УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КТ-ОБОРУДОВАНИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО Российский патент 2019 года по МПК H05G1/30 H01J35/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования распределенного рентгеновского излучения и, в частности, к устройству распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками, предназначенному для генерирования рентгеновского излучения, изменяющегося в положениях фокальных точек в соответствии с заданной последовательностью при расположении нескольких независимых блоков эмиссии электронов в одном оборудовании источника рентгеновского излучения и управления блоками эмиссии электронов посредством сеток, а также к КТ-оборудованию, содержащему указанное устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками.

Предпосылки изобретения

В общем, термин «источник рентгеновского излучения» означает оборудование, генерирующее рентгеновское излучение и обычно состоящее из рентгеновской трубки, источника питания и системы 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 поток электронного луча, 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 высокотехнологичным устройствам.

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, за счет ограничения скорости 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 расположении в ряд, что может создать несколько углов зрения. Кроме того, в качестве холодных катодов используются углеродные нанотрубки, расположенные в ряд, напряжение на сетках катодов используется для управления автоэлектронной (полевой) эмиссией, чтобы, таким образом, последовательно управлять каждым катодом для последовательного 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 с управляемыми сетками, 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 с управляемыми сетками.

Для достижения вышеупомянутой цели предлагается устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками, 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 в линейном ряду, чтобы быть установленными на одном конце вакуумной камеры; анод, установленный на другом конце в вакуумной камере, в направлении длины параллельный плоскости, в которой находятся сетки блоков эмиссии электронов, а в направлении ширины образующий с плоскостью, в которой находятся сетки блоков эмиссии электронов, угол заданной величины; и систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, соединенный с анодом, источник питания нитей накала, соединенный с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, устройство управления сетками, соединенное с каждой сеткой нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания. Каждый из блоков эмиссии электронов содержит: нить накала; катод, соединенный с нитью накала; выводы нити накала, выходящие от двух концов нити накала и соединенные с источником питания нитей накала; сетку, предусмотренную над катодом так, чтобы находиться напротив катода; изолирующий опорный элемент, имеющий отверстие и окружающий нить накала и катод; и соединительный и фиксирующий элемент, соединенный на наружном крае нижнего конца изолирующего опорного элемента и герметично соединенный со стенкой вакуумной камеры. Каждая из сеток содержит: каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие, выполненное в средине, собственно сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в положении отверстия каркаса сетки, и вывод сетки, выходящий от каркаса сетки и соединенный с устройством управления сетками. Сетки предусмотрены на отверстиях изолирующих опорных элементов так, чтобы находиться напротив катодов, и выводы нитей накала и выводы сеток проходят через изолирующие опорные элементы и выходят наружу из блоков эмиссии электронов.

Кроме того, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками дополнительно содержит: соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с высоковольтным источником питания и установленное на боковой стенке в одном конце, ближнем к аноду, вакуумной камеры; соединительные устройства источника питания нитей накала, используемые для соединения нитей накала с источником питания нитей накала; соединительные устройства для устройства управления сетками, используемые для соединения сеток блоков эмиссии электронов с устройством управления сетками.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками центры отверстий сеток выровнены с центрами катодов, и отверстия соответствуют катодам по форме.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками изолирующие опорные элементы являются цилиндрическими, а каркасы сеток, катоды и собственно сетки – круглыми.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками изолирующие опорные элементы являются цилиндрическими, а каркасы сеток, катоды и собственно сетки – прямоугольными.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками изолирующие опорные элементы являются кубовидными, а каркасы сеток, катоды и собственно сетки – круглыми.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками изолирующие опорные элементы являются кубовидными, а каркасы сеток, катоды и собственно сетки – прямоугольными.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками собственно сетки являются плоскими, сферическими или U-образными.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками вакуумная камера изготовлена из стекла или керамики.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками вакуумная камера изготовлена из металлического материала.

Кроме того, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками дополнительно содержит: источник вакуума, включенный в систему питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и действующее путем использования источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками несколько блоков эмиссии электронов расположены с формой прямой линии или сегментной прямой линии.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками несколько блоков эмиссии электронов расположены с формой дуги или сегментной дуги.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками несколько блоков эмиссии электронов расположены с одинаковым интервалом.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками несколько блоков эмиссии электронов расположены с одинаковым интервалом.

Кроме того, в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками устройство управления сетками содержит контроллер, модуль отрицательного высокого напряжения, модуль положительного высокого напряжения и несколько элементов переключения высокого напряжения, причем каждый из нескольких элементов переключения содержит по меньшей мере один вывод для управления, два входных вывода и один выходной вывод; выдерживаемое напряжение на выводах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем отрицательного высокого напряжения и модулем положительного высокого напряжения; модуль отрицательного высокого напряжения подает стабильное отрицательное высокое напряжение на один входной вывод каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения, а модуль положительного высокого напряжения подает стабильное положительное высокое напряжение на другой входной вывод каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения; контроллер управляет каждым из нескольких элементов переключения высокого напряжения независимо; устройство управления сетками дополнительно содержит несколько выходных каналов сигналов управления; и выходной вывод одного из элементов переключения высокого напряжения соединен с одним из выходных каналов сигналов управления.

