ИОНИЗАТОР ПЛОТНЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА КОМПТОНА Российский патент 2024 года по МПК H01J35/08 

Ионизаторы различных веществ, по типу рентгеновской трубки, широко используются в медицине, промышленности, науке и технике. Но также могут быть использованы и в ракетостроении для создания высокой степени ионизации атомов и молекул в камере сгорания (КС) малогабаритных, жидкостных, реактивных двигателей (ЖРД). Данный ионизатор имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при расчете и конструировании. Например, он должен иметь небольшие габариты и вес при высокой эффективности и мощности, выдерживать тряску, высокие температуру и давление в КС для ЖРД, допускать быструю замену при неисправности, обладать высокой прочностью и длительным сроком службы. Были рассмотрены различные конструкции по известной литературе, патентам и техническим данным, приведенным в книге: Иванов С.А. «Рентгеновские трубки технического назначения». Л.: Энергоатомиздат, 1989, 200 с, но аналогичного, предложенного технического решения нет.

Установлено, что дополнительная ионизация газов в процессе горения благоприятно влияет на воспламенение любого жидкого топлива из-за появления свободных радикалов и электронов, проявляющих более высокую реакционную способность, чем нейтральные атомы и молекулы. Это приводит к снижению доли не сгоревшего топлива и повышению коэффициента полезного действия всего теплового процесса и удельного импульса ЖРД, в частности. В настоящее время в ЖРД, наибольшее применение имеют следующие виды топлива: жидкий водород, керосин и жидкий метан. Окислителем обычно служит жидкий кислород или концентрированная (100%) азотная кислота. В результате сгорания топлива и окислителя в химическом процессе выделяется значительная энергия с образованием газов Н₂О, СО₂ и N₂. Для случая подогрева плазмой сверхзвукового газового потока в коническом сопле малогабаритного ЖРД, его размеры должны иметь оптимальные размеры с точки зрения использования медных соленоидов из трубок для индукторов и быть согласованной нагрузкой для генераторов электромагнитной ВЧ энергии. Обычно КС малогабаритного ЖРД, имеет следующие размеры: диаметр 60 мм, длину 100 мм, диаметр критического сечения D_cr~10 мм, длина простого конического сопла L_c=150 мм. В этом случае, оптимальный диаметр на выходе конического сопла составляет D_c=60 мм. Хаотическое движение горячих газов происходит в КС с температурой T_сr ~3178°К, которые на выходе из КС имеют среднюю скорость для потока в критическом сечении W_Kp~ 1026 м/с при давлении в КС Р_кр~15 МПа и плотности газов ρ_кр=0,0187 г/см³ [1, Т.5, С.81]. При данной температуре и давлении концентрация атомов и молекул в КС равна N_kc=3⋅10 м²⁶ м^-3, поэтому концентрация рентгеновских квантов должна составлять соизмеримую величину для эффективной ионизации атомов и молекул газа, учитывая, что один гамма-квант может ионизировать значительной количество молекул газов. Количество не полностью сгоревшего топлива, без использования ионизатора, составляет на выходе из критического сечения около 13-15% и догорает при движении через коническое сопло, что понижает эффективность теплового цикла. Для температуры в сопле около критического сечения Т_кр~2674°К удельная проводимость газов равна σ_о<10 1/Ом⋅м, что явно недостаточно для эффективного поглощения электромагнитной ВЧ энергии плотным газовым потоком даже при использовании добавок щелочных металлов. Поэтому ионизатором увеличивают удельную проводимость до оптимальной величины σ_о~200 1/Ом⋅м, для приведенных выше геометрических размеров области конического сопла под витками индуктора. Это и обуславливает необходимость обязательной, дополнительной ионизации атомов (молекул) в КС и в коническом сопле под витками индуктора посредством данного прибора - ионизатора газового потока. Схема ионизатора представлена на фиг.1: где 1 - керамический корпус; 2 - вольфрамовая спираль; 3 - пористый, подогреваемый, оксидный, импрегнированный катод из тугоплавкого металла; 4 - поток электронов; 5 - фокусирующая магнитная катушка; 6 - трансмиссионный многослойный анод; 7 - медная охлаждаемая основа с резьбовым переходником.

