Рентгеновская трубка Советский патент 1993 года по МПК H01J35/32 

1, Л

I Y/

4tl . JH .4 ЛЧ . Л « 3 Фиг/

Изобретение относится к рентгеновской технике и может быть использовано для просвечивания небольших по объему полостей, то есть в тех случаях, когда для обеспечения эффективного исследования, источник рентгеновского излучения требуется располагать внутри исследуемой полости.

Преимущественно изобретение может быть использовано в рентгенодиагностике, для исследований внутренних органов человека. Кроме того, изобретение может быть также использовано для микродефектоскопии в судостроении, машиностроении, атомной энергетике и прочее, например, для контроля качества сварных соединений тонкостенных труб малого диаметра.

Известна рентгеновская трубка, содержащая вакуумную оболочку в виде стеклянной трубы, и катодный и анодный узлы, расположенные в баллоне по его торцам 1, 2. Анодный узел в данной рентгеновской трубке выполнен в виде металлического стакана, закрепленного на одном из торцов баллона. Выходное окно анодного узла, через которое выводится рентгеновское излучение, образовано стенкой стеклянного .баллона, .

Основным недостатком такой рентгеновской трубки являются большие размеры анодного узла, в частности тот факт, что вывод рентгеновского излучения осуществляется через стенки стеклянного баллона, увеличенные размеры которого обусловлены тем, что он выполняет роль высоковольтного изолятора, рассчитанного на полное рабочее напряжение рентгеновской трубки. Вследствие этого весьма трудно, а часто и невозможно обеспечить такой рентгено- вской трубкой оптимальную геометрию съемки указанных выше объектов. Съемка производится, как правило, с внешней стороны от исследуемой полости, через ртенки объекта, или через неоправданно большое количество балласта, что обуславливает невысокое качество снимков и существенные сложности при их расшифровке, В частности, исследование внутренних органов человека с помощью такой рентгеновской трубки может осуществляться только извне. При этом при прямом просвечивании, как правило, происходит затенение исследуемого органа близлежащими органами, не являющимися объектом исследований, но находящимися на пути прохождения пучка рентгеновского излучения.

Неоптимальная геометрия съемки, а именно увеличенные расстояния между источником излучения, объектом исследований и рентгеновской пленкой приводит к

невысокой резкости получаемых снимков. При просвечивании же по принципу томографии, дающему более высокое качество ис- следований, требуется использование

весьма сложного и дорогостоящего дополнительного оборудования.

Наиболее близка к предлагаемой рентгеновская трубка, включающая в себя вакуумную оболочку, соединенную с полым

0 вынесенным анодом, содержащим пролетную трубу с соосной ей протяженной магнитной линзой, вдоль нее, и узел мишени, а также катодный узел в вакуумной оболочке. В данном техническом решении выне5 сенный анод представляет собой трубку, которая через фланец закреплена на вакуумной оболочке в виде стеклянного баллона и служит одновременно пролетной трубой анода. Магнитная линза расположе0 на соосно с пролетной трубой. Мишень закреплена в торцовой части трубки. Такая рентгеновская трубка, в отличие от вышеописанной, имеет маленькие поперечные размеры анода, что позволяет помещать та5 кой анод непосредственно в небольшие полости, что повышает качество получаемых снимков и расширяет круг возможных исс- ледований. В частности, возможно осуществлять облучение пациента изнутри.

0 Магнитная линза, надетая на пролетную трубу, обеспечивает малые размеры фокусного пятна пучка электронов на мишени, что повышает качество (информативность) получаемых снимков. Однако такие рентгено5 вские трубки могут быть использованы для исследования только тех объектов, к полостям которых имеется прямолинейный проход, т.е. когда не требуется изменения конфигурации (изгиба) пролетной трубы для

0 введения вынесенного анода в полость екта. : . - : . .-

Например, в медицине такие рентгеновские трубки могут быть использованы для исследования таких органов, доступ к ко5 торым достаточно npoct, а именно в стоматологии - для исследований челюстей

пациента, в гинекологии. Введение же вынесенного анода во внутренние полости человека для исследований таких его орга0 нов, как пищевод, желудок, легкие и пр., как правило/сопровождается изменением конфигурации пролетной трубы, в частности, ее изгибом. Изгиб анода в прототипе невозможен, поскольку элек5 троны, эмиттированные катодом и ускоренные полем анода, будут оседать на стенке пролетной трубы в месте ее изгиба, а не попадать на мишень, и генерации рентгеновского излучения с мишени практически не будет.

Цель изобретения - расширение возможностей применения.

Для достижения указанной цели в рентгеновской трубке, включающей в себя вакуумную оболочку с вынесенным анодом, содержащим пролетную трубу с магнитной линзой, надетой на нее, и узел мишени с выходным окном, пролетная труба выполнена гибкой, а магнитная линза выполнена длинной, например, в виде соленоида, размещенного вдоль пролетной трубы.

