Рентгеновский генератор Советский патент 1980 года по МПК H05G1/06 H01J35/04 

Изобретение относится к рентгеновск генераторам. Известны рентгеновские генераторы, содержащие высоковольтный каскадньй трансформатор и рентгеновскую трубку, расположенную по его оси. В устройстве высоковольтный каскадный трансформато изготовлен с использованием замкнутого стального магнитопроврда, а пространство между трансформатором и кор- пусом генератора заполнено жидким диэлектриком Ы.. Наличие стального магнитопровода и большого объема жидкого диэлектрика определяет большой вес (350 кг) и габариты генератора, что является его недостатками.: Наиболее близким к предложенному является рентгеновский генератор на базе резонансного трансформатора. Устройство содержит reHepafpp переменного питающего напряжения и излучатель, включающий расположенньй в металлическом корпусе резонансный трансформатор с помещенными в диэлектрическую среду повышающей обмоткой и обмоткой возбуждения, связанной с.выходом генератора переменного питающего напряжения и размещенной у низковольтного конца повышающей обмотки, высоковольтньй электрод, катод, размещенньгй на высоковольтном электроде излучателя Н электрически связанный с высоковольтным концом повышающей обмотки резонансного трансформатора, торцовое выпускное окно, мишень, расположенную , между катодом и вьшускным окном, и фокусирующую магнитную линзу, размещенную между катодом и мишенью. В устройстве промежуток между повышающей обмоткой резонансного трансформатора и его корпусом заполнен газообразным диэлектриком под давлением в несколько атмосфер. В отличие от ранее описанного да;ННоёустройство не содер- жит замкнутого стального магнитопровода, позволяет более равномерно распре-. делять напряжение между секциями повышающей обмотки и имеет лучшие нагрузочные характеристики 2.. Недостатки известного генератора за:ключают ся в том, что в этой конструкции фокусирующая магнитная линза расположена на высоковольтном электроде, что приводит к трудностям при ее питании и снижает надежность работы устройства. Такое расположение линзы затрудняет регулирование параметров фокусйровки, следовательно ограничивает возможности изменения размеров фокусного пятна рентгеновской трубки, что уменьшает диапазон применения этого устройства. В этой конструкции, как и в рассмотренной ранее, трудно существенно уменьшить размеры, в частности радиальные, резонансного трансформатора н его массу, так как нельзя существенно уменьшить толщину газовой изоляиии между повышающей обмоткой и корпусом резонансного трансУформатора а также прочность стенок корпуса. Большие габариты и масса устройства не позволяют использовать его в качестве портативного рентгеновского аппарата, что снижает диапазон его применения. Повышение на;П1эяжения приводит к увеличению толщины газовой изоляции между повышающей обмоткой и корпусом, при этом увеличиваю ся радиальные размеры устройства, а-на дежность его работы уменьшается. Это является принципиальным ограничением при использовании таких приборовв качестве источников излучения, например при -каротаже в скважинах, а также при неразрушающем контроле в труднодоступных местах. Цель изобретения - снижение габари тов н веса, а также повышение надежности работы генератора. Поставленная цель достигается тем,что в рентгеновский генератор, содержащий источник переменного напряжёййя и: излучатель, включающий металлический корпус с окном для выхода рентгеновско го излучения, в, которой расположены резонансньй трансформатор с повышающе обмоткой и обмоткой возбуждения, разме Щейными в полости с диэлектриком, като мишень, высоковольтные электроды и средства фокусировки электронного пучка, дополнительно введен резонансный трансформатор, а высоковольтные электр ды, соединенные с катодом и мишенью, укреплены на диэлектрических цилиндрах герметично связанных с металлическим, корпусом ,так, что в объеме излучателя образуются три полости, причем одна из я их образует ускорительный промежуток, а две другие заполнены жидким диэлектриком и в них расположены обмотки резонансных трансформаторов, соединенные высоковольтными концами повышающих обмоток с соответствующими высоковольтными электродами. В одном варианте выполнения обмотки одного резонансного трансформатора размеще.ны внутри диэлектрического цилиндра, на котором укреплен соединенный с катодом высоковольтный электрод, а обмотки другого - снаружи диэлектрического цилиндра, на котором укреплен -соединенньй с мишенью вы- Соковольтньй электрод. Кроме того, средства фокусировки электронного пучка вьтолиены в виде установленной между цилиндрами и электрически соединенной с металлическим корпусом фокусирующей диафрагмы и фокусирующей магнитной линзы, расположенной между диафрагмой и обмоткой возбуждения резонансного трансформатора, соединенного с высоковольтным , электродом мишени. Кроме того, повышающая обмотка резонансного трансформатора, соединенного с высоковольтным электродом катода, выполнена в виде двухзаходной спирали, между высоковольтным концом которой и катодом введено согласующее устройство, например понижающий трансформатор. На чертеже представлена схема устройства. Схема устройства содержит генератор 1 переменного питающего напряжения, излучатель 2 и источник 3 питания катода. Излучатель 2 заключен в металлический корпус 4 (корпус может быть выполнен разъемным), который одновременно является корпусом основного и дополнительного резонансных трансформаторов. Основной р зйнансньй )асфЬрма-тор содержит повышающую обмотку. 5 и расположенную у ее низковольтного конца обмотку 6 возбуждения. Повьпцающая обмотка 5 выполнена в виде двухзаходной спирали, низковольтный конец которой подсоединен к корпусу 4. Обе обмотки основного резонансного трансформатора размещены в диэлектрической среде внутри диэлектрического цилиндра 7, которьй вакуумплотно соединен одним .своим торцом с корпусом 4, а вторым

