РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА С НАКАЛИВАЕМЫМ КАТОДОМ Советский патент 1928 года по МПК H01J35/16 

В предлагаемой рентгеновской трубке накаливающийся катод помещается в металлическом резервуаре, стенки которого целиком или отчасти входят в состав оболочки трубки. Антикатод электрически уединен от этого резервуара изолировкою, способною выдерживать высокое напряжение. При этом металлический резервуар и антикатод устраиваются и располагаются друг относительно друга таким образом, чтобы катодные лучи падали только на ограниченную часть поверхности антикатода.

Для этого металлический резервуар может быть сужен на стороне, обращенной к антикатоду до величины отверстия для пропуска катодных лучей, при чем часть поверхности антикатода, на которую должны падать катодные лучи, может быть расположена в этом отверстии или вблизи него. В предлагаемой рентгеновской трубке накаливающийся катод также изолируется от металлического резервуара. Антикатод изолируется от металлической части трубки таким образом, чтобы между ним и этой частью была возможно большая разность потенциалов. Для получения лучшей воспроизводительной способности металлической части сообщается постоянный потенциал. В предлагаемой рентгеновской трубке не приходится соединять катодные лучи в сходящийся пучок. При этом устройство и расположение накаливающейся нити допускает большую свободу установки части поверхности антикатода, на которую должны падать катодные лучи. Металлический резервуар и антикатод могут быть устраиваемы и располагаемы друг относительно друга таким образом, чтобы деятельные рентгеновские лучи направлялись перпендикулярно или почти перпендикулярно к поверхности антикатода. Часть антикатода, на которую должны падать катодные лучи, отверстие в металлическом резервуаре для пропуска катодных лучей и отверстие или окно в нем же для пропуска рентгеновских лучей можно располагать на одной и той же оси. Накаливающийся катод можно делать в виде кольца, расположенного вокруг оси концентрических с ним частей так, чтобы рентгеновские лучи могли выходить беспрепятственно.

На фиг. 1 поясняется в общей форме устройство предлагаемой рентгеновской трубки и на фиг. 2, 3, 4 и 5 - разные формы ее выполнения (на фиг. 4 показана еще схема устройства необходимого для действия рентгеновской трубки). На фиг. 6 изображен осевой разрез видоизменения предлагаемой рентгеновской трубки и на фиг. 7 - часть приспособления для регулирования величины отверстия в металлическом резервуаре (в увеличенном масштабе). На фиг. 8 изображен продольный разрез другого видоизменения предлагаемой рентгеновской трубки.

