Импульсный рентгеновский аппарат Советский патент 1984 года по МПК H05G1/24 

2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что углы раствора конуса конических элементов выбраны из условия равенства проекций напряженности электрического поля на образующую изоляционного корпуса для первого и второго конических элементов .

3.Аппарат, по п. 2,отличающ и и с я тем, что угол раствора конуса первого конического элемента равен 90-100, а второго конического элемента 40-50.

4.Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что передняя

и задняя кромки изолированного электрода отогнуты соответственно к аноду и катоду и расположены по эквипотенциальным поверхностям электрического поля, причем потенциал эквипотенциальной поверхности передней кромки выше потенциала эквипотенцильной поверхности задней кромки.

5. Аппарат по.п. 4, отличающийся тем, что потенциал экви.потенциальной поверхности передней кромки равен 0,07 потенциала анода, а задней кромки - 0,05 потенциала анода.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ, содержащий импульсную трехэлектродную рентгеновскую трубку с игольчатым анодом, холодным кольцевым катодом и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе, и импульсный трансформатор, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения мощности дозы в импульсе и увеличения срока службы, в него введена коническая коаксиальная линия, выполненная из двух электропроводных конических элементов, первый из которых установлен снаружи корпуса рентгеновской трубки и своим большим основанием соединен с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй конический элемент установлен внутри корпуса рентгеновской трубки и своим малым основанием соединен с анодом трубки, на малом основании первого конического элемента выполнен первый кольцевой паз, в котором i размещен спай изоляционного корпуса трубки с металлическим телом катода, (Л на большем основании второго кониче кого элемента выполнен второй кольцевой паз, в котором размещен спай изоляционного корпуса трубки с вторым коническим элементом, который соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки трансформатора. ОО (X) СП

изобретение относится к рентгенотехнике и может применяться при создании импульсных рентгеновских аппаратов на большие напряжения и мощности.

Известен импульсный рентгеновский а-ппарат, содержащий высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена через разрядникобостритель к диодной К1мпульсной peH геновской трубке с холодным катодом. В указанном аппарате высокое напряжение йа рентгеновскую трубку подается в течение короткого времени в несколько наносекунд после пробоя разрядника-обострителя, поэтому диодная трубка имеет малые размеры 1

Недостатком этого устройства является наличие разрядника-обострителя, который сложен в изготовлении (заполнен газом под давлением в 80 атм.) и на котором теряется часть мощности. ,

Наиболее близким техническим решением изобретению является импульсный рентгеновский аппарат, содержащий трехэлектродную импульсную рентгеновскую трубку с холодным кольцевым катодом, игольчатым анодом и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе, и импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с.анодом и катодом . трубки 2.

В известном аппарате отсутствует разрядник-обостритель и на рентгеновскую трубку подается импульс высокого напряжения в течение относительно длительного времени в несколько микросекунд, поэтому триодная трубка «при.малых размерах не выдерживает высоких напряжений. Это ограничивает напряжение и мощность рентгеновского излучения аппарата. Кроме того, в

процессе работы по мере разрушения и укорачивания конца анода происходит перераспределение силовых линий поля внутри трубки, третий электрод выходит из оптимального положения относительно силовых линий и трубка, теряет работоспособность, т.е. .сокращается срок службы трубки и, соответственно, срок работы всего ап-. парата.

Целью изобретения является повышение мощности дозы в импульсе и увеличение срока службы аппарата.