Кроме того, предлагается КТ-оборудование, отличающееся тем, что используемый источник рентгеновского излучения представляет собой устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками, описанное выше.

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками для генерирования рентгеновского излучения, периодически изменяющегося в положениях фокальных точек в соответствии с определенной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. По сравнению с другими конструкциями, благодаря термоэлектронным катодам, принятым в предлагаемых блоках эмиссии электронов, достигаются преимущества большого тока эмиссии, продолжительного срока службы и отработанной технологии; благодаря нескольким блокам эмиссии электронов, независимо установленным на вакуумной камере, достигаются простота сборки, гибкость управления и удобство обслуживания; благодаря управлению сетками для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов переключение состояний является быстрым и точным, и различные рабочие состояния могут гибко комбинироваться; 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 удовлетворяются требования огромного числа условий использования и достигается гибкость применения; и благодаря конструкции с управляемым напряжением на сетках электронный пучок, генерируемый каждым блоком эмиссии электронов, обладает эффектом самофокусировки, благодаря которому получается пятно пучка на мишени малого диаметра. По сравнению с другим оборудованием источника распределенного рентгеновского излучения, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками 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 опущено, что является выгодным для упрощения конструкции и повышения устойчивости и надежности системы, а также эффективности проверки.

Краткое описание графических материалов

На ФИГ. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками.

На ФИГ. 2 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого блока эмиссии электронов.

ФИГ. 3 представляет собой вид сверху конструкции предлагаемого цилиндрического блока эмиссии электронов; на ФИГ. 3(A) показана конструкция с круглым отверстием сетки, на ФИГ. 3(B) показана конструкция с прямоугольным отверстием сетки.

ФИГ. 4 представляет собой вид сверху конструкции предлагаемого кубовидного блока эмиссии электронов; на ФИГ. 4(A) показана конструкция с круглым отверстием сетки, на ФИГ. 4(B) показана конструкция с прямоугольным отверстием сетки.

На ФИГ. 5 приведено схематическое представление конструкций предлагаемых катодов; на ФИГ. 5(A) показан плоский круглый катод, на ФИГ. 5(B) показан плоский прямоугольный катод, на ФИГ. 5(C) показан сферический дугообразный катод, и на ФИГ. 5(D) показан цилиндрический катод с выпуклой поверхностью.

На ФИГ. 6 приведено схематическое представление предлагаемых собственно сеток; на ФИГ. 6(A) показана плоская собственно сетка, на ФИГ. 6(В) показана сферическая собственно сетка, и на ФИГ. 6(С) показана U-образная собственно сетка.

На ФИГ. 7 приведено схематическое представление вида спереди взаимного расположения блоков эмиссии электронов и анода внутри устройства распределенного рентгеновского излучения в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ. 8 приведено схематическое представление вида сбоку взаимного расположения блоков эмиссии электронов и анода внутри устройства распределенного рентгеновского излучения в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ. 9 приведена структурная схема предлагаемого устройства управления сетками.

На ФИГ. 10 приведено схематическое представление автоматической фокусировки, выполняемой с использованием управления сетками в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ. 11 приведено схематическое представление взаимного расположения блоков эмиссии электронов и анода внутри предлагаемого дугообразного устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками; ФИГ. 11(A) представляет собой вид из центра дуги, а ФИГ. 11(B) представляет собой вид с одного конца дуги.

Перечень позиций на фигурах: 1: блок эмиссии электронов; 2: анод; 3: вакуумная камера; 4: соединительное устройство высоковольтного источника питания; 5: соединительное устройство источника питания нитей накала; 6: соединительное устройство устройства управления сетками; 7: система питания и управления; 8: вакуумное устройство; E: поток электронного пучка; X: рентгеновское излучение; 101: нить накала; 102: катод; 103: сетка; 104: изолирующий опорный элемент; 105: вывод нити накала; 106: каркас сетки; 107: собственно сетка; 108: вывод сетки; 109: соединительный и фиксирующий элемент; 701: система управления; 702: высоковольтный источник питания; 703: устройство управления сетками; 70301: контроллер; 70302: модуль отрицательного высокого напряжения; 70303: модуль положительного высокого напряжения; 704: источник питания нитей накала; 801: вакуумный насос; 802: вакуумный клапан.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