Накаливающийся катод 1 расположен в трубке, показанной на фиг. 1, и помещается внутри металлического резервуара 3, в котором находится и антикатод 2. Питательные проволоки катода 1 вплавлены в стеклянную трубку 4, которая сплавлена (непроницаемо для воздуха) с оболочкою резервуара 3. Антикатод 2 электрически уединен от резервуара 3, помощью изолирующей части 5, которая состоит из стекла и также герметически приплавлена к металлической оболочке. Из трубки каким-нибудь способом удаляется воздух до получения весьма высокого вакуума (напр., свыше 0,0006 мм давления ртутного столба). При работе с трубкою, показанною на фиг. 1, напряжение между накаливающимся катодом 1 и антикатодом 2 весьма высокое, а у металлического резервуара 3 поддерживается постоянный потенциал относительно накаливающегося катода. Для этого можно, напр., один из концов катода соединять электрически с металлическим резервуаром. Можно также соединять его с этим резервуаром через источник постоянного напряжения. Металлический резервуар 3 должен иметь незначительный отрицательный потенциал относительно всех точек накаливающейся нити. Если эта отрицательная разность потенциалов составляет даже лишь несколько вольт, то ни один из посылаемых накаливающимся катодом электронов не может попасть на оболочку металлического резервуара; им всем придется перейти на антикатод 2. В показанной форме осуществления антикатодом служит небольшое шаровидное тело, так что катодные лучи могут встретить лишь небольшую часть его поверхности; вследствие этого и рентгеновские лучи посылаются небольшой поверхностью, что, как известно, при производстве рентгеновских снимков представляется безусловно необходимым. В надлежащем месте оболочки металлического резервуара 3 должно быть устроено окно для пропускания рентгеновских лучей. Разность потенциалов между резервуаром 3 и накаливающимся катодом можно, оставляя ее небольшою, сделать и положительною, но это влечет за собою вредное действие, так как часть испускаемых накаливающимся катодом электронов поступает тогда на металлическую стенку, вызывая потерю энергии и вместе с тем нагревание этой стенки. Устройство, показанное на фиг. 1, менее пригодно для практической работы, так как антикатод 2 не получает достаточного охлаждения. Более практическое устройство показано на фиг. 2. Здесь накаливающийся катод 9, состоящий из согнутой кольцеобразно проволоки, помещается в металлическом резервуаре 6, с узкою шейкою 7, в которой помещается часть поверхности антикатода 8. Против антикатода в металлическом резервуаре устроено окно для прохода рентгеновских лучей. Это окно, согласно фиг. 2 закрыто стеклянного пластинкою 13, герметически приплавленною к металлической оболочке; кроме того, окно перекрыто тонкою металлическою, алюминиевою или серебряною пластинкою 14 или же решеткою или сеткою из подобного же материала; это приспособление, пропуская рентгеновские лучи, не допускает заряжения стеклянной пластинки катодными лучами. Тонкая металлическая пластинка или решетка имеет целью дополнить оболочку резервуара, внутри которого помещается накаливающийся катод которая состоит по возможности, во всех частях из металла. Если в таком случае вызвать небольшую отрицательную разность потенциалов между металлическим резервуаром и наналивающимся катодом, то ни один из посылаемых накаливающимся катодом электронов не будет в состоянии достигнуть оболочки резервуара и нарушить правильность действия трубки. Питательные проволоки 10 и 11 накаливающегося катода вплавлены в стеклянную трубку 12, герметически приплавленную к оболочке металлического резервуара. Накаливающаяся, изготовленная, напр., из вольфрама нить 9, поддерживается опорами 16 (напр., из молибдена) в свою очередь укрепленными на кольце 15 из изолирующего материала, напр., стекла, фарфора или т.п. Антикатод электрически уединен от металлического резервуара изолировкою, способною выдерживать высокое напряжение. Катодные лучи, испускаемые накаливающимся катодом, благодаря особой форме оболочки металлического резервуара и своеобразному расположению антикатода относительно этой оболочки, могут попадать лишь на небольшую часть поверхности антикатода. Охлаждение антикатода может быть производимо всяким подходящим способом. Что касается разности напряжений между катодом и резервуаром, то в этом отношении сохраняет силу сказанное по поводу фиг. 1. Если накаливающимся катодом служит накаливающаяся вольфрамовая нить, то разницы напряжения в несколько, напр., в 5 вольт, достаточно для того, чтобы не допустить попадания на металлическую оболочку электронов, посылаемых катодом. Вообще, нет необходимости изолировать от металлического резервуара обе питательные проволоки накаливающегося катода. Можно одну из них соединить электрическим способом или через сопротивление с оболочкою металлического резервуара, выводя изолированно из трубки только оставшуюся вторую проволоку. Однако, при этом возникает то неудобство, что разность напряжений между накаливающимся катодом и металлическим резервуаром не допускает регулирования. В форме осуществления, показанной на фиг. 3, антикатод и металлический резервуар устроены и расположены друг относительно друга еще иначе. К оболочке металлического резервуара 21 укреплена здесь металлическая же крышка 22 с небольшим отверстием. Оканчивающийся заострением антикатод 20 расположен против этого отверстия таким образом, что его острие слегка входит внутрь резервуара, в котором помещается накаливающийся катод. В этом устройстве катодные лучи также могут попадать лишь на небольшую часть поверхности антикатода. В форме осуществления, показанной на фиг. 4, металлический резервуар 23 снабжен наклонною металлическою пластинкою 24 с отверстием 33. Против этого отверстия расположен антикатод 25, уединенный от металлического резервуара помощью изолирующей части 27. Образующиеся рентгеновские лучи отбрасываются через окно 26, устроенное так же, как и в форме осуществления, показанной на фиг. 2.

Накаливающийся катод изолирован от металлического резервуара стеклянным колпаком 29 и питается батареею, включенною последовательно с регулирующим сопротивлением 31. Сопротивление 32, которое, при желании, можно устраивать так, чтобы его можно было регулировать, служит для сообщения металлическому резервуару небольшой разности потенциалов по отношению ко всем точкам накаливающейся нити. В устройстве, показанном на фиг. 4, антикатод расположен непосредственно позади отверстия в металлическом резервуаре. Катодные лучи могут поступать на антикатод только через это отверстие, так что и здесь выполнено условие, чтобы для образования рентгеновских лучей утилизировалась лишь небольшая часть поверхности антикатода. Антикатод может состоять из любого подходящего материала, напр., молибдена, вольфрама и т.п. В устройстве, показанном на фиг. 5, накаливающаяся нить 38 и окно 39 расположены относительно антикатода 37 таким же образом, как и в трубке, показанной на фиг. 2.

Материалом для металлического резервуара может служить, напр., медь или железо, для герметического же соединения металлического резервуара со стеклянною трубкою можно применять платиновое кольцо. Для этого можно применять кольцо из хромистого железа, если только состав последнего таков, что его коэффициент расширения от нагревания соответствует такому же коэффициенту стекла. Можно и весь металлический резервуар устраивать из хромистого железа такого состава, ибо слабое выделение газов и незначительная пористость этого сплава являются особенно выгодными его свойствами.