торцом - с высоковольтным электродом 8, который электрически связан с высоковольтным концом повышающей обмотки 5. Внутри высоковольтного электрода 8 расположены согласующее устройст во 9 (понижающий трансформатор) и катод 1О. Напротив катода 10 по оси устройства установлена фокусирующая диафрагма 11, электрически связанная с корпусом 4. Фокусирующая магнитная

линза 12 установлена между фокусирующей диафрагмой 11 и дополнительным резонансным трансформатором снаружи диэлектрического цилиндра 13. Диэлектрический цилиндр 13 вакуумплотно связан одним своим торцом с корпусом 4, а вторым - с высоковольтным электродом 14. Снаружи диэлектрического цилиндра 13 установлен дополнительный резонансный трансформатор, обмотка 15 возбуждения которого размещена у низковольтного койца повыщающей обмотки 16 Высоковольтный конец повышающей обмоки 16 подсоединен к высоковольтному электроду 14, а низковольтный конец

подсоединен ккорпусу 4. Диэлектрический цилиндр 7 и диэлектрический цилиндр 13 герметизированы по отношению к вакуумплотному объему, образованному в корпусе излучателя снаружи первого и внутри второго диэлектрических цилиндров. На высоковольтном электроде 14 со стороны вакуумного объема установлена мишень 17, напротив которой в торце корпуса установлено выпускное

окно 18. Генератор 1 переменного питающего напряжения имеет два выхода, напр1сжения на которых изменяются противофазно. Один из этих въосодов через коаксиальнъй кабель подсоединен к обмотке 6 возбуждения, а второй - к обмотке 15 возбуждения. ,

Устройство работает следующим образом.

При включении генератора перемен- кого питающего напряжения переменное напряжение одной частоты поступает к обмотке 6 возбуждения и (в противофазе к обмотке 15 возбуждения. При этом частота переменного питающего напряжения соответствует резонансной частоте основного и дополнительного резонансных , трансформаторов. Резонансные частоты этих трансформаторов подбираются равными с помощью вътбора соответствующей геометрии резонаторов (длины и диаметра металлического корпуса), а также с помощью подстройки, например путем изменения емкости между высоко-