Поставленная цель достигается тем что в импульсный рентгеновский аппарат, содержащий -импульсную трехэлектродную рентгеновскую трубку с игольчатым анодом, холодным кольцевь-м катодам и расположенным между ними изолированным электродом, установленными в изоляционном корпусе,. и импульсный трансформатор, введена коническая коаксиаль.ная линия, выполненная из двух электропроводных конических элементов, первый из которых установлен снаружи корпуса рентгеновской трубки и своим большим основанием соединен с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора второй конический элемент установлен внутри корпуса рентгеновской трубки и своим малым основанием соединен с анодом трубки, на малом основании . первого конического элемента выполнен первый кольцевой паз, в котором размещен спай изоляционного корпуса трубки с металлическим телом катода, на большем основании второго конического элемента выполнен второй кольцевой паз, в котором размешен спай изоляционного корпуса трубки с вторым коническим элементом, который соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки трансформатора. . При этом углы раствора конуса конических элементов выбраны из условия равенства проекций напряженности электрического поля на образующую изоляционного корпуса для первого и второго конических элементов. При этом угол раствора конуса пер вого конического элемента равен 90100°, а второго конического элемента . 40-50. Кроме того, передняя и задняя кромки изолированного электрода отог нуты соответственно к аноду и катоду и расположены по эквипотенциальным поверхностям электрического поля, причем потенциал эквипотенциальной поверхности передней -кромки выше потенциала эквипотенциальной поверхнос ти задней кромки. При этом потенциал эквипотенциаль ной поверхности передней кромки равен 0,07 потенциала анода, а за.дней кромки - 0,05 потенциала анода. На фиг. 1 показан импульсный рент геновский аппарат, разрез г на фиг.2 диаграммы напряжений в аппарате, Импульсный рентгеновский аппарат содержит рентгеновскую трубку 1, име щую холодный кольцевой катод2,иголь чатый анод 3, расположенный между ними кольцевой изолированный электрод 4 и изоляционный корпус 5, первый и второй (наружный и внутренний конические элементы 6 и 7, образующие коаксиальную линию, кольцевые пазы 8 и 9, в которых расположены спаи 10 и 11 изоляционного корпуса трубки с металлом, вторичную обмотку 12 импульсного трансформатора, нулевой вывод которой соединен с корпу1СОМ 13 аппарата и первым коническим элементом 6, а высоковольтный вывод с вторым коническим элементом 7. Аппарат работает следующим обраЗОМ. i При подаче высокого напряжения на анод 3 трубки 1- коническая коаксиальная линия, образованная коническими элементами 6 и 7, распределяет напряженность поля так, чтобы напряженность поля возрастала к вершинам конусов, т.е. к разрядному промежутку, а составляющая напряжен ности электрического поля вдоль изо ляционного корпуса 5 трубки 1 оставалась постоянной. Это обеспечивается следующим образом. Электрическое поле между двумя соосными конусами изменяется в зависимости от расстояния от оси и от вершины конуса. Если угол раствора наружного конического элемента 6 больше угла раствора внут реннего конического элемента 7, то в одном и том же перпендикулярном к оси сечении напряженность поля макси мальна на внутреннем коническом sJie менте 7 и минимальна на наружном ко.ническом элементе 6. Вдоль Haps HOго конического элемента б напряженность поля возрастает к его вершине. В результате на изоляционном корпусе 5, соединяющем наружный б и внутренний 7 конические элементы, напряженность поля и угол ее наклона к поверхности изоляционного корпуса 5 у наружного,-конического элемента 6 меньше, чем у внутреннего коническо.го элемента 7. : При соответствующем подборе углов раствора конусов можно добиться того, чтобы проекция напряженности электрического поля на образую-дую изоляционного корпуса 5 быпа одинаковой как у наружного 6, так и у внутреннего 7 конических элементов. Это обеспечивает условие разной электрической прочности на всей дпине изоляционного корпуса 5 и позволяет при заданной длине корпуса 5 Ьбеспечить наибольшее рабочее напряжение трубки 1. Моделирование в электролитической ванне показывает, что условие электрической равнопрочности достигается., если внутренний конический элемент 7 имеет угол раствора (полный) 4050°, а наружный конический элемент 6 - 90-100°. Пробой по изолятору чаще всего воз|никает со спая метал - изолятор, на ;котором обычно имеются заострения, окислы и соединения с. низкой работой выхода электронов. Для исключения возникновения подобных пробоев на малом основании наружного конического элемента 6 и на большем основании внутреннего конического элемента 7 выполнены кольцевые пазы 8 и 9, в которых размещены спаи изолятора с мзталлом. Стенки пазов экранируют места спаев от электрического поля, чем исключается возможность возникновения пробоев со спаев. При увеличении напряжения на трубке 1 напряженность электрического поля