Соленоид создает внутри пролетной трубы магнитное поле, которое транспортирует и направляет пучок электронов вдоль оси соленоида и, соответственно, вдоль оси пролетной трубы. При искривлении пролетной трубы электроны движутся внутри нее по линиям магнитного поля соленоида (как бы навиваясь на них) и попадают на мишень, генерируя рентгеновское излучение. Таким образом, наличие соленоида позволяет получать генерацию рентгеновского излучения при изогнутой пролетной трубе, что существенно расширяет возможные области применения таких рентгеновских трубок, а именно, позволяет исследовать полости объектов, не имеющих прямолинейного доступа, например, использовать их в медицине для исследований изнутри таких органов пациента, как пищевод, легкие, желудок и пр.

Параметры используемой длинной магнитной линзы (типоразмер постоянных магнитов или число витков, плотность их расположения, напряжение на соленоиде и др.) в основном зависят от условий эксплуа- тации рентгеновской трубки, в частности от угла изгиба пролетной трубы. При этом линза должна обеспечивать достаточно однородное магнитное поле внутри изогнутой пролетной трубы, а также сохранять необходимую гибкость пролетной трубы. Выбор параметров линзы, отвечающей вышеуказанным условиям, осуществляется по известным методикам.

Целесообразно, чтобы стенка пролетной трубы была выполнена из диэлектрического материала, а линза снабжена наружным магнитным экраном, установленным вдоль нее.

Выполнение стенки пролетной трубы из диэлектрика наиболее технологично для обеспечения гибкости пролетной трубы и ее вакуумной плотности. Магнитный экран, установленный над линзой, позволяет обеспечить равномерность магнитного поля вдоль оси пролетной трубы при ее изгибе и тем самым способствует более точному движению пучка электронов на мишень анода.

Целесообразно, чтобы линза была размещена в толще стенки пролетной трубы, а над ней в указанной стенке был выполнен кольцевой канал, заполненный магнитной

жидкостью, образующей магнитный экран. Размещение соленоида (в случае использования соленоида в качестве длинной магнитной линзы) в толще стенки пролетной трубы из диэлектрического материала по0 зволяет достаточно технологично изготавливать пролетную трубу с соленоидом, например, путем армирования резиновой трубки проволокой или шинкой. Образование магнитного экрана магнитной жидко5 стью обеспечивает еще более равномерную концентрацию магнитного поля вдоль оси пролетной трубы, что дополнительно способствует направлению пучка электронов на мишень при изгибе пролетной трубы.

0 На фиг. 1 изображена рентгеновская трубка, продольный разрез; на фиг. 2 - узел А на фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Рентгеновская труба содержит вакуумную оболочку 1, в виде стеклянной трубы,

5 катод 2, фокусирующую головку 3, размещенные в вакуумной оболочке 1, и вынесенный анод 4. Анод 4 состоит из гибкой . пролетной трубы 5 с соленоидом 6, надетым на нее вдоль ее длины и образующим длин0 ную магнитную линзу, и узла 7 мишени. Пролетная труба 5 закреплена одним концом на торце вакуумной оболочки 1 с помощью фланца 8, а на другом ее конце расположен узел 7 мишени, образованный выходным ок5 ном 9 и непосредственно мишенью 10. Выходное окно 8 выполнено в виде диска из прозрачного для рентгеновского излучения материала, например бериллия, на торцовой стороне которого закреплена мишень

0 10. Сам диск прикреплен, например приклеен, к торцу пролетной трубы 5. Мишень 10 может быть прострельной (как изображено на фиг, 1) или массивной, Пролетная труба 5 включает в себя резиновую трубку 11

5 (фиг. 2), армированную известными методами по ее длине проволокой, образующей соленоид 6. Один конец проволоки вместе с мишенью .10 заземлен, а другой подключен к низковольтному источнику питания. На ре0 зиновую трубку 11 надета с зазором вторая трубка 12. Образованный между трубками 11 и 12 кольцевой канал 13 заполнен магнитной жидкостью, служащей магнитным экраном 14 соленоида 6. В качестве магнит5 ной жидкости может быть использована сус- пензия мелкодисперсного порошка из магнитомягких материалов. Кольцевой канал 14 по торцам трубок 11 и 13 герметизирован (например, при помощи клеевого

соединения).

Магнитный экран может быть выполнен также из гибкого металлического рукава, надетого на резиновую трубку 11. Хотя такое выполнение магнитного экрана и проще, чем вышеописанного, магнитная жидкость обеспечивает более равномерную концентрацию магнитного поля внутри пролетной трубы 5 и незначительно влияет на ее гибкость.

Возможно также выполнение стенки пролетной трубы 5 из другого диэлектрического материала, обеспечивающего ее гибкость и вакуумную плотность, например из фторполимера ФПКУ-100.

Во всех случаях при выполнении пролетной трубы 5 из диэлектрического материала вакуумная оболочка 1 соединена с вакуумным насосом (не показан) для обеспечения или поддержания вакуума внутри рентгеновской трубки.

