РАЗРЯДНАЯ ТРУБКА Советский патент 1927 года по МПК H01J35/16 

Разрядные трубки, в особенности трубки, предназначаемые для рентгенотерапии, которые работают при напряжениях до 200.000 вольт и даже выше, страдают тем недостатком, что в них трудно изолировку между анодом (антикатодом) и катодом устроить так, чтобы она была в состоянии продолжительное время выдерживать столь большую разность напряжений.

Предлагаемое изобретение имеет целью устранить этот недостаток.

Согласно изобретению, части разрядной трубки, между которыми возникает весьма высокая разность напряжений, соединяются между собою стенкою, образуемою частями из изолирующего материала, между которыми располагается одна или несколько частей из электропроводного материала. Части из электропроводного материала пригодны для установления желаемого потенциала. Таким путем имеется в виду получить возможность общую потенциальную разность между концами соединительной стенки равномерно распределять между изолирующими частями так, чтобы общая длина этих частей была значительно меньше, чем длина всей изолирующей части. Если не приводить электропроводные части извне до определенного потенциала, то вообще распределение потенциала между изолирующими частями также не будет равномерным, хотя, при некоторых применениях, и можно подобрать такую систему устройства, при которой электропроводные части автоматически устанавливаются на потенциалы, дающие такое равномерное распределение. Соединительная стенка может состоять и из стеклянных частей, разделенных металлическими, сплавленными с ними, частями. Можно также устраивать ту часть наружной стенки трубки, которая соединяет катод с анодом, частью из изолирующих, частью из электропроводных частей. При этом последнем применении изобретения можно наружную стенку трубки на значительном протяжении устраивать из металлической части, приплавляемой концами к стеклянным частям, из коих одна соединена, непроницаемо для воздуха, с катодом или с иною частью, дающею при работе соответствующий потенциал, а другая - с анодом или с частью, дающею при работе соответствующий потенциал. При применении изобретения к рентгеновским трубкам с накаливающимся катодом, металлическую часть располагают таким образом, чтобы она окружала головную часть антикатода и накаливающийся катод, вместе с приспособлением, отклоняющим катодные лучи на ограниченную часть антикатода. Это приспособление может состоять из собирательного приспособления, обычного в трубках Коллиджа, или из металлического резервуара, окружающего накаливающийся катод и суживающегося к стороне антикатода таким образом, чтобы катодные лучи падали на ограниченную часть поверхности антикатода. Этот металлический резервуар получает потенциал несколько отрицательный по отношению ко всем точкам накаливающегося катода. При работе предлагаемой разрядной трубки электропроводным частям соединительной стенки придается такой потенциал, при котором общая потенциальная разность, существующая между концами соединительной стенки, распределяется равномерно по изолирующим частям этой стенки. Если же в такой трубке предлагаемого устройства металлическая часть наружной стенки расположена между двумя изолирующими частями, то эту металлическую часть полезно при работе заземлять.

На фиг. 1 изображена устроенная согласно изобретению рентгеновская трубка с соответствующим соединением, у которой накаливающийся катод расположен внутри металлического резервуара особого устройства, через каковой резервуар проходят и деятельные рентгеновские лучи; на фиг. 2 - рентгеновская трубка, у которой накаливающийся катод расположен внутри собирательного приспособления, как это принято в трубках Коллиджа; на фиг. 3 - видоизмененная форма осуществления, у которой также, как и в трубке, показанной на фиг. 1, накаливающийся катод расположен внутри металлического резервуара, но лучи рентгена выходят из цилиндрической трубки сбоку; на фиг. 4 - видоизменение предлагаемой разрядной трубки, снабженной накаливающимся катодом, при чем схематически показано также устройство для приведения в действие таких трубок.

