя концами, соединенными соответственно с одним концом каждого из двух соединительных устройств 9А системы охлаждения, и анодная трубка 202А внутренне сообщается с соединительным устройством 9А системы охлаждения, чтобы стать каналом для циклического потока хладагента. Для анодной трубки 202А обычно принимается металлический материал, стойкий к высокой температуре; и анодная трубка 202А может иметь несколько видов конструкции, хотя рекомендуется трубка круглого сечения. Кроме того, в некоторых случаях, например в случае, если анод имеет меньшую теплотворную способность, анод может иметь и столбчатую структуру не полой трубки. Кроме того, поверхность 203А мишени анода находится в положении, в котором электронные лучи ударяются об анодную трубку 202А, и имеет несколько конструкций мелкоразмерных структур; например, как показано на ФИГ. 3(1), поверхность вневписанной окружности анодной трубки 202А представляет собой положение, в котором ударяются электронные лучи, и в таких случаях для анодной трубки 202А полностью используется материал из тяжелого металла, стойкий к высокой температуре, например, вольфрам или вольфрамовый сплав; как показано на ФИГ. 21(2), часть вневписанной окружности анодной трубки 202А срезана для образования небольшой наклонной плоскости, которая становится положением, в котором ударяются электронные лучи, и имеет наклонное направление, являющееся направлением выхода доступного рентгеновского излучения, и такое решение конструкции обеспечивает вывод доступного рентгеновского излучения в постоянном направлении; предпочтительно, как показано на ФИГ. 21(3), наружная поверхность анодной трубки 202А специально разработана таким образом, чтобы иметь поверхность 203А мишени, для которой используется материал из тяжелого металла, стойкий к высокой температуре, например, вольфрам или вольфрамовый сплав, с толщиной не менее 20 мкм (микрометров); и которая зафиксирована на небольшой наклонной плоскости, механически выполненной на наружном крае анодной трубки 202А, посредством гальваностегии, склеивания, сварки и т.п.; в таких случаях для анодной трубки 202А может использоваться материал из обычного металла, что снижает стоимость.
Кроме того, в настоящем изобретении ось, описанная выше, может быть прямой линией или дугой для образования линейного устройства распределенного рентгеновского излучения или в целом кольцевого устройство распределенного рентгеновского излучения, тем самым отвечая требованиям различных случаев применения. На ФИГ. 22 показана схема эффекта расположения блоков эмиссии электронов и анода при кольцевом расположении. 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 как ось, 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 мишени нижнего края анода 2, на аноде 2 образуются пятна пучка на мишени для рентгеновского излучения с кольцевым расположением; 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 и 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, в настоящем изобретении матрица блоков эмиссии электронов может быть в два или более рядов.
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 конструкцией в отношении конкретной конструкции.
Кроме того, что в описании предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с матрицей с криволинейной поверхностью «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 сегментной дугообразной линией, но рекомендуется вышеописанная цилиндрическая или кольцевая поверхность.
Кроме того, в описании положения расположения анода в настоящей заявке «ось» означает реальную или формальную ось различных форм 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, в настоящем изобретении 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 иметь другие формы, способные увеличить площадь теплового излучения.
Кроме того, в настоящем изобретении матрица с криволинейной поверхностью нескольких 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.
Кроме того, в настоящем изобретении 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, в настоящем изобретении внешняя форма вакуумной камеры может представлять собой кубоид, цилиндр или кольцо в целом и может также представлять собой другие структуры без влияния на относительное расположение блоков эмиссии электронов и анодом.
