Генератор рентгеновского излучения Советский патент 1993 года по МПК H01J35/00 H05G1/00 

Изобретение относится к рентгеновской технике и предназначено для рентгенодиагностики, рентгенодефектоскопии, предпосевной обработки и стерилизации семян овощных и зерновых культур, уничтожения термостойких бактерий в пищевой промышленности в качестве источника рентгеновского излучения.

Цель изобретения - повышение интенсивности и энергии генерируемого излучения при снижении энергопотребления и уменьшении габаритов генератора рентгеновского излучения.

На фиг.1 схематично показан предлагаемый генератор; на фиг.2 - ориентация электрического вектора в резонаторе.

Генератор содержит газонаполненную разрядную камеру 1, осесимметрично с которой расположены дисковые постоянные магниты 2, систему 3 генерации и ввода микроволновой энергии в разрядную камеру, электромагнитная энергия от которого

через волновод 4 и окно 5 поступает в разрядную камеру, возбуждая в ней стоячую волну с электрическим вектором, перпендикулярным стационарному магнитному полю, и максимумом напряженности в средней ее плоскости, мишень 6, расположенную в средней плоскости разрядной камеры вблизи циклотронно-резонансной поверхности для электронов, и окно 7 для вывода рентгеновского излучения, возникающего при бомбардировке мишени электронами, нагреваемыми в условиях циклотронного резонанса.

Генератор работает следующим образом.

Внутри одномодового резонатора, являющегося одновременно разрядной камерой 1 (фиг.1), возбуждается стоячая волна с электрическим вектором, перпендикулярным оси резонатора и максимумом в его. средне.й плоскости. Дисковые магниты 2 (фиг.1. 2) формируют неоднородное магнит00

о

О О

00

ное поле зеркальной конфигурации, Расстояние между магнитами и их намагниченность подбирают такими, чтобы внутри разрядной камеры поверхность, на которой выполняется условие ЭЦР В(х, у, z) Вс

$-Ш- (где m и е - масса и заряд электроС

на; о) - круговая частота микроволнового поля; с - скорость света), имела форму однополостного гиперболоида 3 (фиг.2). со средней поперечной плоскостью, совпадающей с максимумом электрического поля. Наиболее эффективный нагрев электронов будет происходить именно в этой плоскости, во-первых, вследствие того, что напряженность электрического поля является в ней наибольшей. Во-вторых, согласно теории авторезонансного ускорения наиболее эффективный нагрев должен наблюдаться на линии пересечения резонансной поверхности с поверхностью минимумов магнитного поля на силовых линиях (Bv)-B 0. В данном случае эта область наиболее эффективного нагрева представляет собой кольцевую зону пересечения средней по перечной плоскости ловушки с поверхностью гиперболоида. С другой стороны, электроны, испытывающие ЭЦР-иагрев вне кольцевой зоны, находящейся j средней плоскости, под действием силы F - ftvB (где ц WL /В - магнитный момент электрода; Wi - энергия движения электрона в поперечной плоскости) стягиваются в область минимума магнитного поля, т.е. в среднюю плоскость ловушки. Таким образом, в средней плоскости ловушки формируется плотное кольцо горячих электронов, что и наблюдалось в экспериментах на примере источника, который будет описан ниже;

Для получения рентгеновского излучения в камеру вводят мишень на такую глубину, чтобы электроны кольца могли ее бомбардировать.

Пример. Рентгеновский генератор включает в себя цилиндрический одномодо- вый TEiii резонатор, служащий разрядной камерой, который запитывается от магнет- ронного генератора на частоте 2,45 ГГц мощностью 800 Вт. Размеры резонатора: диаметр 13 см, длина 8 см. Резонатор изготовлен из алюминиевого сплава и размещён соосно между двумя SmCos дисками, формирующими поле зеркальной ловушки. При напряженности 3,7 кГс вблизи поверхности дисков резонансная поверхность Гс имела форму однополостного гиперболоида с диаметром в средней плоскости ловушки 8,3 см. Резонатор заполнялся водородом при давлении 1, Торр. Внутри резонатора в средней плоскости формировалось кольцо горячих электронов со средним диаметром 8,5 см толщиной 0,6 см. Танталовая мишень, расположенная на керамическом

держателе с водяным охлаждением, вводилась в камеру вдоль радиуса на глубину 2,2 см. Рентгеновское тормозное излучение, возникающее в результате бомбардировки мишени горячими электронами, выводилось

0 через окно из оргстекла. Диаметр окна 4 см, толщина стекла 0,5 см.

При испытании источника в непрерывном режиме было зарегистрировано излучение рентгеновских квантов со средней

5 энергией 160 кэВ и дозой 900 Р/ч на расстоянии 15 см от поверхности окна. Интегральная доза около 7000 Р/ч. Интегральная мощность излучения около 2,0 Вт.

Размеры источника; диаметр 20 см, дяи0 на 15см.

Энергозатраты определялись мощностью магнетрона и не превышали 2 кВт.

Следующие данные обосновывают преимущества заявляемого технического реше5 ния. Формирование зеркального магнитного поля с циклотронно-резонанс- ной поверхностью в виде однополостного гиперболоида позволяет нагревать электроны до более высоких энергий, чем в случае

0 однородного поля при одинаковых микро-, волновых полях, и собирать их в кольцеобразную зону в средней плоскости ловушки. Замена волноводной секции одномодовым резонатором позволяет уменьшить габарит5 ные размеры разрядной камеры и увеличить напряженность нагревающего микроволнового поля при одинаковой потребляемой мощности. Замена соленоидальных катушек дисковыми постоянными магнитами по0 вышает экономичность источника и дает возможность создавать магнитное поле с необходимой пространственной неоднородностью; Формирование плотного кбльца горячих электронов и -использование мише5 ни приводит к резкому увеличению интенсивности рентгеновского излучения. Использование одномодового резонатора и постоянных магнитов для создания магнитной ловушки резко снижает габаритные раз0 меры источника по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Генератор рентгеновского излучения, содержащий газонаполненную разрядную

5 камеру, расположенную в ней мишень, магнитную систему для создания условий электронного циклотронного резонанса, систему генерации и ввода микроволновой энергии в разрядную камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения

интенсивности и энергии генерируемого излучения при снижении энергопотребления и уменьшения габаритов, разрядная камера выполнена в виде одномодового резонатора, а магнитная система образована дискообразными постоянными магнитами, расстояние между которыми и намагниченность которых выбраны из условия формирования поля с имеющей форму однополост- ного гиперболоида поверхностью, на которой выполнены условия электронного циклотронного резонанса, и мишень расположена в средней плоскости гиперболоида рядом с указанной поверхностью или на ней.

Использование: рентгенотехника. Сущность изобретения:, генератор содержит разрядную камеру, магнитную и высокочастотную системы и мишень. Разрядная камера выполнена в виде одномодового резонатора, а постоянные дисковые магниты формируют поле с электронной циклотронной резонансной поверхностью в форме однополостного гиперболоида с мишенью в средней его плоскости вблизи поверхности. 2 ил.

Фие.1