В трубке, показанной на фиг. 1, цилиндрическая наружная стенка образуется стеклянною частью 1, к которой воздухо-непроницаемо приплавлена, идущая внутрь, стеклянная трубка 2 металлической частью 6 и второй стеклянной частью 7, к которой воздухо-непроницаемо приплавлена обращенная внутрь коническая стеклянная часть 8. Антикатод 3 приплавлен своим краем к концу трубки 2, также воздухонепроницаемо. На передней поверхности антикатода, состоящего, например, из хромистого железа, укреплена вставка 4, например, из вольфрама. Металлическая трубка 5 служит для подведения охлаждающей жидкости. Металлическая часть или цилиндр 6 приплавлен концами воздухонепроницаемо к стеклянным частям 1 и 7. Этот цилиндр 6 делается из хромистого железа надлежащего состава, хорошо приплавляющегося к стеклу, практически не пористого и легко отдающего газы. Стеклянная трубка 8 герметически закрывается на внутренней стороне окном 9, которое может пропускать рентгеновские лучи; к внутреннему концу ее приплавлен при помощи стекла металлический резервуар 10. Накаливающийся катод 11, например из вольфрама, поддерживается внутри резервуара 10 токопроводящими проволоками 12 и 13, изолированными при помощи шариков 14 и 15 из кварца или тому подобного материала. Проволоки 12 и 13, а также токопроводящая проволока 16 для резервуара 10 пропущены воздухонепроницаемо для воздуха, через стеклянную стенку 7. Металлический резервуар 10 суживается к стороне антикатода в отверстие 17 для пропуска катодных лучей. При работе трубки, между накаливающимся катодом 11 и антикатодом 3 вводится высокое напряжение, а резервуару 10 придается потенциал, приблизительно одинаковый с потенциалом накаливающейся нити. Посылаемые накаливающеюся нитью электроны, вследствие своеобразной формы резервуара 10 и расположения его против антикатода, принуждены встречать переднюю поверхность антикатода на ограниченной части. Деятельные рентгеновские лучи оставляют поверхность антикатода в перпендикулярном или почти перпендикулярном направлении и идут затем через металлический резервуар 10. Если этот резервуар состоит из хромистого железа или тому подобного металла, то падающие на его стенку рентгеновские лучи поглощаются, при чем они не могут оказать вредного влияния на нежелательные места. К антикатоду 3 укреплена колпакообразная металлическая часть 18, не допускающая попадания катодных лучей на места сварки между металлом и стеклом трубки, в особенности между металлическим цилиндром 6 и стеклянными частями 1 и 7. При работе трубки металлический цилиндр 6 заземляется, и все высокое напряжение, которое должно быть введено между накаливающимся катодом и антикатодом, распределяется равномерно между антикатодом 3 и цилиндром 6, а также между металлическою частью 10 или накаливающимся катодом и цилиндром 6. Таким образом изоляции между цилиндром 6 и антикатодом или накаливающимся катодом приходится выдерживать лишь половину напряжения трубки. Такое устройство дает сверх того ту выгоду, что допускает применение трансформатора высокого напряжения с заземленною по середине вторичною обмоткою, как это видно из показанной на фиг. 1 схемы соединений. В этом, показанном на фиг. 1, устройстве антикатод соединен с одним концом вторичной обмотки 23 трансформатора высокого напряжения, первичная обмотка 20 которого может быть соединена, помощью регулирующего сопротивления 21 и двухполюсного выключателя 22, с каким-нибудь подходящим источником напряжения. Другой конец обмотки высокого напряжения 23 соединен с накаливающимся катодом 11, середина же обмотки соединена электропроводно с заземленным металлическим цилиндром 6. Накаливающийся катод получает ток от вторичной обмотки 25 трансформатора, первичная обмотка 24 которого может быть соединена, через регулирующее сопротивление 26 и выключатель 22, с источником напряжения. Металлический резервуар 10 соединен электропроводно с одним концом накаливающейся нити 11. Токопроводящие проволоки накаливающегося катода и резервуара 10 пропущены отдельно через наружную стенку разрядной трубки, допуская приложение надлежащего напряжения между накаливающимся катодом и резервуаром. Может, например, оказаться желательным, чтобы резервуар имел относительно накаливающейся нити отрицательный потенциал.

В форме осуществления, показанной на фиг. 2, антикатод 30 и накаливающийся катод 31 расположены внутри цилиндрической оболочки, состоящей из стеклянных частей 32 и 34 и металлической части 33. Антикатод приплавлен своим краем воздухонепроницаемо к стеклянной трубке 34, а накаливающийся катод помещается в металлическом резервуаре 35, действующем как в трубках Коллиджа, в качестве собирательного резервуара. Резервуар 35 поддерживается металлическими подпорками, а проволоки 37 и 38 служат для подведения тока к накаливающемуся катоду. Для пропускания рентгеновских лучей в стенке металлической части 33 имеется окно 39. Часть 33 или цилиндр можно заземлять, с целью сделать безопасною часть трубки, обращенной к пациенту; он может служить также для закрывания, как бы экраном, от нежелательных лучей рентгена. Он может изготовляться, например, из хромистого железа.