В видоизменении предлагаемой рентгеновской трубки, согласно фиг. 6 и 7, величина отверстия в металлическом резервуаре может быть регулируема. При изменении величины отверстия меняется и величина фокуса, т.-е. величина части поверхности антикатода, на которую падают катодные лучи. Такие рентгеновские трубки можно применять для разных целей. Так, например, одну и ту же трубку можно применять для рентгеновского фотографирования (при малом фокусе) и для просвечивания (при большом фокусе). Для того, чтобы отверстие в металлической сосуде, служащее для прохода катодных лучей, сделать регулируемым, можно применять разные устройства. У стенки металлического резервуара, со стороны накаливающегося катода, установлен вращающийся орган, снабженный приспособлением для регулирования величины отверстия, служащего для прохода катодных лучей. Для приведения в движение вращающегося органа можно установить подвижной орган, приводимый в действие посредством магнитного влияния с наружной стороны трубки. Изображенная на фиг. 6 рентгеновская трубка состоит из двухстенной стеклянной трубки 1, к одному концу которой герметически приплавлен антикатод 2, и из металлического резервуара 4, герметически приплавленного одним концом к стеклянной трубке 1, а другим концом к стеклянному колпаку 6. Антикатод 2 снабжен металлической трубкой 3, служащей для подвода охлаждающей жидкости; на металлическом резервуаре 4 укреплена цилиндрическая стенка 5, защищающая место спайки стеклянного сосуда 1 с металлическим резервуаром 2. Накаливающийся катод 7 помещен внутри металлического резервуара 4 на электродах 8 и 10, установленных на металлической плите 9. Электрод 8 электропроводно соединен с металлической плитой, между тем как электрод 10 изолирован от нее при помощи колечка 11 из кварца или другого изолирующего вещества. Для присоединения проводов, подводящих ток к накаливающемуся катоду, служат зажимы 12 и 13. К металлическому резервуару 4, кроме того, прикреплен при помощи винтов 16 металлический диск 14, снабженный отверстием 15 и установленный таким образом, что зеркало антикатода 2 располагается вблизи отверстия 15 в диске. Для регулирования величины отверстия 15 служит веерная диафрагма. К нижней поверхности металлического диска 14 прикреплено, при помощи установленных в диске винтов 21 и 22, металлическое кольцо 18, поворачивающееся в ту или другую сторону на некоторое расстояние и снабженное для этой цели расположенными по дуге круга вырезами 19 и 20, через которые проходят упомянутые винты 21 и 22. Кольцо 18 снабжено зубьями 17, сцепляющимися с зубчатым колесом 23, установленным на конце шпинделя 30. Этот шпиндель вращается в подшипнике 31 и в металлической плите 9 во втулке 32; на другой его конец насажена коническая зубчатка 33, сцепленная с такою же зубчаткою, насаженной на шпиндель 36, вращающийся в стеклянной трубке 35. Шпиндель 36 имеет железную выступающую часть 37, благодаря чему он может быть повернут в ту или другую сторону посредством наружного магнитного воздействия на него. При повороте шпинделя 36 поворачивается и металлическое кольцо 18, благодаря чему отверстие 15 увеличивается или уменьшается. Это происходит вследствие того, что в металлическом диске 14 укреплены металлические же штифты 25, на которых вращательно установлены пластинки 24, имеющие форму полукруга, На другом конце пластинок имеются небольшие штифты 26, могущие поворачиваться и передвигаться в ту или другую сторону в пазах 27 на кольце 18. При повороте кольца 18, оно захватывает пластинки 24, благодаря чему величина отверстия 15 увеличивается или уменьшается.

Предлагаемая рентгеновская трубка может быть известным способом сильно разрежена или наполнена газом, состоящим из водорода или гелия под давлением, при котором не происходит вредная ионизация. При заполнении водородом давление может равняться, напр., 0,01 мм ртутного столба. Во время действия рентгеновской трубки между металлическим резервуаром 4 и антикатодом 2 устанавливается высокое напряжение. Исходящие от накаливающегося катода электроды действием электрического поля притягиваются к антикатоду, при чем, благодаря форме металлического резервуара 4 с диском 14 и отверстием 15 и расположению зеркала антикатода вблизи этого отверстия, катодные лучи падают лишь на ограниченную часть поверхности антикатода. Величина этой поверхности определяется величиной отверстия 15. Образующиеся рентгеновские лучи выходят наружу через отверстие 15, отверстие в плите 9 и стеклянный колпак 6. Нежелательные рентгеновские лучи поглощаются стенками металлического резервуара 4, изготовливаемого для этого из хромистого железа.