Возможно выполнение стенки пролетной трубы 5 и из металла, например, по принципу гибких вакуумных волноводов.. При этом нет необходимости в магнитном экране, так как им служит металлическая стенка пролетной трубы 5. Однако технология изготовления таких гибких вакуумных волноводов в настоящее время не имеет широкого распространения.

Как отмечалось, параметры соленоида б (число витков, плотность их расположения, толщина проводников, напряжение на соленоиде и др.) зависят в основном от условий эксплуатации рентгеновской трубки, в частности от требуемого угла изгиба пролетной трубы 5, т.е. соленоид б должен обеспечивать достаточной величины однородное магнитное поле внутри пролетной трубы 5, направляющее пучок электронов на мишень 10 при изгибе трубы 5, а также сохранять необходимую для такого изгиба гибкость пролетной трубы 5. Выбор параметров соленоида 6, отйе чающих вышеуказанный условиям, осуществляется по известным методикам.

Из бпыт 8 йШёстНо. что отклонение конца пролетной трубы 5 от первоначальной продольной оси (продольной оси рентгеновской трубки) при введении ее в большинство внутренних полостей человека не превышает 50 мм. Авторами с помощью расчетов установлено, что при таком отклонении конца пролетной трубы 5 величина индукции Во на оси магнитного поля, созда- . ваемого соленоидом 6 внутри пролетной трубы 5, рассчитывается по формуле

Вс

где U -ускоряющее напряжение, В; I - длина пролетной трубы, см, например, при U 90 кВ. I - 20 составляет около 300 Гс.

Рентгеновская трубка работает следующим образом. После включения напряжения питания накала (не. показано)

рентгеновской трубки электроны, эмиттиру- емые накальным катодом 2. фокусируются при помощи фокусирующей головки 3. Сфокусированный электронный пучок ускоряется полем анода 4 и тормозится его мишенью

10. В процессе торможения электронов на мишени 10 генерируется рентгеновское излучение, которое выходитчерез прозрачную для него стенку выходного окна 9. Соленоид 6 создает внутри пролетной трубы 5 однородное магнитное поле, транспортирующее и направляющее пучок электронов на мишень 10, при достижении которой происходит торможение электронного пучка. В процессе торможения электронов генерируется рентгеновское излучение, которое выходит через окно 9. Благодаря тому, что соленоид 6 размещен вдоль длины пролетной трубы 5, электронный пучок фокусируется на мишени 10. При искривлении

пролетной трубы 5 электроны, двигаясь4 внутри нее по линиям магнитного поля соленоида б (как бы навиваясь на них), также отклоняются от продольной оси рентгеновской трубки и попадают на мишень 10, генерируя рентгеновское излучение. Магнитный экран, установленный над соленоидом 6, повышает напряженность магнитного поля внутри пролетной трубы 5 и обеспечивает его равномерность вдоль оси

пролетной трубы 5 при ее изгибе и тем самым обусловливает точное попадание электронов на мишень 10.

Таким образом, наличие соленоида 6 позволяет получать генерацию рентгеновского излучения при изогнутой пролетной трубе 5, что существенно расширяет, по сравнению с прототипом, возможные области применения таких рентгеновских тру- бок, а именно, позволяет исследовать малые полости объектов, не имеющих прямолинейного доступа. Особенно перспективно использование таких рентгеновских трубок в медицине для исследования внут- ренних органов человека (легких, желудка и пр.).

Формула изобретения

1. Рентгеновская трубка, содержащая вакуумную оболочку, соединенную с полым вынесенным анодом, образованным пролетной трубой и узлом мишени с выходным окном, катодный узел, расположенный в вакуумной оболочке, и протяженную магнитную линзу, расположенную соосно с пролетной трубой вынесенного анода вдоль нее, отличающаяся тем, что, с целью расширения возможностей применения, пролетная труба и магнитная линза выполнены гибкими по меньшей мере на их от- дельных участках и магнитная линза расположена по всей длине пролетной трубы, причем гибкие участки пролетной трубы и магнитной линзы совмещены,

2. Трубка по п. 1,отличающаяся тем, что пролетная труба и магнитная линза выполнены гибкими по всей длине.

3. Трубка по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что пролетная труба выполнена из диэлектрического материала и введен наружный по отношению к магнитной линзе экран, выполненный гибким и расположенный вдоль линзы по всей ее длине.

4. Трубка по п. 3, отличающаяся тем, что магнитная линза и магнитный экран размещены в толще стенки пролетной трубы.

5. Трубка по п. 4, отличающаяся тем, что магнитный экран выполнен в виде проходящего по длине пролетной трубы кольцевого канала, заполненного магнитной жидкостью.

Использование: в рентгенотехнике. Сущность изобретения: трубка включает в себя вакуумную оболочку 1 с вынесенным анодом 4, содержащим пролетную трубу 5 с длинной магнитной линзой 6, надетой на нее, и узел 7 мишени с выходным окном 8, при этом пролётная труба 5 выполнена гибкой, а длинная магнитная линза 6 выполнена, например, в виде соленоида, размещённого вдоль пролетной трубы 5. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.