В форме осуществления, показанной на фиг. 3, антикатод 40 герметически приплавлен к стеклянной трубке 41; трубка 42 служит для подведения к антикатоду охлаждающей жидкости. Цилиндрическая наружная оболочка трубки состоит из стеклянных частей 43 и 45 и приплавленного к ним металлического кольца 44, которое охватывает большую часть антикатода 40, а также накаливающийся катод 49 с принадлежащим ему металлическим резервуаром 47.

Металлический резервуар 47 герметически приплавлен к стеклянной трубке 46 и суживается к стороне антикатода, переходя в отверстие 48, служащее для пропуска катодных и рентгеновских лучей. Изолированный от резервуара 47 накаливающийся катод 49 снабжен токопроводящими проволоками 51 и 52, самый же металлический резервуар 47 - такою же проволокою 50. Деятельные рентгеновские лучи проходят через металлический резервуар 47 и затем выходят через окно 53. Резервуару придают потенциал накаливающегося катода; металлический цилиндр 44, преимущественно, заземляется, и разности потенциалов, между резервуаром 44 и антикатодом 40 с одной стороны и между этими двумя частями и накаливающимся катодом с другой - получаются приблизительно равными.

Показанные на фиг. 1-3 трубки могут применяться, например, для терапевтических целей. В случае весьма высоких напряжений, можно придавать трубкам, сравнительно, незначительные размеры. Металлический цилиндр, составляющий часть наружной оболочки, может быть заземлен, так что эта часть трубки становится безопасной; далее, этот металлический резервуар может служить для поглощения нежелательных рентгеновских лучей.

В вышеприведенных разрядных трубках между электродами могут происходить - нежелательные разряды. Если, например, электроды имеют прилегающие друг к другу поверхности, между которыми даже при весьма высоком напряжении не может происходить ионизация, то все же нежелательные разряды могут возникнуть между другими частями электродов или по другим путям. Для получения достаточной изоляции вдоль наружной оболочки, эта последняя и вместе с тем и внутреннее пространство трубки должны иметь размеры, во много раз превышающие расстояние между упомянутыми поверхностями электродов, вследствие чего разряды могут происходить по путям значительно большей длины, что может вызвать ионизацию. Для устранения этого недостатка в разрядной трубке, согласно фиг. 4, электропроводные части оболочки соединяют с электропроводными стенками таким образом, чтобы в части внутреннего пространства разрядной трубки, в которой могут возникнуть нежелательные разряды, путь для разрядов делился на целый ряд отдельных участков. Внутреннее пространство разрядной трубки делится на целый ряд отделений, ограниченных изолирующими и электропроводными частями оболочки или электродами и, главным образом, распределительными стенками, соединенными с соответствующими, следующими друг за другом, электропроводными частями наружной оболочки разрядной трубки. Когда часть наружной оболочки трубки, состоящая из изолированных и электропроводных частей, образует продолговатый резервуар, то предлагаемые распределительные стенки простираются с обоих концов резервуара к его середине. При этом целесообразно, чтобы свободные концы распределительных стенок перекрывали друг друга. Предлагаемое изобретение, согласно фиг. 4, может быть в частности применено к разрядным трубкам, снабженным накаливающимся катодом. Когда в таких трубках накаливающийся катод помещается внутри металлического сосуда, отделенного от антикатода изолировкою, способного выдерживать все рабочее напряжение, и этот резервуар со стороны антикатода сужается в отверстие, служащее для прохода катодных лучей, и когда часть антикатода, на которую попадают катодные лучи, располагается в этом отверстии или вблизи него, то с антикатодом может быть соединена электропроводная стенка, окружающая по крайней мере часть металлического резервуара, в котором помещается накаливающийся катод. Кроме того, с антикатодом может быть соединена другая электропроводная стенка, окружающая стеклянную трубку, к концу которой прикреплен антикатод, на значительной части ее длины. Распределительные стенки, простирающиеся с обоих концов рентгеновской трубки к ее середине, кончаются на поверхности, перпендикулярной к оси трубки и пересекающей металлический резервуар, в котором помещается накаливающийся катод, или вблизи такой поверхности.