Многослойный, трансмиссионный анод имеет диаметр D_а~6-8 мм. На выходе из ионизатора выходит поток рентгеновских квантов с энергией E_Cu=8,04 кэВ, для которых распределение по углу в диапазоне рабочего ускоряющего напряжения U_a=100-400 кВ, имеет косинусный вид, то есть имеет место острая направленность рентгеновского потока по оси ионизатора вследствие эффекта Комптона, в том числе. Эффект Комптона всегда проявляется в определенном интервале энергии ~100-1000 кэВ для образующегося тормозного рентгеновского излучения в трансмиссионном аноде и заключается в постепенной передаче энергии электронам, как связанным с ядром атома, так и свободным. Поэтому данный эффект проявляется на определенной, оптимальной толщине каждого слоя анода и выражается в многократном увеличении интенсивности излучаемых рентгеновских квантов. Использование эффекта Комптона в данном ионизаторе значительно повышает его энергетическую эффективность в отличие от обычных, отражательных рентгеновских трубок, у которых большая часть энергии идет на бесполезный нагрев в толщине анода.

Постоянный ток анода, в данном приборе, составляет типичное значение i_а=2,5 А, что соответствует величине импульсной мощности ионизатора P_imp=250-1000 кВт и скважности импульсов P_i=500-2000, если среднюю мощность ионизатора принять равной не более P_i=0,50-0,75 кВт, чтобы избежать сильного разогрева охлаждаемого анода. Поток электронов 4, фиг.1, в ионизаторе движется со скоростью 0,55-0,83 от скорости света и при ударе о поверхность анода глубоко проникает в анод, частично отражаясь от поверхности и диффузно рассеиваясь на керамических стенках. Величина такого отражения зависит от атомного номера Z для поверхностного слоя на аноде в соответствии с экспериментальными результатами, которые можно хорошо аппроксимировать предлагаемой здесь эмпирической функцией:

Для практического использования, были выбраны поверхностные слои молибдена (Z=42) и вольфрама (Z=74), которые слабо распыляются электронами, являются тяжелыми металлами и обладают высокой температурой плавления. При движении электронов через слой молибдена или вольфрама электроны тормозятся с испусканием сплошного спектра тормозного излучения с наложением множества узких линий характеристического излучения с полушириной от 7 до 43 кэВ. Сплошной спектр тормозного излучения Е_hv ограничен максимальной энергией падающих электронов Е₀=100-400 кэВ. Значения средней энергии рентгеновских квантов характеристического излучения взяты из справочной работы [2] в диапазонах для молибдена E_KMо=17,38-19,61 кэВ и вольфрама E_kw=57,8-69,3 кэВ. Величина выхода излучательной флуоресценции Р_а для К-оболочки электронов зависит от числа Z, составляя величину Р_аl=0,764 для молибдена и P_a2=0,957 для вольфрама, согласно Приложения 9 из работы [3]. Величина вероятности безизлучательных (Оже) переходов электронов внутри атомов также зависит от числа Z, уменьшаясь с его ростом. С увеличением числа Z и энергии электронов E₀ происходит рост флуоресценции рентгеновского излучения и эффективности преобразования энергии потока электронов в поток рентгеновских квантов. Опытные данные указывают, что замена молибдена с Z=42 на вольфрам с Z=74, дает увеличение вероятности излучательных переходов в 4 раза при соответствующем росте энергии электронов Е₀ в 4 раза со 100 кэВ до 400 кэВ, соответственно. Также установлено, что суммарная вероятность безизлучательных (Оже) переходов KLL резко уменьшается с ростом Z и составляет для вольфрама величину ~0,05 по сравнению ~0,22 для молибдена. При этом возрастает эффективность преобразования потока электронов в рентгеновские кванты даже при использовании обычных, массивных, свинцовых анодов, от единиц до нескольких десятков процентов при больших значениях Е₀, по вышеназванной работе Иванова С.А. Здесь определено, что для Z≥20 изменение эффективности излучательных переходов происходит по эмпирической формуле, используемой при расчетах:

Для точного расчета толщины слоев необходимо определить экстраполированный пробег электронов R_ex (г/см²) в поверхностном слое тугоплавкого металла, который зависит от числа Z, атомной массы А и энергии электронов Е₀ с учетом их рассеивания и рекомбинации. Данный расчет был произведен, а полученные результаты полностью приведены в работе [4] и здесь не показаны из-за громоздкости формул. Для вольфрама получены следующие значения для соответствующих энергий: R_eх=0,0079 г/см² для Е₀=100 кэВ; R_ех=0,0228 г/см² для E₀=200 кэВ; R_ех=0,0419 г/см² для Е₀=300 кэВ; R_ех=0,0641 г/см² для E₀=400 кэВ. Погрешность вычислений составляет менее 8.4% для Е₀≤1 МэВ. Результаты расчетов по соответствующим формулам для величины экстраполированного пробега R_ex (г/см²) в молибдене (кривая 1) и вольфраме (кривая 2) приведены на фиг.2 для интервала энергий электронов Е₀ от 100 до 400 кэВ.