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

На ФИГ. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками, и ФИГ. 2 приведено схематическое представление конструкции предлагаемого блока эмиссии электронов. Как показано на ФИГ. 1, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками содержит несколько блоков 1 эмиссии электронов (числом по меньшей мере два, далее по тексту обозначенных блоками 11, 12, 13, 14 эмиссии электронов), анод 2, вакуумную камеру 3, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания, соединительные устройства 5 источника питания нитей накала, соединительные устройства 6 устройства управления сетками и систему 7 питания и управления. Кроме того, каждый из блоков 1 эмиссии электронов состоит из нити 101 накала, катода 102, сетки 103, изолирующего опорного элемента 104, соединительного и фиксирующего элемента 109 и т. п. Несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены на прямой линии; анод 2 имеет удлиненную форму, соответствующую расположению блоков эмиссии электронов; анод 2 параллелен прямой линии, образованной расположением нескольких блоков 1 эмиссии электронов; и соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания установлено на стенке вакуумной камеры 3 и образует с вакуумной камерой 3 полностью герметичную конструкцию.

Блоки 1 эмиссии электронов используются для генерирования потоков электронных пучков, как требуется, и установлены на стенке (именуемой в настоящем описании как нижний конец, см. ФИГ. 1) в одном конце вакуумной камеры 3, и образуют с вакуумной камерой 3 полностью герметичную конструкцию, используя соединительные и фиксирующие элементы 109, но не только их: для установки могут использоваться и другие средства, позволяющие устанавливать блоки 1 эмиссии электронов в вакуумной камере 3. Кроме того, в вакуумной камере находится катодный конец (включающий нить 101 накала, катод 102 и сетку 103) каждого блока эмиссии электронов 1, снаружи вакуумной камеры находится выводной конец (включающий выводы 105 нити накала, вывод 108 сетки и соединительный и фиксирующий элемент 109) каждого блока эмиссии электронов 1, но ими настоящее изобретение не ограничивается: могут использоваться и другие средства. Кроме того, на ФИГ. 2 показана конструкция блоков 1 эмиссии электронов, в которой блок 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 104, выводы 105 нити накала и соединительный и фиксирующий элемент 109, и сетка 103 состоит из каркаса 106 сетки, собственно сетки 107 и вывода 108 сетки. Катод 102 соединен с нитью 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, такой как оксид бария, соль скандия и гексаборид лантана. Изолирующий опорный элемент 104, окружающий нить 101 накала и катод 102, эквивалентен оболочке блока 1 эмиссии электронов, и для него используется изоляционный материал, обычно представляющий собой керамику. Выводы 105 нити накала проходят через изолирующий опорный элемент 104 и выходят из нижнего конца блока 1 эмиссии электронов (но настоящее изобретение этим не ограничивается, возможны и другие решения по выводу выводов нити накала наружу блока 1 эмиссии электронов) и образуют с изолирующим опорным элементом 104 герметичную конструкцию. Сетка 103 установлена на верхнем конце изолирующего опорного элемента 104 (т. е. выполнена на отверстии изолирующего опорного элемента 104) и находится напротив катода 102, и, предпочтительно, центр сетки 103 и центр катода 102 выровнены в вертикальном направлении. Кроме того, сетка 103 содержит каркас 106 сетки, собственно сетку 107 и вывод 108 сетки, причем каркас 106 сетки, собственно сетка 107 и вывод 108 сетки изготовлены из металла, обычно из нержавеющей стали для каркаса 106 сетки, молибдена для собственно сетки 107 и материала ковар (сплав) для вывода 108 сетки. Вывод 108 сетки проходит через изолирующий опорный элемент 104, 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 104 герметичную конструкцию.

Кроме того, в частности, в отношении конструкции сеток 103, каждая сетка 103 имеет основной корпус из металлической пластинки (например, из нержавеющей стали), т. е. каркас 106 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 107; и один вывод (например, из сплава ковар), т. е. вывод 108 сетки, выходит из определенного положения металлической пластинки, позволяя подсоединить сетку 103 к потенциалу. Кроме того, сетки 103 находятся прямо над катодами 102, центры отверстий сеток 103 выровнены с центрами катодов 102 (т. е., оба центра находятся на одной вертикальной линии); форма каждого отверстия соответствует форме каждого катода 102; и размер каждого отверстия обычно меньше площади каждого катода 102. Однако конструкция сеток 103 не ограничивается вышеописанной конструкцией; возможна любая конструкция сеток 103, позволяющая потокам электронных лучей проходить через сетки 103. Кроме того, сетки 103 и катоды 102 закреплены в положении напротив друг друга в изолирующих опорных элементах 104.