Во время действия разрядных трубок, согласно фиг. 4, электропроводным частям наружной оболочки сообщаются такие потенциалы, при которых общая разность потенциалов между электродами равномерно распределяется между изолирующими частями оболочки. Изображенная на фиг. 4 - разрядная трубка снабжена антикатодом 1, приплавленным воздухонепроницаемо одним концом к стеклянной трубке 2. Антикатод имеет полую форму и охлаждается при помощи охлаждающего вещества, поступающего по трубке 3, прикрепленной к антикатоду. Накаливающийся катод 4 помещается внутри металлического резервуара 5, расположенного по одной оси с антикатодом и снабженного со стороны этого антикатода отверстием 6, служащим для прохода катодных и рентгеновских лучей. Край металлического резервуара 5 воздухонепроницаемо приплавлен к стеклянной трубке 7, имеющей конусообразную часть 8, снабженную окном 9 для создания герметического затвора разрядной трубки и для пропуска рентгеновских лучей. Один конец накаливающегося катода 4 электропроводно соединен с металлическим резервуаром 5, между тем как поддерживающая другой конец накаливающейся нити проволока изолирована от металлического резервуара при помощи кружка 10 из кварца или другого изолирующего материала. Токоподводящий провод 12 для этого последнего конца накаливающейся нити, а также токоподводящий провод 11, соединенный с металлическим резервуаром, проходят через трубки 14 и 13 из изолирующего материала, например, стекла; таким образом устраняется возможность образования короткого замыкания между обоими токоподводящими проводами и прикосновения этих проводов к металлическим стенкам, расположенным в трубке. Концы стеклянных трубок 2 и 8 приплавлены воздухонепроницаемо к цилиндрическому резервуару, состоящему из металлических колец 16, 17, 18, 19 и 20. и приплавленных к ним воздухонепроницаемо стеклянных частей 21, 22, 23 и 24. С металлическими кольцами 16, 17, 19 и 20 соединены металлические перегородки 25, 26, 27 и 28, простирающиеся с обоих концов рентгеновской трубки к ее середине. Кроме того, с антикатодом соединена цилиндрическая перегородка 29, окружающая стеклянную трубку 2, а начинающаяся у антикатода цилиндрическая металлическая перегородка 30 перекрывает металлический резервуар 5. Для приведения разрядной трубки в действие соединяют, посредством замыкания двуполюсного выключателя 33, источник переменного тока через регулировочное сопротивление 34 с первичной обмоткой 35 трансформатора, питающего накаливающуюся нить, и через регулировочное сопротивление 40 с первичной обмоткой 36 трансформатора Tr высокого напряжения. Вторичная обмотка 37 трансформатора, питающего накаливающуюся нить, соединена при помощи токоподводящих проводов 11 и 12 с накаливающимся катодом 4, в то время как концы вторичной обмотки 38 трансформатора высокого напряжения соединены с антикатодом 1 и металлическим резервуаром 5, и вся эта обмотка разделена на шесть равных частей. К металлическим кольцам 16-20 присоединены ответвления таким образом, что общая разность потенциалов равномерно распределяется между изолирующими частями наружной оболочки трубки. Соединенная с кольцом 18 середина вторичной обмотки находится в соединении также и с заземленным железным сердечником 39 трансформатора. Во время действия рентгеновской трубки, весьма сильно разреженной или снабженной газовым наполнением, состоящим из водорода или гелия под давлением, равным, например, от 0,0006 мм до 0,03 мм ртутного столба, накаливающийся катод 4 посылает электроны, направляемые под действием электрического поля к антикатоду и создающие там рентгеновские лучи. Благодаря особой форме резервуара 5 электроны попадают лишь на ограниченную часть поверхности зеркала антикатода. Образующиеся рентгеновские лучи выходят наружу через окно 9 и в остальной части поглощаются металлическими распределительными стенками. Эти распределительные стенки делят внутреннее пространство трубки на кольцевые камеры А′, В′, С′, D′, Е′, F′, и на камеру G′, непосредственно окружающую оба электрода. Кольцевые камеры А′-F′ ограничены металлическими кольцами 16-20, изолирующими стенками и, главным образом, распределительными стенками, соединенными с соответствующими, следующими друг за другом, кольцами. Поэтому в каждой камере существует только разность напряжений, имеющаяся между следующими друг за другом кольцами. Если, например, в изображенной на фиг. 4 рентгеновской трубке общее рабочее напряжение равно 300.000 вольт, то в каждой камере будет существовать разность потенциалов, равная только 50.000 вольт, так что возможность возникновения нежелательных разрядов, благодаря наличию распределительных стенок, значительно уменьшается. У открытых концов В, С, D, G и F камер кончаются соответствующие распределительные стенки, обладающие по отношению к стенкам других камер большею разностью потенциалов, чем существует между стенками одной и той же камеры. Это обстоятельство не вызывает, однако, никаких затруднений, ибо расстояния между частями с более высокой разностью потенциалов незначительны. В камере 6 существует, очень высокая разность потенциалов, не оказывающая, однако, никакого вредного действия, благодаря незначительным размерам этой камеры. Кроме того, проникание электронов затруднено еще тем, что распределительные стенки перекрывают друг друга. В случае применения распределительных перегородок рентгеновские лучи, не относящиеся к деятельному пучку их, могут быть поглощены. Рекомендуется изготовлять металлические кольца 16-20 из хромистого железа подходящего состава, так как этот материал легко может быть вплавлен в стекло, не порист и легко освобождается от газов. Для изготовления распределительных перегородок 25-30, а также стенок резервуара 5 следует выбирать материал, легко освобождающийся от газов и поглощающий рентгеновские лучи. Для изготовления этих стенок можно также применять хромистое железо.