вольтнъгм электродом 14 и металличесКИМ выпускным окном 18. В повышающей обмотке 5 основного резонансного транбфсрматфа индуцируется переменное напряжение, противофазное переменному напряжению, индуцируемому в повышающей обмотке 16 дополнительного резонансного трансформатора. При этом в течение полупериода, когда напряжение на высоковольтном электроде 8 отрицательно, а на высоковольтном электроде 14 положительно, электроны, эмиттируемые катодом 10, усоряются в направлении мишени 17 внутри вакуумного обьемй, образованного снаружи диэлектрического цилиндра 7 и внутри диэлектрического цилиндра 13, При своем движении пучок электронов эффективно фокусируется с помощью фокусирующей системы, состоящей из фокусирующей диафрагмы 11 и магнитной фокусирующей линзы 12 При соударении с мишенью 17 электроны инициируют тормозцое -у -излучение, которое вътодится через выпускное окно 18. Для уменьшения потерь передаваемой катоду энергии в спирали между ее высоковольтным концом и катодом устансвлейо согласующее устройство, например понижающий трансформатор, что позволяет повъЕСИть входное сопротивление катода. Необходимость повыщения входного сопротивления катода связана с тем, что активное сопротивление спирали на рабочих частотах резонатора порядка 1 Мгц может достигать сотен Ом, в то время как активное сопротивление катода порядка единиц Ом. Питание катода по бифилярной обмотке не оказывает влияния на высокочастотные свойства резонатора, так как противоположные направления токов в ней исключают наводимые поля.,

Увеличение электрической прочности при определенном ускоряющем нацряжении происходит за счет пространственного разделения потенциалов между, высоковольтным электродом 8, диафрагмой 11

и высоковольтным электродом 14, что повышает надежность работы устройства.

Такая конструкция позволяет увеличивать ускоряющее напряжение без соответствующего увеличения радиальных размеров излучателя, что расширяет диапазон применения устройства. Размещение фокусирующей магнитной линзы у низковольтного конца повышающей обмотки резонансного трансформатора существенно облегчает подвод питания к, 7 X73 ней, а акже позволяет эффективно регулйроватъ размеры фокусного пятна на мишени, что расширяет диапазон применения устройства. ПрименениеЛвуХзаходной спирали и согласующего устройства для питания катода позволяет резко уменьшить потери энергии в спирали, что улучшает надежность работы устройства. Предложенный генератор может найти применение в качестве источника рентгеновского и -Xi -излучения в дефектоскопии, рентгеносжопии, в геофизических исследованиях при -каротаже в скважинах, а также как источник элект ронов, если использ.овать соответствующую мишень. Формула изобретения -1, Рентгеновский генератор, содержащий источник переменного напряжения и излу чатель, включающий металлический корпус с окном для выхода рентгеновского излучения, в котором расположены резо.нансный трансформатор с повышающей обмоткой и обмоткой возбуждения, размещенными в полости с диэлектриком, катод, мишень, высоковольтные электроды и средства фокусировки электронного пучка, отличающийся тем, что, с целью снижения габаритов и веса, а таюке повышения надежности работы, в генератор дополнительно введен резонансный трансформатор, а высоковольтные электроды, соединенные с катодом и миЩенью, укреплены на диэлектрических цилиндрах, герметично соединенных с металлическим корпусом так, что в обьеме излучателя образуются три полости, одна из которых образует ускорительный промежуток, а две другие заполнены 9 жидким диэлектриком и и них расположены обмотки резонансных трансформаторов, оединенные высоковольтными концами повышающих обмоток с соответствующими высоковольтными электродами. 2.Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что обмотки одного резонансного транйформатора размещены внутри -диэлектрического цилиндра, на котором укреплен соединенный с Катодом высоковольтный электрод, а обмотки другого - снаружи диэлектрического цилиндра, на котором укреплен соединенный с мишенью высоковольтный электрод.. , 3.Рентгеновский генератор по п. 2, отличающийся тем, что средства фокусировки электронного пучка выполнены в виде установленной между цилиндрами и электрически соединенной q металлическим корпусом фокусирующей диафрагмы и фокусирующей магнитной линзы, расположенной между диафрагмой и обмоткой возбуждения резонансного трансформатора, соединенного с высоковольтным электродом мишени. 4.Рентгеновский генератор по пп. 1-3, отличающийся тем, что повышающая обмотка резонансного трансформатора, соединенного с высоковольтным электродом катода, выполнена в виде двухзаходной спирали, между высоковольтным концомкоторой и катодом введено согласующее устройство. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шмелев В. К. Рентгеновские аппараты М., Энергия, 1973, с. 414417. 2.Альбертинский Б. И. и др. Передвижная рентгеновская установка на базе резонансного трансформатора. Дефектоскопия, 1971, № 5 (прототип).