Рассчитанное значение глубины поглощения R_L=R_ex/ρ_w, (ρ_w - удельный вес, г/см³) в вольфраме составляет величину от 7,5 до 40 мкм для соответствующих энергий ускоренных электронов Е₀ от 100 до 400 кэВ. Для молибдена глубина поглощения примерно в 2 раза больше. Следовательно, толщина поверхностного слоя тяжелого, тугоплавкого металла должна соответствовать указанным диапазонам расчетных величин для соответствующих энергий электронов Е₀. Определение величины интенсивности образующегося тормозного излучения рентгеновских квантов, решается здесь на основе исходного количества падающих за 1 секунду на поверхность анода количества электронов пропорционального значению анодного тока ~i_а/q_е=2,5/1,6⋅10^-19 А/кулон, где q_e - заряд электрона. Тогда интенсивность тормозного излучения, описываемая функцией N_hv(E,Z) можно представить следующей формулой:

где S_a - площадь анода, м²; Т_i - длительность импульсов тока, с; Q - скважность импульсов тока; k₁=0,064 - эмпирический коэффициент; E_L=8,0 кэВ - минимальная энергия переходов KLL используемая для расчетов. Произведение S_a⋅R_L представляет объем, в котором происходит эффективное возбуждение тормозного рентгеновского излучения. Показатели степенных функций равные величинам 1,4 и 1,67 выбраны на основе экспериментальных данных, которые согласуются с теориями Крамерса и Вентцеля изложенными в работе Блохина [5]. Функция N_o(Z) имеет размерность концентрации пропорциональной интенсивности рентгеновского излучения N_hv(E,Z)~1/м³, а толщина слоя молибдена или вольфрама равна здесь величине глубины поглощения R_L для максимальной энергии электронов Е_o падающих на поверхность анода. Расчет для вольфрама соотношения N_hv(E,Z)/N_o(Z) в зависимости от E/E_L по формуле (3) представлен на фиг.3 в линейных координатах. Здесь значение глубины поглощения R_L=40 мкм, N_o(Z)=3.8⋅10¹⁷ м^-3 и максимальные значения энергии электронов E₀₁=100 кэВ (кривая 1), E₀₂=200 кэВ (кривая 2), E₀₃=400 кэв (кривая 3).

На длине экстраполированного пробега, электроны, обладающие значительной кинетической энергией, претерпевают столкновения и передают свою энергию атомам решетки металла при столкновении с электронами К, L уровней посредством их излучательных и безизлучательных (Оже) переходов. Кроме внутренних электронов в атомной оболочке, имеются также и свободные электроны в зоне проводимости, концентрация которых в металлах молибдена и вольфрама значительна и составляет величину N_e~10²² м^-3. Следовательно, при интенсивностях потока падающих на анод электронов сопоставимых с N_e возникает их лавинное размножение, зависящее от энергии первичного пучка Е_o и атомного номера Z. На это указывают многочисленные опыты по измерению интенсивности тормозного рентгеновского излучения обладающего сверхлинейной зависимостью с показателем в степени ~1,4-1,68 при небольших энергиях падающих на анод электронов E<<E_L. Тогда полная расчетная интенсивность тормозного излучения для интервала E_L÷E_o=400 кэВ равна интегралу от функции, что примерно соответствует величине концентрации свободных электронов N_e в вольфраме по следующей формуле, м^-3:

Образование сложного спектра линий характеристического излучения вольфрама хорошо изучено. В работе Маренкова и Комяк [6] приведены расчетные данные для коэффициентов поглощения μ_q1 множества химических элементов с учетом описания вероятностей элементарных процессов - ослабления, поглощения и рассеяния квантов рентгеновского излучения для основных К, L линий (525 линий). Эти данные были использованы здесь для всех расчетов, включая газовые потоки большой плотности. Линии спектра характеристического излучения описываются, преимущественно, вероятностной функцией Гаусса. Полная расчетная функция-интенсивности рентгеновского излучения для вольфрама равная сумме всех спектральных линий с учетом тормозного и характеристического излучения в логарифмическом масштабе представлена на фиг.4, в зависимости от соотношения E/E_L для вольфрамового слоя анода толщиной 40 мкм при Е_о=400 кэВ. На вставке фиг.4 показана расчетная сумма в линейном масштабе всех составляющих характеристического рентгеновского излучения для интервала Е=57-70 кэВ без учета тормозного излучения для Е_о=200 кэВ.