1. Разрядная трубка, характеризующаяся тем, что наружная оболочка трубки, сделанная из изолирующего материала, например, стекла, заключает в себе среднюю металлическую часть 6, вплавленную между частями 1 и 7 оболочки, поддерживающими те электроды трубки, к которым прикладывается электрическое напряжение, например, анод и катод, при чем часть 6 может быть заземляема (фиг. 1).

2. Видоизменение разрядной трубки, охарактеризованной в п. 1, отличающееся тем, что средняя часть 6 составлена из нескольких, отделенных друг от друга изолирующей оболочкой трубки, металлических прокладок, каждой из которых может сообщаться такой электрический потенциал, чтобы получилось равномерное распределение напряжения.

3. Форма выполнения разрядной трубки, охарактеризованной в п. 1, в применении к рентгеновым трубкам, отличающаяся тем, что металлическая часть 6 охватывает головку антикатода 3, накаливаемый катод 11 и приспособление 10 для концентрирования катодного пучка (фиг. 1),

4. Применение в трубке, охарактеризованной в п. 3, антикатода, катода и концентрирующего приспособления, расположенных так, чтобы направление рентгеновых лучей было почти перпендикулярно к оси цилиндрической наружной оболочки (фиг. 2, 3).

5. Видоизменение электрической разрядной трубки, охарактеризованной в п.п. 1, 2, 3, 4, отличающееся тем, что с металлическими частями 16, 17, 18,19, 20..., вплавленными в наружную оболочку трубки, электропроводно соединены металлические перегородки 25, 26, 27, 28…предназначенные для удлинения пути нежелательных разрядов внутри трубки разделением этого пути на ряд участков (фиг. 4).

6. Форма выполнения охарактеризованной в п. 5 разрядной трубки, отличающаяся тем, что внутренняя часть трубки разделена перегородками 25, 26, 27, 28… на ряд секций.

7. Форма выполнения охарактеризованной в п.п. 5 и 6 разрядной трубки, отличающаяся тем, что наружной оболочке ее придана форма продолговатого резервуара, и что перегородки 25, 26, 27, 28… направлены от концов этого резервуара к его середине.

8. Форма выполнения охарактеризованной в п. 7 разрядной трубки, отличающаяся тем, что перегородки 25, 26, 27, 28… сделаны перекрывающими одна другую.

9. При охарактеризованной в п.п. 5, 6, 7 и 8 разрядной трубке, предназначенной для получения рентгеновых лучей и имеющей накаливаемый катод 4, помещенный внутри металлического резервуара 5, изолированного от антикатода 1 и суживающегося со стороны антикатода в отверстие 6, служащее для пропускания катодных лучей, при чем часть антикатода, на которую падают катодные лучи, расположена внутри этого отверстия или вблизи его, - применение электропроводного соединения с антикатодом 1 перегородки 30, окружающей, по крайней мере, часть его.

10. При охарактеризованной в п. 9 рентгеновой трубке, применение электропроводного соединения между антикатодом и металлической перегородкой 29, окружающей на большей части ее длины стеклянную трубку 2, служащую опорой антикатоду.

11. Форма выполнения охарактеризованной в п.п. 7 и 9 разрядной трубки, предназначенной для получения рентгеновых лучей и имеющей антикатод 1 и металлический резервуар 5, расположенные по оси трубки, отличающаяся тем, что концы перегородок 25, 26, 27, 28…, идущие от обоих концов трубки к ее середине, лежат в плоскостях, перпендикулярных к оси трубки и пересекающих металлический резервуар 5, в котором помещен накаливаемый катод 4.

12. При охарактеризованной в п.п. 5, 6, 7 и 8 разрядной трубке применение трансформатора Tr с секционированной вторичной обмоткой, секции которой присоединены к металлическим частям 16, 17, 18, 19, 20… наружной оболочки разрядной трубки таким образом, чтобы разность потенциалов, приложенная к рабочим электродам, распределялась равномерно между изолирующими частями оболочки.