(Состав системы)
Как показано на ФИГ. 1-6, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, состоит из нескольких блоков 1 эмиссии электронов, анода 2, вакуумной камеры 3, соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, соединительных устройств 5 источников питания накала катода, соединительных устройств 6 фокусирующего устройства, вакуумного устройства 8 и системы 7 питания и управления. Несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены в линейной матрице для установки на боковой стенке вакуумной камеры 3 и являются индивидуально независимыми друг от друга; удлиненный анод 2 установлен в средней части в вакуумной камере 3, параллелен линии расположения блоков 1 эмиссии электронов в направлении линейного расположения и образует малые углы с верхними поверхностями блоков 1 эмиссии электронов в вертикальной касательной плоскости линейного расположения. Каждый из блоков 1 эмиссии электронов состоит из нити 101 накала, катода 102, сетки 107, изолирующего опорного элемента 103, фокусирующего электрода 104, фокусирующей секции 109, соединительного и фиксирующего элемента 105, выводов 106 нити накала, вывода 108 сетки и фокусирующего устройства 110. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания установлено на боковой стенке вакуумной камеры 3 и внутренне соединено с анодом 2 и наружно соединено с высоковольтным кабелем разъемным образом. Соединительные устройства 5 устройства управления эмиссией соединяют выводы 106 нити накала и выводы 108 сетки всех блоков 1 эмиссии электронов с каждым блок управления эмиссией устройства 703 управления эмиссией. Вакуумное устройство 8 установлено на боковой стенке вакуумной камеры 3 и содержит вакуумный насос 801 и вакуумный клапан 802. Система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления эмиссией, источник 704 питания фокусирования, источник вакуума 705 и несколько других модулей и соединена с нитью 101 накала и сетками 107 нескольких блоков 1 эмиссии электронов, а также с анодом 2, вакуумным устройством 9 и другими компонентами системы силовыми и контрольными кабелями. Устройство 703 управления эмиссией состоит из нескольких блоков управления эмиссией (с таким же числом, как и число блоков 1 эмиссии электронов); и каждый блок управления эмиссией состоит из модуля 70301 отрицательного высокого напряжения, модуля 70302 постоянного тока, высоковольтного изолирующего трансформатора 70303, модуля 70304 отрицательного напряжения смещения, модуля 70305 положительного напряжения смещения и селекторного переключателя 70306.
(Принцип действия)
В предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения, оснащенном снаружи термоэлектронными катодами, система 7 питания и управления управляет источником 704 питания фокусирования, устройством 703 управления эмиссией, высоковольтным источником 702 питания и т. п. Каждый блок устройства 703 управления эмиссией начинает работать; модуль 70301 отрицательного высокого напряжения генерирует выходное отрицательное высокое напряжение, подаваемое на первичную сторону высоковольтного изолирующего трансформатора 70303, и при этом группа параллельно соединенных концов вторичной стороны высоковольтного изолирующего трансформатора 70303 подвешены на высоком напряжении, то есть все компоненты: модуль 70302 постоянного тока, модуль 70304 отрицательного напряжения смещения, модуль 70305 положительного напряжения смещения и селекторный переключатель 70306 – пребывают под одним и тем же отрицательным высоким напряжением; и модуль 70302 постоянного тока генерирует постоянный ток, подвешивающий на отрицательном высоком напряжении, и подает постоянный ток на нити 101 накала, которые нагревают катоды 102 до состояния высокотемпературной (например, 500-2000°) эмиссии, и катоды 102 генерируют на своих поверхностях большое количество электронов. Модуль 70304 отрицательного напряжения смещения и модуль 70305 положительного напряжения смещения соответственно генерируют отрицательное напряжение и положительное напряжение, подвешивающее на отрицательном высоком напряжении; и селекторный переключатель 70306 обычно подает отрицательное напряжение на сетки 107. В каждом блоке 1 эмиссии электронов нить 101 накала, катод 102 и сетка 107 все находятся под отрицательным высоким напряжением, которое обычно находится в пределах от нескольких киловольт отрицательного напряжения до десятков киловольт; фокусирующий электрод 104 соединен с фокусирующей секцией 109 и соединен с боковой стенкой вакуумной камеры 3 посредством соединительного и фиксирующего элемента 105 и находится под потенциалом земли; следовательно, между сеткой 107 и фокусирующим электродом 104 создается небольшое электрическое поле ускорения. Однако сетки 107 имеют более низкое отрицательное напряжение относительно катодов 102, поэтому электроны, генерируемые катодами 102, не могут проходить через сетки 107 и ограничиваются поверхностями катодов 102. Высоковольтный источник 702 питания обеспечивает нахождение анода 2 под очень высоким положительным напряжением, которое обычно находится в пределах от нескольких десятков киловольт до нескольких сотен киловольт, и между блоками 1 эмиссии электронов (т.е. боковой стенкой вакуумной камеры 3, обычно с потенциалом земли) и анодом 2 создаются положительные электрические поля ускорения.
