МАЛОГАБАРИТНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР Советский патент 1994 года по МПК H05G1/02 

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно - к малогабаритным рентгеновским генераторам с умножением напряжения в главной цепи.

Цель изобретения - повышение надежности при сохранении габаритов.

На фиг. 1 приведены в упрощенном виде конструкция малогабаритного рентгеновского генератора; на фиг. 2 - электрическая схема секций умножителя; на фиг. 3 - тороидальный экран; на фиг. 4 - генератор с оптимизированной конфигурацией расположения экранов.

Рентгеновский генератор собран в металлическом корпусе 1, имеющем цилиндрическую форму. В центре генератора установлена цилиндрическая трехэлектродная рентгеновская трубка 2, содержащая три электрода - анод 3, катод 4 и сетку 5 - катодно-сеточный узел 6, электрически связанный с катодом 4, анодную ловушку 7, электрически связанную с анодом 3, а также цилиндрический стеклянный корпус с толщиной стенки h₂. Коаксиально рентгеновской трубке 2 в корпусе 1 установлен секционный диодно-конденсаторный умножитель 8 напряжения, выполненный по схеме Кокрофта-Уолтона в каркасе 9 и состоящий из повышающей 10 и выравнивающей 11 колонн, расположенных диаметрально противоположно друг другу относительно оси трубки 2. Колонны 10 и 11 состоят из ряда секций 12, расположенных последовательно друг за другом равномерно вдоль рентгеновской трубки 2, что обеспечивает монотонный равномерный характер возрастания потенциала по направлению к аноду 3 трубки 2. Корпус 1 генератора и каркас 9 умножителя 8 напряжения электрически заземлены.

Электрическая схема секции 12, выравнивающей 10 и повышающей 11 колонн показана на фиг. 2. Каждая секция состоит из двух конденсаторов 13 и 14 и двух диодов 15 и 16, включенных по схеме Кокрофта-Уолтона и обеспечивающих возрастание потенциала для каждой очередной секции на величину U = U_a/N, где U_a - анодное напряжение; N - число секций умножителя. При этом каждой секции 12 умножителя 8 соответствует одна точка 17 удвоения напряжения.

Средства экранирования в рентгеновском генераторе представлены совокупностью замкнутых тороидальных метал- лических экранов 18 (см. фиг. 3). При этом каждая секция 12 заключена в свой индивидуальный металлический экран 18, который электрически соединяется с точкой 17 удвоения напряжения этой секции. В совокупности экраны 18 всех секций 12 умножителя 8 напряжения обеспечивают эффективное экранирование промежутка между анодом 3 и катодом 4 рентгеновской трубки 2 от воздействия поперечной составляющей электромагнитного поля, возбуждаемого умножителем 8 напряжения. В общем случае экран 18 выполняется сварным (из двух частей) и имеющим по крайней мере два отверстия 19 и 20, необходимых для осуществления подсоединений заключенной в него секции с соседними секциями. Умножитель 8 напряжения с каркасом 9 совместно с тороидальными экранами 18 залит твердым диэлектриком, а сам генератор, выполненный в корпусе 1, в целях обеспечения герметичности залит жидким диэлектриком и накрыт крышкой 21 с резиновой прокладкой. Электроды анода 3, катода 4 и сетки 5 выведены на внешнюю поверхность крышки 21 с возможностью электрических подсоединений к ним.

Поперечный размер h экрана 18 с секцией 12 выбирают из условия минимизации суммарной вероятности пробоя изоляции между экранами 18 и вероятности функциональных отказов рентгеновской трубки в результате воздействия поля умножителя 8 напряжения. Дополнительно производят выбор внутреннего и внешнего диаметров каждого экрана 18 из условия минимизации вероятности пробоев между элементами генератора в зоне расположения соответствующего экрана. В результате этого расположение экранов 18 с секциями 12 принимает вид, показанный на фиг. 4.

Рентгеновский генератор работает следующим образом.