Полная интегральная интенсивность характеристических линий рентгеновского излучения превосходит на несколько порядков тормозное излучение, поэтому при его прохождении через монокристаллический, медный анод толщиной около 2 мм, это излучение и дает основной вклад во вторичную фотолюминесценцию рентгеновских квантов. Максимумом по интегральной интенсивности I_Kα1=1,3⋅10²⁶ м^-3 обладает характеристическое излучение вольфрама с энергией E_Kα1=59,318 кэВ. Поглощение тормозного и интенсивного характеристического рентгеновского излучения от вольфрама в монокристаллическом, медном аноде происходит в его толщине по экспоненте с коэффициентами поглощения μ_q1 в интервале от 1,16 до 1,74 (см²/г) для каждой из четырех расчетных KLL-линий, однако интегральная интенсивность их весьма различна, согласно фиг.4. Тормозное и характеристическое излучение для всего спектра вольфрама будет возбуждать вторичное фотолюминесцентное рентгеновское излучение в монокристаллическом, медном аноде с энергией Е_Cu=8,04 кэВ для основного, интенсивного, излучательного перехода электронов К_α1. Можно представить расчетный, определенный интеграл интенсивности этого излучения для Е_о=400 кэВ на выходе из трансмиссионного анода в камеру с плотными газовыми потоками без учета его пространственного распределения с концентрацией, в виде, м^-3:

где ρ_Cu - удельный вес меди, г/см³. Следовательно, расчетная интенсивность (концентрация) рентгеновских квантов превышает концентрацию атомов (молекул) для плотного потока газов, а учитывая, что один квант рентгеновского излучения обладает энергией намного превышающую тепловую энергию атомов (молекул) в указанном объеме, то коэффициент ионизации будет близок к ~1. Можно рассчитать точный коэффициент суммарного поглощения k_g для интенсивного, характеристического, рентгеновского излучения E_Cu=8,04 кэВ в плотном газовом потоке с давлением газов 15 МПа по известному закону Бугера-Ламберта с атомами: С, N, О, Н. Коэффициенты поглощения μ_C, μ_N, μ_O, μ_H были взяты из справочной работы [6]. Расчетная величина для удельного веса всех газов ρ_кс в КС по формулам из работы [7], составила величину ρ_кс=0,0187 г/см³ для расхода топлива 0,754 кг/с при давлении 15 МПа и с расчетными долями С; N; О; Н равными 0,15585; 0,18181; 0,62338; 0,03896, соответственно. Тогда коэффициент поглощения газов составляет точное значение k_g=0,82 для длины 100 мм малогабаритной КС для ЖРД.

Итак, для экстраполированного пробега электронов R_ex с максимальной энергией в интервале Е_o=100-400 кэВ с учетом их рассеивания и рекомбинации, получаются следующие величины глубины поглощения R_L от 7,5 до 40 мкм для вольфрама и от 15 до 80 мкм для молибдена. Расчетный спектр и интенсивность тормозного и характеристического излучения для вольфрама, по предложенным выше формулам, согласуются с экспериментальными результатами. Полученное аналитическое значение для функции интенсивности в виде суммы тормозного и характеристического излучения поверхностного слоя, в соответствии с аппроксимацией Гаусса, позволило решить определенный интеграл и получить численное значение полной интенсивности (концентрации) рентгеновского излучения, возбуждаемого фотолюминесценцией в монокристаллическом, медном слое анода толщиной около 2 мм.

Все полученные, вышеизложенные, расчетные данные и формулы являются собственностью автора и опубликованы в работе [4], а экспериментальные результаты согласуются с расчетными данными.