Кроме того, в частности, в отношении конструкции соединительных и фиксирующих элементов 109, рекомендуется, чтобы каждый соединительный и фиксирующий элемент 109 имел основной 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 104 в месте отверстия находится в герметичном соединении (например, в соединении сваркой); и в наружном крае фланца с ножевой опорой выполнено отверстие под винты, чтобы блок 1 эмиссии электронов мог крепиться на стенке вакуумной камеры болтовым соединением с вакуумно-герметичным соединением, образованным между ножевой опорой фланца и стенкой вакуумной камеры. Эта конструкция является гибкой и легко отсоединяется и при отказе одного из нескольких блоков 1 эмиссии электронов может гибко заменяться. Следует отметить, что функция соединительных и фиксирующих элементов 109 заключается в обеспечении герметичного соединения между изолирующими опорными элементами 104 и вакуумной камерой 3, и доступны также различные гибкие средства, такие как сварка с металлическим фланцем как переход, или герметичное соединение, реализованное посредством высокотемпературного плавления стекла, или сваркой между металлизированной керамикой и металлом и т. п.

Кроме того, блоки 1 эмиссии электронов могут иметь цилиндрическую конструкцию, то есть изолирующие опорные элементы 104 являются цилиндрическими, а катоды 102, каркасы 106 сеток и собственно сетки 107 могут при этом быть круглыми или прямоугольными. ФИГ. 3 представляет собой вид сверху цилиндрического блока 1 эмиссии электронов; на ФИГ. 3(A) показано, что катод 102, каркас 106 сетки и собственно сетка 107 при этом являются круглыми, а на ФИГ. 3(В) показано, что катод 102, каркас 106 сетки и собственно сетка 107 при этом являются прямоугольными. Кроме того, что касается круглых катодов, поверхность каждого катода 102 типично и предпочтительно механически обработана для придания ей сферической дугообразной формы для достижения лучшего эффекта фокусировки для электронов, генерированных на поверхности катода 102 (как показано на ФИГ. 5(C)). Диаметр поверхности каждого катода 1 типично равен нескольким миллиметрам, например 2 мм, а диаметр отверстия каждой собственно сетки 107, установленной на соответствующем каркасе 106 сетки, равен нескольким миллиметрам, например 1 мм. Кроме того, расстояние от каждой сетки 103 до поверхности соответствующего катода 102 типично находится в пределах от нескольких миллиметров менее 1 до нескольких миллиметров, например 2 мм. Кроме того, что касается прямоугольных катодов, поверхность каждого катода 102 типично и предпочтительно является цилиндрически выпуклой поверхностью для достижения лучшего эффекта фокусировки для электронов, генерированных на поверхности катода 102, что обеспечивает дополнительную фокусировку потоков электронных пучков 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, собственно сетки 107 являются прямоугольными и предпочтительно имеют ширину 1 мм и длину 10 мм. На ФИГ. 5 показаны четыре конструкции, в которых катоды 102 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 104 являются кубовидными, и катоды 102, каркасы 106 сеток и собственно сетки 107 при этом могут быть круглыми или прямоугольными. ФИГ. 4 представляет собой вид сверху кубовидного блока 1 эмиссии электронов; на ФИГ. 4(A) показана конструкция, в которой катод 102, каркас 106 сетки и собственно сетка 107 являются при этом круглыми, а на ФИГ. 4(В) показана конструкция, в которой катод 102, каркас 106 сетки и собственно сетка 107 являются при этом прямоугольными. Следует отметить, что вместо указания сечений, на ФИГ. 3 и ФИГ. 4 для различения разных компонентов используются диагональные линии.

Кроме того, в частности, что касается конструкции собственно сеток 107, как показано на ФИГ. 6, собственно сетки 107 могут быть плоскими, сферическими или U-образными, но рекомендуется сферическая форма, поскольку сферическая собственно сетка позволяет электронному пучку получить лучший эффект фокусировки.

Кроме того, анод 2 представляет собой удлиненный металлический элемент, установленный на другом конце (определенный в настоящем описании как верхний конец, см. ФИГ. 1) внутри вакуумной камеры 3; кроме того, как показано на ФИГ. 7, анод параллелен линии расположения блоков 1 эмиссии электронов в направлении длины (поперечное направление на ФИГ. 1 и 7); и кроме того, поверхность анода 2 и плоскость, на которой находятся поверхности блоков 1 эмиссии электронов, образуют малый угол, который, как правило, находится в пределах от нескольких градусов до десятков градусов (как показано на ФИГ. 8) и типично равен, например, 15 градусам. К аноду 2 прикладывается положительное высокое напряжение, которое типично находится в пределах от нескольких десятков киловольт до нескольких сотен киловольт и типично равно, например, 180 кВ. При этом между анодом и блоками 1 эмиссии электронов создаются параллельные электрические поля высокого напряжения, потоки электронных пучков, проходящие через собственно сетки 107, под действием электрических полей высокого напряжения ускоряются, движутся обратно в направлении электрического поля и в конечном итоге ударяются об анод 2, генерируя при этом рентгеновское излучение. Кроме того, в качестве материала анода 2 предпочтительно принимаются металлический вольфрам или вольфрамовый сплав и другие материалы, стойкие к высокой температуре. Следует отметить, что части, расположенные в вакуумной камере 3, отражены только в блоках 1 эмиссии электронов на ФИГ. 7 и 8, и блоки 1 эмиссии электронов являются цилиндрическими.