Наружная стенка рентгеновской трубки согласно фиг. 8 образована стеклянным резервуаром 1, к которому непроницаемо для воздуха приплавлена входящая внутрь него стеклянная трубка 2. К концу трубки 2, также непроницаемо для воздуха, приплавлен антикатод 3, который может, например, состоять из хромистого железа. На передней поверхности антикатода укреплена состоящая, например, из вольфрама вставка 4; металлическая трубка 5 служит для подведения охлаждающей жидкости. К внутренней стенке сосуда 1 приплавлена стеклянная трубка 6 с пружинным зажимом 7, к которому помощью поддержек 8, подвешен металлический сосуд 9. Этот сосуд может состоять, например, из молибдена, хромистого железа или иного материала легко выделяющего газы. Он может быть изготовляем также из алюминия или т.п. материала, но при этом теряется выгода поглощения, хотя бы части, рентгеновских лучей стенками такого сосуда. Накаливающийся катод, состоящий из прямой, например, вольфрамовой проволоки, укрепляется внутри металлического сосуда 9 к токоподводящим проволокам 11 и 12; последние вплавлены, непроницаемо для воздуха, в стенку сосуда 1 и изолированы от металлического резервуара 9 помощью кварцевых шариков 13 и 14. На стороне антикатода металлический сосуд 9 суживается в отверстие 15; на противоположной же стороне его имеется отверстие или окно 16, для пропуска рентгеновских лучей. При работе с трубкою, между накаливающимся катодом 10 и антикатодом 3 включается высокое напряжение, а резервуару 9, с которым соединена токоподводящая проволока 17, сообщается потенциал несколько отрицательный относительно всех точек накаливающейся нити. Посылаемые накаливающейся нитью электроны не могут при этом достигнуть металлического сосуда 9; под влиянием особой формы последнего и расположения антикатода они вынуждены встречать переднюю поверхность антикатода на ограниченном пространстве. Деятельные рентгеновские лучи оставляют поверхность антикатода в перпендикулярном или почти перпендикулярном к ней направлении. Такие трубки можно эвакуировать обычным образом от воздуха так, чтобы заряжение практически совершалось без газионирования. Можно также снабжать такие трубки газовым наполнением, состоящим из водорода и гелия, под таким давлением, при котором газионирование происходить не может. Это газовое давление может быть выше 0,0006 мм ртутного столба и, например, при водородном наполнении может составлять около 0,01 мм.

1. Рентгеновская трубка с сильным разряжением, с накаливаемым катодом и с металлическим резервуаром, характеризующаяся тем, что металлический резервуар изолирован от антикатода и снабжен на стороне, обращенной к антикатоду сужением, образующим отверстие для прохода катодных лучей, и что часть поверхности антикатода, на которую падают катодные лучи, расположена в этом отверстии или в непосредственной близости от него.

2. Форма выполнения рентгеновской трубки, охарактеризованной в п. 1, отличающаяся таким расположением антикатода по отношению к катоду и металлическому резервуару, чтобы деятельные рентгеновские лучи были направлены перпендикулярно или почти перпендикулярно к поверхности антикатода (фиг. 2 и 3).

3. Форма выполнения охарактеризованной в п.п. 1 и 2 рентгеновской трубки, отличающаяся тем, что часть антикатода, на которую падают катодные лучи, суженная часть металлического резервуара и отверстие в металлическом резервуаре, служащее для пропуска рентгеновских лучей, расположены на одной и той же прямой (фиг. 2).

4. В охарактеризованной в п.п. 1-3 рентгеновской трубке применение электрического соединения металлического резервуара, внутри которого помещен накаливающийся катод, с накаливаемым катодом или непосредственно или через источник постоянного, но регулируемого напряжения.

5. В охарактеризованной в п.п. 1-3 рентгеновской трубке применение соединения металлического резервуара с накаливаемым катодом или через сопротивление или непосредственно с источником напряжения таким образом, что между металлическим резервуаром и всеми точками накаливаемого катода устанавливается постоянная отрицательная разность потенциалов.

6. Видоизменение рентгеновской трубки с накаливаемым катодом, охарактеризованной в п.п. 1-5, отличающееся применением приспособлений, позволяющих регулировать величину отверстия 15 в металлическом резервуаре 4, каковое отверстие служит для прохода катодного пучка (фиг. 6).

7. Форма выполнения, охарактеризованной в п. 6 рентгеновской трубки, отличающаяся применением, для поворота кольца 18, поворотного приспособления 34, 36, 37, приводимого в действие магнитным полем, источник которого находится вне трубки (фиг. 6).

8. Видоизменение охарактеризованной в п. 1 рентгеновской трубки, отличающееся тем, что металлический резервуар 9, в котором установлен накаливающийся катод, помещен внутри оболочки рентгеновской трубки, а не образует часть оболочки.