Для изготовления трансмиссионного анода с поверхностным слоем тяжелых тугоплавких металлов молибдена или вольфрама, был изготовлен монокристаллический, медный анод толщиной около 2 мм из массивного слитка меди высокой чистоты 99,999% состоящего из нескольких сросшихся монокристаллов. Этот слиток показан на фиг.5, причем данный слиток был специально потравлен кислотой для выявления монокристаллов и освещался поляризованным светом при фотографировании. Известен патент RU 2248643 С1 от 18.06.2003 г., в котором используется автокатод без накала состоящий из сплетенного пучка углеродных ниток запрессованных в диэлектрическую профилированную шайбу и закрытую колпачком с высоким потенциалом для вырывания электронов из ниток. Однако, несмотря на то, что используется графит с высокой температурой плавления, срок службы данного автокатода определяется числом импульсов проходящих через него и составляющего величину около 10⁶ штук. Такой прибор хорошо работает при единичных импульсах напряжения и тока, но для нашего использования в ЖРД этот класс приборов не подходит, так как требуется импульсное напряжение с частотой не менее 1000 Гц, а наработка на отказ указанного выше числа импульсов тогда произойдет за короткое время в несколько минут. Следовательно, надежность по количеству импульсов 10⁶ является предельной и не сможет удовлетворить условиям работы в ЖРД.

В другом патенте RU 2384912 С1 от 01.12.2008 приведена работа импульсной рентгеновской трубки с взрывной автоэмиссией катода выполненного в виде тонкостенной трубки. Анод соединен с корпусом прибора и передает ему свое тепло в процессе работы, причем импульс по длительности не превышает 10^-9 с, а частота повторения импульсов не более 10 Гц. Достигнутая длительность безотказной работы составила около 20 часов, так как количество прошедших через катод импульсов было равно 10⁷, а диаграмма направленности имела угол излучения около 130 градусов при рабочем напряжении 200 кВ. Данный прибор также имеет следующие недоетатки: низкая частота повторения импульсов и малая длительности безотказной работы. Увеличить частоту импульсов в данном приборе невозможно из-за перегрева трубки тонкостенного катода и его разрушения, а также ограничения рабочего напряжения величиной 200 кВ, что недостаточно при использовании для ионизации плотных газовых потоков.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом), является патент RU 2138879 С1 от 29.07.1998 г.в котором используется накаливаемый вольфрамовый катод, обладающий долговечностью не менее 500 часов и электронно-оптическую систему для фокусировки потока электронов на анод, выполненным из массивного монокристаллического вольфрама. Оптическая ориентация вольфрамового анода позволяет получить высокую направленность рентгеновского излучения при напряжении анода около 100 кВ. Недостатками данного прибора является недостаточная долговечность и жесткое рентгеновское излучение с энергией квантов E_Kα1=59,318 кэВ, получаемое от вольфрамового анода, которое совершенно не подходит для ионизации плотных газовых потоков.

Целью настоящего изобретения является - повышение эффективности работы, надежности и увеличения срока службы ионизатора газовых потоков с оксидным (импрегнированным) катодом косвенного накала при дополнительной фокусировке на анод потока электронов магнитным полем катушки. Наличие определенных отличительных признаков, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна», а именно: выполнение катодного узла из оксидных подогреваемых материалов на основе нескольких окислов - бария (40%), стронция (40%), кальция (10%) и церия (10%); фокусировка электронов на трансмиссионный, многослойный анод определенной толщины магнитным полем катушки; керамический корпус специальной формы; принудительное охлаждение анодного переходника с резьбовым соединением с КС; изготовление трансмиссионного, охлаждаемого анода из монокристаллической меди высокой чистоты 99,999%.

Повышение эффективности работы ионизатора обеспечивается использованием медного, трансмиссионного, монокристаллического анода, изготовленного из меди высокой чистоты 99,999%, принудительно охлаждаемого через специальный переходник с резьбовым соединением для обеспечения быстрой замены прибора. Толщина слоя тугоплавкого металла, обращенного к катоду, имеет определенную толщину, зависящую от рабочего напряжения на катоде. Надежность обусловлена защитой трансмиссионного анода от горячего потока газов защитным слоем поликристаллического карбида кремния или карбида титана, а также высокой теплопроводностью монокристаллической меди высокой чистоты.