В случаях необходимости генерировать рентгеновское излучение система 7 питания и управления по команде или в соответствии с введенной в память программой переключает выход селекторного переключателя 70306 блока управления эмиссией устройства 703 управления эмиссией с отрицательного напряжения на положительное напряжение и изменяет выходной сигнал селекторного переключателя 70306 каждого блока управления эмиссией, соединенного с каждым блоком 1 эмиссии электронов соответственно, в соответствии с временной последовательностью. Например, в момент времени 1, выход селекторного переключателя 70306 первого блока управления эмиссией устройства 703 управления эмиссией изменяется с отрицательного напряжения на положительное напряжение; электрическое поле между сеткой 103 и катодом 102 в соответствующем блоке 11 эмиссии электронов изменяется на положительное электрическое поле; электроны с поверхности катода 102 движутся к сетке 103, проходят через собственно сетку 107, попадают в электрическое поле ускорения между сеткой 107 и фокусирующим электродом 104 и получают первое ускорение; в процессе первого ускорения фокусирующий электрод 104 обеспечивает автоматическое фокусирование электронных пучков в силу своей конической формы, и при этом диаметр электронных пучков становится меньше; а после попадания вовнутрь фокусирующей секции 109 электронные пучки находятся под действием фокусирующего магнитного поля, создаваемого внешним фокусирующим устройством 110, и становятся еще меньшими в диаметре. Электронные пучки с малым диаметром проходят через отверстие в центре соединительного и фиксирующего элемента 105, поступают вовнутрь вакуумной камеры 3 и ускоряются большим электрическим полем ускорения между блоком 11 эмиссии электронов и анодом 2 для получения энергии и ударения об анод 2, тем самым создавая на аноде пятно пучка на мишени; и в положении пятна 21 пучка на мишени обеспечивается эмиссия рентгеновского излучения. В момент времени 2 выход селекторного переключателя 70306 второго блока управления эмиссией устройства 703 управления эмиссией изменяется с отрицательного напряжения на положительное напряжение; соответствующий блок 12 эмиссии электронов эмитирует электроны для создания на аноде 2 пятна 22 пучка на мишени; и в положении пятна 22 пучка на мишени обеспечивается эмиссия рентгеновского излучения. В момент времени 3 выход селекторного переключателя 70306 третьего блока управления эмиссией устройства 703 управления эмиссией изменяется с отрицательного напряжения на положительное напряжение; соответствующий блок 13 эмиссии электронов эмитирует электроны для создания на аноде 2 пятна 23 пучка на мишени, и т.д., затем эмиссия рентгеновского излучения обеспечивается в положении пятна 24 пучка на мишени; затем эмиссия рентгеновского излучения обеспечивается в положении пятна 25 пучка на мишени, ..., и далее по кругу. Следовательно, система 7 питания и управления использует устройство 703 управления сетками для поочередной работы каждого блока 1 эмиссии электронов в соответствии с заданной временной последовательностью для испускания электронного пучка, и, кроме того, рентгеновское излучение генерируется в разных положениях анода 2 по очереди, что создает источник распределенного рентгеновского излучения.
Кроме того, газ, высвобождаемый анодом 2 при ударении об анод 2 токов токи электронных пучков, отводится в реальном времени вакуумным насосом 801 для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3, что является выгодным для долгосрочной устойчивой работы. Помимо управления каждым источником питания для приведения каждого компонента в совместную работу в соответствии с введенной в память программой, система 7 питания и 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 предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения, оснащенного снаружи термоэлектронными катодами, для КТ-оборудования КТ-оборудование может обрести высокую системную устойчивость и надежность, и высокую эффективность детектирования.
(Технические эффекты изобретения)
Предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, для генерирования рентгеновского излучения, периодически изменяющегося в положениях фокальных точек в соответствии с заданной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. По сравнению с другими конструкциями, блоки эмиссии электронов, использующие термоэлектронные катоды в соответствии с настоящим изобретением, обладают преимуществами большого тока эмиссии и продолжительного срока службы; несколько блоков эмиссии электронов, независимо отдельно закреплены на вакуумной камере, и небольшая диодная или триодная электронная пушка может использоваться непосредственно, следовательно, технология отработана, и достигаются низкая стоимость и гибкость применения; благодаря большой удлиненной конструкции анода эффективно снижается проблема перегрева анода, что является выгодным для повышения мощности источника излучения; блоки эмиссии электронов могут располагаться линейно для образования в целом линейного устройства распределения рентгеновского излучения и, кроме того, могут располагаться кольцеобразно для образования в целом кольцеобразного устройства распределения рентгеновского излучения, благодаря чему достигается гибкость применения; и благодаря конструкции фокусирующего электрода и внешнего фокусирующего устройства можно добиться очень малой фокальной точки для электронного пучка. По сравнению с другим оборудованием источника распределенного рентгеновского излучения, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения обладает преимуществами большого тока, пятна пучка на мишени малого диаметра, равномерного распределения и высокой повторяемости положений пятна пучка на мишени, высокой выходной мощности, простой конструкции, удобства управления и низкой стоимости.