Кроме того, система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления сетками, источник 704 питания нитей накала 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 сетками соответственно соединено с каждым выводом 108 сетки посредством соединительного устройства 6 устройства управления сетками; обычно предусматриваемое число независимых выводов 108 сеток является таким же, как число блоков 1 эмиссии электронов; а число выходных путей устройства 703 управления сетками является таким же, как число выводов 108 сеток. Соединительные устройства 6 устройства управления сетками типично представляют собой кабели с соединителями, и их число является таким же, как число выводов 108 сеток, рекомендуются коаксиальные кабели с выдерживаемым напряжением не менее 3 кВ. Источник 704 питания нитей накала соединен с каждым выводом 105 нити накала соответственно посредством соединительного устройства 5 источника питания нитей накала. Соединительные устройства 5 источника питания нитей накала типично представляют собой кабели с соединителями; рекомендуются несколько двужильных кабелей; число соединительных устройств 5 источника питания нитей накала является таким же, как число блоков 1 эмиссии электронов; и рекомендуется, чтобы число выходных цепей источника 704 питания нитей накала было таким же, как число блоков 1 эмиссии электронов, при этом достигается соответствие один к одному и становится возможным осуществлять регулировку величины и независимое управление в части мощности нити накала каждого блока 1 эмиссии электронов. Кроме того, система 701 управления управляет рабочими состояниями высоковольтного источника 702 питания, устройства 703 управления сетками, источника 704 питания нитей накала и т. п.

Кроме того, как показано на ФИГ. 9, устройство 703 управления сетками содержит контроллер 70301, модуль 70302 отрицательного высокого напряжения, модуль 70303 положительного высокого напряжения и несколько элементов switch1, switch2, switch3, switch4, ... переключения высокого напряжения. Каждый из нескольких элементов переключения высокого напряжения содержит по меньшей мере один вывод для управления (C), два входных вывода (In1 и In2) и один выходной вывод (Out), и выдерживаемое напряжение на всех выводах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем 70302 отрицательного высокого напряжения и модулем 70303 положительного высокого напряжения (то есть, если выходное отрицательное высокое напряжение равно -500 В, а выходное положительное высокое напряжение равно +2000 В, выдерживаемое напряжение на всех выводах равно по меньшей мере более 2500 В). Контроллер 70301 содержит несколько путей независимых выходов, причем каждый путь соединен с выводом для управления одного элемента переключения высокого напряжения. Модуль 70302 отрицательного высокого напряжения подает стабильное выходное отрицательное высокое напряжение величиной обычно несколько сотен вольт в пределах от 0 до -10 кВ (рекомендуется -500 В), и отрицательное высокое напряжение подсоединено к одному входному выводу каждого элемента переключения высокого напряжения; кроме того, модуль 70303 положительного высокого напряжения подает стабильное выходное положительное высокое напряжение величиной обычно несколько сотен вольт в пределах от 0 до +10 кВ (рекомендуется +2000 В), и положительное высокое напряжение подсоединено к другому входному выводу каждого переключения высокого напряжения. Выходные выводы всех элементов переключения высокого напряжения соединены соответственно с выходными каналами channel1, channel2, channel3 и channel4 сигналов управления для объединения в выдаваемый сигнал управления для нескольких путей. Контроллер 70301 управляет рабочим состоянием каждого элемента переключения высокого напряжения, чтобы сигнал управления каждого выходного канала был либо отрицательным высоким напряжением, либо положительным высоким напряжением.

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

Кроме того, 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 нижнем конце (см. ФИГ. 1) вакуумной камеры 3 и расположены прямой линией, а удлиненный анод 2 установлен на верхнем конце вакуумной камеры (см. ФИГ. 1) и параллелен блокам 1 эмиссии электронов в направлении длины. Пространство внутри вакуумной камеры 3 достаточно для движения потоков 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 применен металлический материал, блоки 1 эмиссии электронов соединены со стенкой вакуумной камеры 3 посредством их соединительных и фиксирующих элементов 109 с уплотнением фланцами с ножевой опорой; анод 2 жестко устанавливается в вакуумной камере 3 с использованием изоляционного опорного материала; и между оболочкой вакуумной камеры 3 и блоками 1 эмиссии электронов, а также анодом 2 поддерживается расстояние, достаточное, чтобы не вызывать высоковольтного искрения и каких-либо существенных влияний на распределение электрических полей между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2.

Кроме того, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания представляет собой кабель, используемый для соединения анода 2 с высоковольтным источником 702 питания, и установлено на боковой стенке в одном конце, ближнем к аноду 2, вакуумной камеры 3. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания типично имеет коническую керамическую конструкцию с предусмотренной внутри металлической колонкой, причем один конец соединен с анодом 2, а другой конец плотно соединен 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 кабельным соединителем.