Срок службы оксидных (импрегнированных) катодов косвенного подогрева достигает 5000 часов вследствие пониженной температуры накаливаемой нити вольфрама, так как пористый тугоплавкий катод полностью заполнен окислами металлов (бария, стронция, кальция и церия) в определенном соотношении, с низкой работой выхода для электронов. Это позволяет получить ток катода до 2,5 А при высоком, импульсном катодном напряжении до 400 кВ (анод заземлен) в течении продолжительного времени 5000 часов. Энергия рентгеновских квантов для ионизации плотного газового потока в КС для ЖРД имеет максимальное значение для меди E_Сu=8,04 кэВ, что позволяет эффективно его ионизировать на длине около 100 мм в КС и определяется физическими параметрами поглощения атомов газа: водорода, кислорода, азота, углерода и соответствующих им окислов. Давление в КС может составлять величину более 15 МПа.

Источники информации

1. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник в 10 томах под редакцией академика Глушко В.П. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1971-1979.

2. Блохин М.А., Швейцер И.Г. Рентгеноспектральный справочник. М: Наука, 1982. 376 с.

3. Feldman L.C., Mayer J.W. Fundamentals of Surface and Thin Film Analysis. Elsevier Science Publishing, New York, Amsterdam, London, 1986. 342 p. Перевод: Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир, 1989.

4. Воронин СТ. Ионизатор горячих газовых потоков высокой плотности рентгеновским, характеристическим излучением при фотолюминесценции комбинированного анода трансмиссионного типа. //Физические основы приборостроения. 2022. T. 11. №3(45).

5. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей". М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957. 518 с.

6. Маренков О.С., Комяк Н.И. Фотонные коэффициенты взаимодействия в рентгенорадиометрическом анализе. Справочник. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 223 с.

7. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика, 2 тома. М., «Наука», 1991.

Изобретение относится к ионизаторам плотных газовых потоков, которые широко используются в медицине, также могут быть использованы в ракетостроении для создания высокой степени ионизации атомов и молекул в камере сгорания (КС) малогабаритных, жидкостных, реактивных двигателей (ЖРД). Технический результат – повышение эффективности работы, надежности и увеличения срока службы ионизатора газовых потоков с оксидным катодом косвенного накала при дополнительной фокусировке на анод потока электронов магнитным полем катушки. Особенностью предложенной конструкции для ионизации газового потока высокой плотности 1-50 МПа является использование эффекта Комптона и фотолюминесценции в монокристаллическом медном аноде от первичных рентгеновских квантов достаточно высоких энергий. Это позволяет индуцированному, вторичному, рентгеновскому излучению проходить через относительно толстый слой принудительно охлаждаемого, монокристаллического медного анода высокой чистоты 99,999% в рабочий газовый объем. Сторона анода, обращенная к газовому потоку, покрыта дополнительным слоем тугоплавкого материала, прозрачного для рентгеновского излучения, и соответствует по толщине рабочему давлению в камере сгорания. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ионизатор, по типу импульсной рентгеновской трубки с ускоряющим электроны напряжением от 100 до 400 кэВ, используемый для газовых потоков высокой плотности с давлением более 10 МПа и температурой более 3000°K, существующих в камерах сгорания жидкостных реактивных двигателей, и состоящий из катодного узла с подогреваемым импрегнированным катодом косвенного накала на основе окислов бария, стронция, кальция и церия, вставленного в керамический корпус, имеющего фокусирующую магнитную катушку для электронов, и заземленного охлаждаемого анодного узла, совмещенного с резьбовым переходником, служащим для встраивания в используемый объем, отличающийся тем, что используется эффект Комптона для энергии электронов, направленных по нормали к поверхности на многослойный трансмиссионный анод из монокристалла меди высокой чистоты, покрытого слоем тугоплавкого монокристаллического металла с толщиной, достаточной для полного поглощения электронов, и являющегося флуоресцентным источником рентгеновских квантов широкого спектра энергии для характеристического и тормозного излучения, возбуждающих, в свою очередь, вторичную интенсивную фотолюминесценцию рентгеновского излучения в медном слое с одной энергией квантов 8,04 кэВ, которое хорошо поглощается плотными газовыми потоками, и защищенного от них слоем материала с температурой плавления выше температуры данного газового потока, но прозрачного для рентгеновского излучения, выходящего из меди.

2. Ионизатор по п. 1 с трансмиссионным анодом из монокристалла меди высокой чистоты 99,999% толщиной не менее 2 мм, содержащего следующие слои: со стороны катодного узла выполненного из монокристаллического вольфрама толщиной от 7,5 до 40 мкм или из молибдена толщиной от 15 до 80 мкм, а со стороны горячих газовых потоков покрыт защитным слоем поликристаллического карбида кремния или карбида титана.