Высокое напряжение, являющееся результатом преобразования умножителем 8 переменного напряжения, подается с выхода последней секции 12 (с точки 17 удвоения напряжения) на анод 3 рентгеновской трубки 2, в результате чего обеспечивается формирование высоковольтной разности потенциалов между анодом 3 и катодом 4 трубки 2. Специальный катодно-сеточный узел 6 рентгеновской трубки используется для формирования пучка электронов, фокусирующегося с помощью анодной ловушки 7 на анод 3 рентгеновской трубки. Питание канала трубки 2 осуществляется с помощью внешнего по отношению к генератору низковольтного источника питания (не показан). При подаче на сетку 5 трубки 2 запускающих импульсов напряжения (в условиях подачи анодного и накального напряжений) рентгеновский генератор формирует на выходе рентгеновские импульсы со стабильной диаграммой направленности. Использование экранов 18 позволяет надежно экранировать каждую секцию 12 умножителя 8 напряжения. При этом в отличие от случая использования экранирующих цилиндрических колец появляется возможность не только надежно заэкранировать промежуток между анодом 3 и катодом 4 рентгеновской трубки 2 от воздействия электромагнитного поля умножителя 8 напряжения, но и свести к минимуму вероятности пробоя изоляции между электрическими элементами самих секций умножителя. Подобные пробои часто возникают за счет натекания потенциала в различных точках (выступающие и острые части секции и самого кольца) электрической схемы, что приводит к возникновению больших градиентов потенциала между частями соседних секций умножителя. Использование замкнутых тороидальных экранов 18 позволяет избежать подобных пробоев за счет электрической развязки упомянутых точек натекания потенциала с использованием металлических экранов, имеющих потенциалы точек удвоения напряжения соответствующих секций. Корпус самого экрана 18 не имеет острых и выступающих частей, что сводит к минимуму процессы натекания потенциала на самом корпусе.

Однако однотипное расположение экранов 18 с секциями 12 в умножителе напряжения (см. фиг. 1) не является оптимальным. При этом оптимизация положений экранов 18, которая в данном случае предусматривает оптимальный выбор значений внешних и внутренних диаметров экранов 18, позволяет дополнительно повысить показатели эксплуатационной надежности. Оптимизация в данном случае осуществляется из условий минимизации суммарной вероятности возникновения электрических пробоев между экранами 18 и каркасом 9, между экранами 18 и катодно-сеточным узлом 6, между экранами 18 и анодной ловушкой 7, а также с учетом минимально допустимых габаритных размеров экрана 18. Следует отметить, что минимизация габаритных размеров экранов 18 (с эквипотенциальными металлическими поверхностями) с точки зрения уменьшения вероятности пробоев указанного типа является требованием очевидным, однако размер экранов не может выбираться меньшим некоторого значения, которое диктуется конструктивными соображениями.

При оптимизации можно выделить три характерных области: экран 18 расположен напротив катодно-сеточного узла 6 рентгеновской трубки 2; экран 18 расположен напротив анодной ловушки 7 рентгеновской трубки 2; экран 18 расположен напротив промежутка между катодом 4 и анодом 3 рентгеновской трубки 2. В результате приближенных расчетов установлено, что экраны 18 в зоне катодно-сеточного узла 6 следует размещать дистанционированно от него, а в центральной части анод-катодного промежутка трубки 2 и в ближайшей к аноду 3 зоне - вплотную к внутренней поверхности умножителя 8 напряжения. В совокупности это приводит к общей конфигурации расположения экранов 18, приведенной на фиг. 4. (56) Авторское свидетельство СССР N 1526555, кл. H 05 F 1/02, 1988.

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно - к малогабаритным рентгеновским генераторам с умножением напряжения в главной цепи. Цель изобретения - повышение надежности при сохранении габаритов. Для этого секции 12 умножителя 8 напряжения, равномерно размещенные по длине рентгеновкой трубки 2, заключены в замкнутые тороидальные металлические экраны 18, охватывающие рентгеновскую трубку 2. Внутренний и внешний диаметры каждого экрана 18 выбраны из условия минимизации вероятности пробоев между элементами генератора в зоне соответствующего экрана 18. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. МАЛОГАБАРИТНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий корпус, в котором расположена трехэлектродная рентгеновская трубка, секционный диодно-конденсаторный умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, установленный коаксиально с рентгеновской трубкой и выполненный в виде двух диаметрально противоположных повышающей и выравнивающей колонн при равномерном распределении секций умножителя по длине рентгеновской трубки в области ее анод-катодного промежутка, расположенные коаксиально с рентгеновской трубкой и охватывающие секции умножителя экраны, количество которых равно количеству указанных секций и каждый из которых электрически соединен с точкой удвоения напряжения соответствующей секции, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при сохранении габаритов, каждый экран выполнен в виде полого тороидального элемента, внутри которого размещена соответствующая секция умножителя напряжения. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что внутренние и внешние диаметры тороидальных экранов выбраны из условия минимизации вероятности пробоев между элементами генератора в зоне их расположения.