Кроме того, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками может также содержать вакуумное устройство 8, содержащее вакуумный насос 801 и вакуумный клапан 802 и установленное на боковой стенке вакуумной камеры 3. Вакуумный насос 801 работает от источника 705 вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3. Типично, при работе устройства распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками потоки электронных пучков ударяются 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 с управляемыми сетками содержит также источник 705 вакуума (Vacc PS) вакуумного устройства 8.

Следует отметить, что предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками 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 один за одним 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 с управляемыми сетками 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.

Следует отметить, что, 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 потока электронного пучка, электрические поля по две стороны сетки блока эмиссии электронов оказывают эффект автоматической фокусировки на поток электронного пучка. Как показано на ФИГ. 10, стрелками между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 на ФИГ. 10 показано направление движения электронов (направление, обратное силовым линиям). На ФИГ. 10 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 2 от блоков 1 эмиссии электронов, то есть пока блоки 1 эмиссии электронов эмитируют потоки электронных пучков, все потоки электронных пучков движутся к аноду 2. При наблюдении локальных состояний 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 13 эмиссии электронов 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.

Кроме того, следует особенно отметить, что предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками может располагаться либо на прямой линии, либо на дуге, тем самым отвечая требованиям разных случаев применения. На ФИГ. 11 приведено схематическое представление взаимного расположения блоков эмиссии электронов и анода внутри вакуумной камеры предлагаемого дугообразного устройства распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками; ФИГ. 11(A) представляет собой вид из центра дуги, а ФИГ. 11(B) представляет собой вид с одного конца дуги. Следует отметить, что части, расположенные в вакуумной камере 3, отражены только в блоках 1 эмиссии электронов на ФИГ. 11, и блоки 1 эмиссии электронов имеют форму кубоида (прямоугольного параллелепипеда). Блоки 1 эмиссии электронов расположены по окружности в одной плоскости, и радиан для расположения может определяться в зависимости от потребности. Анод 2 расположен над блоками 1 эмиссии электронов и имеет дугообразную конструкцию с конической поверхностью, являющуюся высокой внутри и низкой снаружи, то есть анод 2 параллелен дуге, на которой в направлении дуги находятся блоки 1 эмиссии электронов, и образует малый угол с верхней поверхностью блоков 1 эмиссии электронов в направлении оси дуги, и, таким образом, анод имеет конструкцию, подобную дугообразной крыше. Потоки 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 и создать на аноде 2 несколько пятен пучка на мишени, и доступное рентгеновское излучение направлено в центр дуги в направлении выхода. Что касается вакуумной камеры 3 дугообразного устройства распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками, она также имеет форму дуги (или альтернативно именуется кольцом), соответствующую форме расположения 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 предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками сетки и блоки эмиссии электронов могут представлять собой отдельные конструкции.

Кроме того, следует особенно отметить, что в предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками 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 предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками блоки эмиссии электронов могут располагаться с одинаковым или неодинаковым интервалом.

Варианты осуществления

(Состав системы) Как показано на ФИГ. 1-9, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками состоит из нескольких блоков 1 эмиссии электронов, анода 2, вакуумной камеры 3, соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, соединительных устройств 5 источника питания нитей накала, соединительных устройств 6 устройства управления сетками, вакуумного устройства 8 и системы 7 питания и управления. Несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены в линейном ряду и установлены на стенке в нижнем конце вакуумной камеры 3; катодные концы блоков эмиссии электронов расположены внутри вакуумной камеры; выводные концы блоков 1 эмиссии электронов расположены снаружи вакуумной камеры; блоки эмиссии электронов являются индивидуально независимыми друг от друга; и удлиненный анод 2 установлен в верхнем конце внутри вакуумной камеры 3, параллелен блокам 1 эмиссии электронов в направлении линейного расположения и образует небольшой угол с верхними поверхностями блоков 1 эмиссии электронов в вертикальной касательной плоскости линейного расположения. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания установлено на верхнем конце вакуумной камеры 3 и внутренне соединено с анодом 2 и наружно соединено с высоковольтным кабелем с использованием разъема. Соединительные устройства 5 источника питания нитей накала подсоединяют выводы нитей накала каждого блока 1 эмиссии электронов к источнику 704 питания нитей накала. Соединительные устройства 6 устройств управления сеткой соединяют выводы 108 сеток всех блоков 1 эмиссии электронов с устройством 703 управления сеткой. 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 сетками, источник 704 питания нитей накала, источник 705 вакуума и несколько других модулей и соединена с нитями 101 накала и сетками 103 нескольких блоков 1 эмиссии электронов, анодом 2, вакуумным устройством 8 и другими компонентами системы силовыми и контрольными кабелями.