на кромках катода 2 и электрода 4 возрастает. При произвольной форме электрода 4 возможно сильное искажение электрического поля между катодом 2 и анодом 3 напряженность поля на катоде 2 может быть малой, а на кромке электрода 4 очень высокой и возможно начало пробоя трубки с электрода 4. Такой режим недопустим, так как разрядный промежуток трубки пробьется при напряжении, меньшем электрической пжочности простой диодной трубки с той же систе- мой катод - анод. Минимальное искажение пол имеет, место при расположении электрода 4 вдоль эквипотенциальной поверхности диодной системы катод - анод. В по-, добной трубке напряженность поля на острие катода 2 наибольшая и пробой начнется с катода при напряжении. равном электрической прочности диод ного промежутка катод - анод. Однако наличие электрода 4, пере крывающего промежуток катод - анод, приводит к зарядке электрода 4 малы эмиссионным током, выравниваюшим потенциалы между катодом 2 и электродом 4, из-за чего напряженность поля на катоде 2 уменьшится (момент Ц- на фиг. 2), т.е. трубка запирает ся и процесс пробоя задержится на некоторое время, пока напряжение, создаваемое источником питания, не возрастет до величины, обеспечивающей эмиссию с острых кромок катода или электрода 4 при наличии запираю щего потенциала на электроде 4 (момент t2 на фиг. 2). Таким образом, трехэлектродная трубка характеризуе ся более высоким рабочим напряжение чем диодная трубка с той же геомет рией промежутка анод - катод. Дальнейшее развитие разряда може происходить пробоем с острия катода 2 или с острия электрода 4. При пробое с острия катода 2 на анод 3 происходит обычный разряд, сопровождающийся слабым образованием Плазмы на катоде, а соответственно разряд протекает с малым разрядным током и большой длительностью импул са. Во избежание этого передняя кромка электрода 4 отогнута к оси. Это Обеспечивает дальнейшее развитие ра ряда за счет пробоя с острия электро да 4 на анод 3. После такого пробоя потенциал электрода 4 возрастает. Приближаясь к потенциалу анода 3 (электрод 4 перезаряжается), т.е. ве личина разрядного промежутка резко уменьшается, так как расстояние между катодом 2 и электродом 4 значител но меньше, чем расстояние между катодом 2 и анодом 3. Это приводит к резкому возрастанию за короткое время напряженности электрического поля в промежутке катод - электрод, (момент tg - tj на фиг. 2), что вызывает взрывную эмиссию микроострий на поверхности катода 2. и создает плаз.му с низкой работой выхода электронов. После поджига промежутка катодэлектрод начинается сильноточный разряд на анод 3. Перезарядка электрода 4 сопровождается также возрастанием напряженности поля на его задней кромке, и существует возможность развития паразитного пробоя с задней кромки электрода 4 на анод 3. Для устранвния этого явления задняя кромка элек трода 4 отогнута к катоду 2. Разряд с большим током обеспечивает высокую MoiLFiocTb дозы и короткую длительность вспышки рентгеновского излучения аппарата. Однако в процессе эксплуатации при разрядах большей мощности острие анода 3 выгорает, поле системы катод - анод изменяется и оптимальность расположения электрода 4 нарушается. По мере выгорания острия анода вследствие разворота эквипотенциалей поля вслед за укорачивающимся анодом потенциал в районе передней кромки электрода 4 уменьшается, а в районе задней увеличивается, что приводит к нарушению режима работы триодной трубки, и соответственно к падению мощности дозы в импульсе, т.е. сокращению срока службы трубки. Для удлинения срока службы трубки переднюю кромку электрода 4 следует заренее устанавливать на более высокой эквипотенциале, чем его заднюю кромку, таким образом, чтобы, с одной стороны, не происходило сильного искажен я электрического поля в промежутке катод - анод, т.е. чтобы не уменьшалась мощность разрядов в начальный период работы трубки, и, с другой стороны, чтобы при развороте эквипотенциалей вслед за укорачивающимся анодом трубка входила в более оптимальный режим, т.е. удлинялся срок службы трубки, а соответственно, и всего аппарата. Таким образом, отгибание кромок электрода 4 к аноду и катоду и расположение их на разных эквипотенциальных поверхностях обеспечивает устойчивое,развитие взрывной эмиссии с катода 2 при разрядах и увеличение срока службы трубки 1. Экспериментальные исследования показали, что достаточное увеличение рабочего напряжения промежутка катоданод, устойчивое развитие взрывной эмиссии и увеличенный срок службы трубки достигаются при расположении передней кромки электрода на эквипотенциале 0,07, а задней - на эквипотенциале 0,05 от потенциала анода. Описанное техническое решение позволяет развивать максимально возможное рабочее напряжение при заданных размерах аппарата, обеспечивает устойчивое формирование взрывной эмиссии, т.е. разряда с большим током, что приводит к повышению мощности дозы рентгеновской вспышки и уменьшению ее длительности, и стабилизирует работу аппарата при больиюм числе вспышек, т.е. увеличивает срок службы аппарата.