При применении предлагаемого источника распределенного рентгеновского излучения 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.
Как уже отмечалось, описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения, но настоящее изобретение ими не ограничивается, и следует понимать, что возможны различные комбинации и изменения вышеописанных вариантов осуществления в пределах сущности и объема настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КТ-ОБОРУДОВАНИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО | 2014 |
|
RU2652588C2 |
| УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КТ-ОБОРУДОВАНИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО | 2014 |
|
RU2690028C2 |
| УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КТ-ОБОРУДОВАНИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО | 2014 |
|
RU2690024C2 |
| ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО, В КОТОРОМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2015 |
|
RU2668268C2 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ | 2013 |
|
RU2634906C2 |
| МНОГОКАТОДНЫЙ РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ С УПРАВЛЕНИЕМ КАТОДОМ И УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ, ИМЕЮЩЕЕ УПОМЯНУТЫЙ АППАРАТ | 2013 |
|
RU2635372C2 |
| Высокоресурсная металлокерамическая рентгеновская трубка | 2019 |
|
RU2716261C1 |
| ИСТОЧНИК МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ РАЗБОРНОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ | 2012 |
|
RU2509389C1 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВЫРОВНЕННОГО ПОЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2014 |
|
RU2658298C2 |
| РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР С РЕГУЛИРУЕМОЙ КОЛЛИМАЦИЕЙ | 2015 |
|
RU2659816C2 |
Устройство распределенного рентгеновского излучения, оснащенное снаружи термоэлектронными катодами, содержит: вакуумную камеру (3), уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум; несколько блоков (1) эмиссии электронов, индивидуально независимых друг от друга и расположенных линейной матрицей и установленных на боковой стенке вакуумной камеры (3); анод (2), установленный на средней части внутри вакуумной камеры (3), параллельный линии расположения блоков (1) эмиссии электронов в направлении длины и образующий с плоскостью установки блоков (1) эмиссии электронов угол заданных градусов в направлении ширины; каждый из блоков эмиссии электронов находится снаружи вакуумной камеры, систему (7) питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания (702), источник (704) питания фокусирования, устройство (703) управления эмиссией и систему (701) управления, причем каждый из блоков (1) эмиссии электронов содержит: нить (101) накала, катод (102), соединенный с нитью (101) накала, изолирующий опорный элемент (103), окружающий катод (102) и нить (101) накала, фокусирующий электрод (104), предусмотренный в верхнем конце изолирующего опорного элемента (103) так, чтобы находиться над катодом (102), соединительный и фиксирующий элемент (105), предусмотренный над фокусирующим электродом (104) и герметично соединенный со стенкой вакуумной камеры (3); и выводы нити накала (106) проходят через изолирующие опорные элементы (103) для соединения с устройством (703) управления эмиссией.Технический результат- упрощение конструкции и повышение устойчивости и надежности устройства. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 22 ил.
1. Устройство рентгеновского излучения, отличающееся тем, что содержит:
вакуумную камеру, уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум;
несколько блоков эмиссии электронов, индивидуально независимых друг от друга и расположенных линейной матрицей, установленной на боковой стенке вакуумной камеры; и
анод, установленный в центре внутри вакуумной камеры, параллельный направлению расположения блоков эмиссии электронов в направлении длины и образующий с плоскостью установки блоков эмиссии электронов угол заданной величины в направлении ширины,
при этом каждый из блоков эмиссии электронов находится полностью снаружи вакуумной камеры; и ток электронного пучка из блока эмиссии электронов ударяется об анод, и при этом в положении пятна пучка на мишени на аноде вызывается эмиссия рентгеновского излучения.
2. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены на боковой стенке вакуумной камеры с двумерным расположением.
3. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов установлены на двух противоположных боковых стенках вакуумной камеры с двумерным расположением.
4. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов предусмотрены на боковой стенке вакуумной камеры так, чтобы располагаться обращенными к оси в несколько рядов в направлении оси криволинейной поверхности на криволинейной поверхности;
анод изготовлен из металла и предусмотрен в центре внутри вакуумной камеры так, чтобы располагаться на оси.
5. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит:
систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, соединенный с анодом, устройство управления эмиссией, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания;
при этом блок эмиссии электронов содержит нить накала, катод, соединенный с нитью накала, вывод нити накала, выходящий от двух концов нити накала, изолирующий опорный элемент, окружающий нить накала и катод, фокусирующий электрод, предусмотренный в верхнем конце изолирующего опорного элемента так, чтобы находиться над катодом, и соединительный и фиксирующий элемент, предусмотренный над фокусирующим электродом и герметично соединенный со стенкой вакуумной камеры; и
при этом вывод нити накала проходит через изолирующий опорный элемент для соединения с устройством управления эмиссией.
6. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит:
соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с высоковольтным источником питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительное устройство устройства управления эмиссией, использующееся для соединения нити накала и устройства управления эмиссией; источник вакуума, включенный внутри системы питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и работающее с использованием источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.
7. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что
блок эмиссии электронов дополнительно содержит: сетку, предусмотренную над катодом так, чтобы находиться напротив катода, и установленную между катодом и фокусирующим электродом и прилегающую к катоду; и вывод сетки, соединенный с сеткой и проходящий через изолирующий опорный элемент для соединения с устройством управления эмиссией.
8. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что
блоки эмиссии электронов дополнительно содержат фокусирующую секцию, установленную между фокусирующим электродом и соединительным и фиксирующим элементом; и фокусирующее устройство, выполненное окружающим фокусирующую секцию.
9. Устройство рентгеновского излучения по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит:
источник питания фокусирования, включенный в систему питания и управления; и соединительные устройства фокусирующего устройства, используемые для соединения фокусирующих устройств и источника питания фокусирования.
10. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов установлены на двух противоположных боковых стенках вакуумной камеры в два ряда.
11. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что вакуумная камера изготовлена из стекла или керамики.
12. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что вакуумная камера изготовлена из металлического материала.
13. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 5-12, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены на прямой линии или сегментной прямой линии.
14. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 5-12, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены на дуге или сегментной дугообразной линии.
15. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 5-12, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены с одинаковым интервалом.
16. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 5-12, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены с неодинаковым интервалом.
17. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит:
систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, соединенный с анодом, устройство управления эмиссией, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания, причем
анод параллелен направлению расположения блока эмиссии электронов в направлении длины и образует угол заданной величины с плоскостью установки блока эмиссии электронов в направлении ширины;
блок эмиссии электронов содержит нить накала, катод, соединенный с нитью накала, вывод нити накала, выходящий от двух концов нити накала и соединенный с устройством управления эмиссией, сетку, предусмотренную над катодом так, чтобы находиться напротив катода, причем изолирующий опорный элемент имеет отверстие и окружает нить накала и катод, и соединительный и фиксирующий элемент, соединенный на наружном крае верхнего конца изолирующего опорного элемента;
при этом каждая из сеток содержит: каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие посредине, сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в положении отверстия каркаса сетки, и вывод сетки, выходящий от каркаса сетки и соединенный с устройством управления эмиссией;
при этом сетка предусмотрена на отверстии изолирующего опорного элемента так, чтобы находиться напротив катода;
при этом вывод нити накала и вывод сетки проходят через изолирующие опорные элементы и выходят наружу из блока эмиссии электронов;
соединительный и фиксирующий элемент герметически соединен со стенкой вакуумной камеры.
18. Устройство рентгеновского излучения по п. 17, отличающееся тем, что дополнительно содержит:
соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с высоковольтным источником питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительное устройство устройства управления эмиссией, используемое для соединения нити накала и вывода сетки с устройством управления эмиссией; источник вакуума, включенный внутри системы питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и работающее, используя источник вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.