(Принцип действия) В предлагаемом устройстве распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками система 7 питания и управления управляет источником 704 питания нитей накала, устройством 703 управления сетками и высоковольтным источником 702 питания. Под действием источника 704 питания нитей накала нити 101 накала нагревают катоды 102 до высокотемпературного (например, 500℃ -2000℃) состояния эмиссии, и на поверхностях катодов 102 генерируется большое количество электронов. Устройство 703 управления сетками обеспечивает прикладывание к каждой сетке 103 отрицательного напряжения, например, -500 В, и между сеткой 103 и катодом 102 каждого блока 1 эмиссии электронов создается отрицательное электрическое поле, ограничивающее электроны на поверхности катода 102. Высоковольтный источник 702 питания обеспечивает прикладывание к аноду 2 очень высокого положительного высокого напряжения, обычно в пределах от десятков положительных киловольт до нескольких сотен положительных киловольт, и между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 образуются положительные электрические поля ускорений. В случаях, если необходима генерация рентгеновского излучения, система 7 питания и управления обеспечивает переключение пути выхода устройства 703 управления сетками с отрицательного напряжения на положительное напряжение по команде или введенной в память программе и изменяет выходной сигнал каждого пути в соответствии с временной последовательностью, например в момент времени 1 выходной канал channel1 устройства 703 управления сетками изменяется с -500 В на +2000 В, электрическое поле между сеткой 103 и катодом 102 в соответствующем блоке 11 эмиссии электронов изменяется на положительное электрическое поле, электроны движутся к сетке 103 с поверхности катода 102 и проходят через собственно сетку 107 и попадают в электрическое поле в прямом направлении между блоком эмиссии электронов 11 и анодом 2, где разгоняются и приобретают высокую энергию, чтобы в конечном итоге удариться об анод 2, на котором образуется пятно 21 пучка на мишени, и, кроме того, в положении пятна 21 пучка на мишени происходит эмиссия рентгеновского излучения; в момент времени 2 выходной канал channel2 устройства 703 управления сетками изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 12 эмиссии электронов испускает электроны для образования на аноде 2 пятна 22 пучка на мишени, и, кроме того, в положении пятна 22 пучка на мишени происходит эмиссия рентгеновского излучения; в момент времени 3 изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 13 эмиссии электронов испускает электроны для образования на аноде 2 пятна 23 пучка на мишени, и, кроме того, в положении пятна 23 пучка на мишени происходит эмиссия рентгеновского излучения; и т. д., затем эмиссия рентгеновского излучения происходит в положении пятна 24 пучка на мишени, затем эмиссия рентгеновского излучения происходит 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 поверхности 203 зеркала анода по очереди, что создает источник распределенного рентгеновского излучения.

Кроме того, газ, высвобождаемый анодом 2 при ударении об анод 2 потоков 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 согласованную 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 источника распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками 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 с управляемыми сетками для генерирования рентгеновского излучения, периодически изменяющегося в положениях фокальных точек в соответствии с определенной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. По сравнению с другими конструкциями, благодаря термоэлектронным катодам, принятым в блоках эмиссии электронов, достигаются преимущества большого тока эмиссии и продолжительного срока службы; благодаря нескольким блокам эмиссии электронов, независимо установленным на вакуумной камере, достигаются простота сборки, гибкость управления и удобство обслуживания; благодаря управлению сетками для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов переключение состояний является быстрым и точным, и различные рабочие состояния могут гибко комбинироваться; 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 удовлетворяются требования огромного числа условий использования и достигается гибкость применения; и благодаря конструкции с управляемым напряжением на сетках электронный пучок, генерируемый каждым блоком эмиссии электронов, обладает эффектом самофокусировки, благодаря которому получается пятно пучка на мишени малого диаметра. По сравнению с другим оборудованием источника распределенного рентгеновского излучения, предлагаемое устройство распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками 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.

Кроме того, благодаря применению предлагаемого источника распределенного рентгеновского излучения с управляемыми сетками в КТ-оборудовании могут создаваться несколько углов зрения без движения источника излучения, следовательно, движение коллекторного кольца может быть опущено, что является выгодным для упрощения конструкции и повышения устойчивости и надежности системы, а также эффективности проверки.

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.

Устройство рентгеновского излучения содержит: вакуумную камеру (3), уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум; несколько блоков (1) эмиссии электронов, индивидуально независимых друг от друга и расположенных в линейном ряду, чтобы быть установленными на одном конце вакуумной камеры (3); анод (2), установленный на другом конце в вакуумной камере (3), в направлении длины параллельный плоскости, в которой находятся сетки (103) блоков (1) эмиссии электронов, а в направлении ширины образующий с этой плоскостью угол заданной величины; систему (7) питания и управления, содержащую высоковольтный источник (702) питания, источник (704) питания нитей накала, устройство (703) управления сетками и систему (701) управления, причем каждый блок (1) эмиссии электронов содержит: нить (101) накала, катод (102), соединенный с нитью (101) накала, вывод (105) нити накала, выходящий от двух концов нити (101) накала, сетку (103), предусмотренную над катодом (102) и напротив него, изолирующий опорный элемент (104), имеющий отверстие и окружающий катод (102) и нить (101) накала, и соединительный и фиксирующий элемент (109), присоединенный на наружном крае нижнего конца изолирующего опорного элемента (104); и источник (704) питания нитей накала, соединенный с выводом (105) нити накала. Технический результат - повышение точности управления электронными пучками. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

