Импульсный источник рентгеновского излучения Советский патент 1985 года по МПК H01J35/22 H05G1/22 

Изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использовано в рентгенографии, для ионизации рабочей смеси в лазерах высокого давления и в других областях науки и техники.

Известны импульсные источники рентгеновского излучения, использующие ,в качестве источника импульсного электропитания генератор высоковольтных импульсов напряжения, а в качестве рентгеновской трубки - двухэлектродную трубку, соединяющую катод и анод в вакуумном объеме 1.

При подаче импульса напряжения из острого края катода за счет автоэлектронной эмиссии или из плазмы, образовавщейся при взрывной эмиссии, вырываются электроны, которые бомбардируют анод. В результате возникает рентгеновское излучение, энергия квантов которого зависит от величины приложенного напряжения. Для больщого числа практических приложений, например для предионизации газовых лазеров высокого давления, выгодно использовать мягкое рентгеновское излучение (энергия рентгеновского кванта . 30 кэВ). Но это требует уменьщать рабочее напряжение рентгеновского источника, а при уменьщении рабочего напряжения рентгеновские трубки прекращают работать из-за уменьщения напряженности поля на катоде. Особенно эти трудности усугубляются при создании протяженных источников рентгеновского излучения. В этом случае используется многоострийный катод, который даже при сравнительно.высоких напряжениях -100 кВ перестает стабильно работать. Использование подогревных катодов хотя и позволяет получать рентгеновское излучение при пониженных напряжениях (30 кВ), однако такие источники рентгеновского излучения сложны,.так как необходим дополнительный источник для питания катода, и существенно уступают по мощности рентгеновским источникам, в которых используется взрывная эмиссия электронов.

Наиболее близким к изобретению по технической суплности является импульсный ис-точник рентгеновского излучения, который содержит баллон с анодом и катодом и импульсную схему питания 2.

Недостатком известного устройства является низкая устойчивость работы при пониженных рабочих напряжениях.

Цель изобретения - повыщение устойчивости работы.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном источнике рентгеновского излучения, содержащем импульсную схему питания, баллон с анодом и катодом, катоД расположен на диэлектрической пластине, баллон заполнен газом до давления Р, а расстояние d между электродами по поверхности изолятора, образованной стенкой баллона и диэлектрической пластиной и межэлектродный зазор // между катодом и анодом выбраны таким образом, что произведение p-d соответствует минимуму на кривой Пашена, а произведение р-Н - левой ветви кривой Пащена при условии .

Для устойчивой работы рентгеновского источника как при высоких, так и при пониженных напряжениях необходимо, чтобы катод был эффективным эмиттером электронов. В известном устройстве это достигается за счет взрывной электронной эмиссии острийного катода. Однако в результате испарения кончика катода и увеличения его радиуса кривизны на катоде не достигается критическая напряженность поля для взрывной эмиссии электронов и источник рентгеновского излучения прекращает работать. Так как для взрывной эмиссии электронов критическая напряженность электрического поля на катоде должна В/см, то

для ее достижения при напряжениях десятки киловольт необходимо уменьщать межэлектродный зазор и (или) радиус кривизны катода. Но при уменьщении межэлектродного расстояния возникает пробой между

катодом и анодом, который может выбести рентгеновский источник из строя. А уменьщение радиусу кривизны катода приводит к быстрому его износу.

Использование подогревных катодов существенно усложняет конструкцию и

имеет большие ограничения по эмиссионной способности катода.

В предлагаемом импульсном источнике рентгеновского излучения электроны извлекаются из плазмы, которая образуется у катода и распространяется по поверхности диэлектрика к аноду. Так как расстояние между катодом и анодом по поверхности диэлектрика соответствует минимальному пробивному напряжению, то эта плазма устойчиво образуется при низких (10 кВ) зарядных напряжениях. Заполнение баллона рентгеновского источника газом, например гелием, и выбор соответственным образом расстояния между анодом и катодом по поверхности диэлектрика, которое соответствовало бы минимальному напряжению

пробоя, и расстояние анод - катод, которое соответствовало бы левой ветви кривой Пащена, увеличивает стабильность работы рентгеновского источника при пониженных напряжениях.

На чертеже приведен общий вид-импульсного источника рентгеновского излучения, разрез. Межэлектродный зазор Н источника образован катодом 1 и анодом 2, помещенным, в баллон 3. Катод 1 расположен на пленке из диэлектрика 4, которая помещена

на опорную рещетку 5. Импульс напряжения между катодом 1 и анодом 2 подается от генератора 6. Расстояние между катодом 1 и анодом 2 по поверхности диэлектрика 4

равно d. Баллон заполнен газом до давления Р.

Величины Р, Н и d выбраны таким образом, что произведение р-Н соответствует минимуму, а произведение p-d - левой ветви кривой Пашена при условии .

Источник рентгеновского излучения работает следующим образом.

При подаче напряжения на. промежуток катод 1 - анод 2 по поверхности диэлектрика 4 со стороны катода I начинает развиваться разряд который приводит к образованию плазмы на поверхности диэлектрика 4. Пробой между катодом 1, плазмой около катода 1 и анодом 2 запаздывает относительно образования плазмы около катода 1 на время 10 с, а образовавшаяся . плазма является эффективным эмиттером электронов. Электроны, эмиттируемые плазмой, ускоряются в промежутке и при бомбардировке анода 2 дают рентгеновское

излучение, которое выводится через пленку из диэлектрика 4, При радиусе кривизны анода 2, существенно большем радиуса кривизны катода 1, плазма у анода 2 при подаче импульса напряжения не образуется.

В связи с тем, что добавки газа в баллон облегчают развитие пробоя, удается существенно снизить рабочие напряжения. При использовании рентгеновского источника предлагаемой конструкции с межэлектродным зазором Н 2 см, d 10 см и давлением гелия в баллоне мм рт. ст. получена его стабильная работа при напряжениях до 10 кВ.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить импульсный источник рентгеновского излучения, стабильно работающий при пониженных рабочих напряжениях, необходимых для получения мягкого рентгеновского излучения.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий импульсную схему питания, баллон с анодом и катодом, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы при пониженных рабочих напряжениях, катод расположен на диэлектрической пластине, баллон заполнен газом до давления Р, а расстояние d между электродами по поверхности изолятора, образованной стенкой баллона и диэлектрической пластиной, и межэлектродный зазор Н между катодом и анодом выбраны таким образом, что произведение p-d соответствует минимуму на кривой Пашена, а произведение р-Н - левой ветви кривой Пашена при условии . О)