19. Устройство рентгеновского излучения по п. 17 или 18, отличающееся тем, что
изолирующий и опорный элемент является цилиндрическим, а каркас сетки, катод и сетка - круглыми.
20. Устройство рентгеновского излучения по п. 17 или 18, отличающееся тем, что
изолирующий и опорный элемент является цилиндрическим, а каркас сетки, катод и сетка - прямоугольными.
21. Устройство рентгеновского излучения по п. 17 или 18, отличающееся тем, что
изолирующий и опорный элемент является кубовидным, а каркас сетки, катод и сетка - круглыми.
22. Устройство рентгеновского излучения по п. 17 или 18, отличающееся тем, что
изолирующий и опорный элемент является кубовидным, а каркас сетки, катод и сетка - прямоугольными.
23. Устройство рентгеновского излучения по п. 17 или 18, отличающееся тем, что
сетка является плоской, сферической или U-образной.
24. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что
анод содержит: анодную пластину, изготовленную из металлического материала и параллельную верхней поверхности блока эмиссии электронов, и несколько мишеней, установленных на анодной пластине и расположенных так, чтобы находиться напротив положения блока эмиссии электронов,
нижняя поверхность мишени соединена с анодной пластиной, и верхняя поверхность мишени образует с анодной пластиной заданный угол.
25. Устройство рентгеновского излучения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что
блок эмиссии электронов содержит: плоскую пластинчатую сетку, состоящую из изолирующей каркасной пластины, сеточной пластины, сетки и вывода сетки, и матрицу катодов, образованную близко расположенными несколькими конструкциями катодов, причем каждая конструкция катода состоит из нити накала, катода, соединенного с нитью накала, вывода нити накала, выходящего от двух концов нити накала, и изолирующий опорный элемент, окружающий нить накала и катод;
при этом сеточная пластина предусмотрена на изолирующей каркасной пластине, сетка предусмотрена в положении сеточной пластины, в которой выполнено отверстие, и вывод сетки выходит из сеточной пластины;
при этом плоская пластинчатая сетка находится над матрицей катодов, и центр сетки и центр катода совпадают в паре в вертикальном направлении;
при этом вывод нити накала и вывод сетки соединены соответственно с устройством управления эмиссией;
при этом анод содержит анодную пластину, изготовленную из металлического материала и параллельную верхним поверхностям блока эмиссии электронов, и несколько мишеней, установленных на анодной пластине и расположенных так, чтобы находиться напротив положения блока эмиссии электронов;
при этом нижняя поверхность мишени соединена с анодной пластиной, а верхняя поверхность мишени образует с анодной пластиной заданный угол.
26. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1, 2, 3, 5-12 и 24, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены матрицей, линейной в двух направлениях или линейной в одном направлении и сегментно-линейной в другом направлении.
27. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1, 2, 3, 5-12 и 24, отличающееся тем, что
несколько блоков эмиссии электронов расположены матрицей, линейной в одном направлении и дугообразной или сегментно-дугообразной в другом направлении.
28. Устройство рентгеновского излучения по п. 1 или 4, отличающееся тем, что
анод содержит: анодную трубку, изготовленную из металла и имеющую форму полой трубки; опорный элемент анода, предусмотренный на анодной трубке; и сторону мишени анода, предусмотренную на наружной поверхности анодной трубки и обращенную к блокам эмиссии электронов.
29. Устройство рентгеновского излучения по п. 28, отличающееся тем, что
поверхность зеркала анода представляет собой наклонную плоскость, полученную срезанием части вневписанной окружности анодной трубки.
30. Устройство рентгеновского излучения по п. 28, отличающееся тем, что
сторона мишени анода выполнена из вольфрама как тяжелого металла или вольфрамового сплава на наклонной плоскости, полученной срезанием части вневписанной окружности анодной трубки.
31. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 4, 29 и 30, отличающееся тем, что
ось представляет собой прямую линию или сегментную прямую линию.
32. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 4, 29 и 30, отличающееся тем, что
ось представляет собой дугу или сегментную дугу.
33. КТ-оборудование, отличающееся тем, что используемый источник рентгеновского излучения представляет собой устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-32.
| US 2011286581 A1, 24.11.2011 | |||
| US 2003072407 A1, 17.04.2003 | |||
| US 5142652 A, 25.08.1992 | |||
| CN 101494150 A, 29.07.2009. |