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

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

несколько блоков эмиссии электронов, индивидуально независимых друг от друга и расположенных в линейном ряду для установки на стенке в одном конце вакуумной камеры, причем блок эмиссии электронов содержит нить накала; катод, соединенный с нитью накала; сетку, предусмотренную над катодом так, чтобы она находилась напротив катода;

анод, изготовленный из металла и установленный на другом конце в вакуумной камере, в направлении длины параллельный плоскости, в которой находится сетка блока эмиссии электронов; а в направлении ширины образующий с плоскостью, в которой находится сетка блока эмиссии электронов, угол заданной величины; и

устройство управления сетками, соединенное с каждым блоком эмиссии электронов;

причем сетка содержит каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие, выполненное в средине, собственно сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в положении отверстия каркаса сетки, и вывод сетки, выходящий из каркаса сетки и соединенный с устройством управления сетками.

2. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит:

систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, соединенный с анодом, источник питания нитей накала, соединенный с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания.

3. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что каждый из блоков эмиссии электронов дополнительно содержит: вывод нити накала, выходящий от двух концов нити накала и соединенный с источником питания нитей накала; изолирующий опорный элемент, имеющий отверстие и окружающий нить накала и катод; и соединительный и фиксирующий элемент, присоединенный на наружном крае нижнего конца изолирующего опорного элемента.

4. Устройство рентгеновского излучения по п. 3, отличающееся тем, что сетки предусмотрены на отверстиях изолирующих опорных элементов так, чтобы они находились напротив катодов;

вывод нити накала и вывод сетки проходят через изолирующие опорные элементы и выходят наружу из блоков эмиссии электронов; и

соединительные и фиксирующие элементы герметично соединены со стенкой вакуумной камеры.

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

изолирующий опорный элемент является цилиндрическим, при этом каркас сетки, катод и собственно сетка являются круглыми.

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

изолирующий опорный элемент является цилиндрическим, а каркас сетки, катод и собственно сетка являются прямоугольными.

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

изолирующий опорный элемент является кубовидным, а каркас сетки, катод и собственно сетка являются круглыми.

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

изолирующий опорный элемент является кубовидным, а каркас сетки, катод и собственно сетка являются прямоугольными.

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

собственно сетка является плоской, сферической или U-образной.

10. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что

вакуумная камера изготовлена из стекла или керамики.

11. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что

вакуумная камера изготовлена из металлического материала.

12. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 2-11, отличающееся тем, что дополнительно содержит:

соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с кабелем высоковольтного источника питания и установленное на боковой стенке в одном конце, ближнем к аноду, вакуумной камеры; соединительное устройство источника питания нитей накала, используемое для соединения нити накала с источником питания нитей накала; и соединительное устройство устройства управления сетками, используемое для соединения сетки блока эмиссии электронов с устройством управления сетками.

13. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 2-11, отличающееся тем, что дополнительно содержит:

источник вакуума, включенный в систему питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и действующее путем использования источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.

14. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что

несколько блоков эмиссии электронов расположены по прямой линии или сегментной прямой линии.

15. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что

несколько блоков эмиссии электронов расположены по дуге или сегментной дугообразной линии.

16. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что

несколько блоков эмиссии электронов расположены с одинаковым интервалом.

17. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что

несколько блоков эмиссии электронов расположены с неодинаковым интервалом.

18. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 2-11, отличающееся тем, что

устройство управления сетками содержит контроллер, модуль отрицательного высокого напряжения, модуль положительного высокого напряжения и несколько элементов переключения высокого напряжения, причем

каждый из нескольких элементов переключения высокого напряжения содержит по меньшей мере один вывод для управления, два входных вывода и один выходной вывод, и выдерживаемое напряжение на выводах по меньшей мере

выше максимального напряжения, создаваемого модулем отрицательного высокого напряжения и модулем положительного высокого напряжения,

модуль отрицательного высокого напряжения подает стабильное отрицательное высокое напряжение на один входной вывод каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения,

модуль положительного высокого напряжения подает стабильное положительное высокое напряжение на другой входной вывод каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения,

контроллер управляет каждым из нескольких элементов переключения высокого напряжения независимо,

устройство управления сетками дополнительно содержит несколько выходных каналов сигналов управления; и

выходной вывод одного из элементов переключения высокого напряжения соединен с одним из выходных каналов сигналов управления.

19. КТ-оборудование, отличающееся тем, что

используемый источник рентгеновского излучения представляет собой устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-18.