Импульсная рентгеновская трубка Советский патент 1980 года по МПК H01J35/22 

1

Изобретение относится к рентгеновским трубкам и может быть использовано для получения рентгеновского излучения большой интенсивности и жесткости, в частности в промышленной дефектоскопии.

Одной из проблем при создании рентгеновских трубок является увеличение интенсивности, жесткости рентгеновского излучения и КПД трубки.

Известны управляемые импульсные рентгеновские трубки, содержащие катод, анрд, управляющий электрод и вакуумированную оболочку При подаче на трубку высокого напряжения анодная мишень, бомбардируемая электронным пучком, генерируемым катодом, испускает рентгеновские лучи .

Для повышения интенсивности этого излучения, т.е. увеличения энергии бомбардирующих мишень электронов , необходимо повышать величину напряжения на трубке, что-усложняет и удорожает конструкцию, увеличивает .габариты прибора для обеспечения электрической прочности.

Кроме того, КПД таких трубок очень мал.

Для достижения высокой интенсивности и жесткости рентгеновского излучения отказываются от использования внешних источников высокого напряжения и применяют принцип автоускорения, основывающийся на передаче энергии части электронного пучка че10рез электромагнитное поле другой его части.

Известно устройство, работакядее в импульсном режиме, содержащее диодный ускоритель электронов и индуктивt5ный накопитель в цепи коллектора пучка f При включении генератора импульсного напряжения с катода начинается взрывная эмиссия электронов, которые проходят сквозь анодна кол20лектор и заряжают индуктивный накопитель. При прерывании пучка на индуктивном накопителе развивается электродвижущая сила самоиндукции, которую используют для ускорения электронов.

25 При напряжении внешнего импульсного источника 240 кВ ускоряющее напряжение на накопителе составляет 600 кВ.

Недостатком устройства является необходимость использования высоко30

вольтного импульсного источника питания, что требует применения специального высоковольтного кабеля, защиты от высокого напряжения, усложняет и удорожает конструкцию. Индуктивный накопитель находится вне ускорительной камеры, что также усложняет конструкцию и увеличивает ее габариты .

Кроме того, электронный ток при взрывной эмиссии практически неуправляем, и получить стабильные параметры выходного рентгеновского излучения невозможно.

Наиболее близким техническим регйегнием является импульсная рентгеновская трубка, содержащая катод и прострельный анод, размещенные в вакуумной оболочке по разные стороны ускорительного промежутка З.

Недостатком этой трубки является малый КПД, недостаточная интенсивность и жесткость излучения. В трубке используется внешний источник высокого напряжения, и чем больше величина этого напряжения,тем больше усложняется и удорожается конструкция и эксплуатация рентгеновского аппарата с такой трубкой.

Целью изобретения яЬляется увеличение КПД и повышение жесткости рентгеновского излучения при заданной величине напряжения источника питания.

Цель достигается тем, что в цмпульсной рентгеновской трубке, содержащей вакуумный корпус, катод и анод с мишенью, установленные на разных концах ускорительного промежутка, в последнем установлен электрически связаннь1й с анодом проводящий элемент, выполненный в виде вытянутой вдоль ускорительного промежутка разомкнутой спирали.

При прохождении импульсного потока электронов вдоль оси разомкнутой анодной спирали на ней индуцируется электродвижущая сила, ускоряющая электроны в пролетном пространстве, т.е. увеличивающая их энергию, без повышения напряжения внешнего источника питания, что повышает КПД трубки. При увеличении же энергии электронов увеличивается интенсивность и: жесткость рентгеновского излучения. .

Спираль должна быть изготовлена из материала с высокой удельной проводимостью. Диаметр проволоки спирали выбирают в зависимости от теплопроводности материала проволоки, он должен обеспечивать отвод тепла без расплавления проволоки.Длина спирали обусловлена расстоянием межу катодом и анодом, ее выбирают так6й, чтобы не допустить электричесki5ro пробоя.

Диаметр и количество витков спирали определяют из величины нужной

индуктивности при заданных электрических параметрах: величине тока и длительности заднего фронта импульса.

На чертеже схематически изображена импульсная трубка, продольный разрез.

Импульсная рентгеновская труб.ка содержит термоэлектронный катод 1, размещенный в вакуумированной стеклянной оболочке 2.

Анодный узел, размещенный в оболочке 2, напротив катода 1, содержит кольцевой электрод 3 в виде шайбы, выполненной из материала с хорошей теплопроводностью, с которым соединена прострельная мишень 4 из материала с большим атомным номером, например рения, вольфрама, на которой генерируется рентгеновское излучение, и цоколь 5. С внешней стороны мишени 4 размещено окно 6, выполненноеиз бериллия и предназначенное для выпуска рентгеновского излучения.

С.электродом 3 электрически соединен один конец элемента, выполненного в виде разомкнутой спирали 7, обращенной другим концом к катоду 1 и выполненной из материала с высокой удельной проводимостью, например из меди или серебра.

С противоположной стороны трубки расположен катодный цоколь 8 с вводом 9 для подачи питающего напряжения .

При подаче напряжения на электроды, в пространстве анод-катод возникает импульс анодного тока. При прохождении потока электронов внутри спирального элемента 7 в последнем возникает электродвижущая сила самоиндукции, замедляющая электроны . В момент прерывания импульса анодного тока, на концах спирали 7 появляетсянапряжение, которое ускоряет электроны в электронном потоке. Величина напряжения зависит от величины индуктивности и скорости изменения тока в момент прерывания.

для спирали 7 длиной по оси 0,1 диаметром проволоки 0,02 м и числом витков 200 при токе 10 А и длительности заднего фронта импульса 10 с избыточное ускоряющее напряжение составляет 100 кВ.

Ускоренные электроны бомбардируют прострельную мишень 4, на которой создается рентгеновское излучение, выходящее из трубки через окно 6 .

Спираль 7, находящаяся под анодным напряжением, препятствует попа Данию на стеклянные стенки оболочки вторичных электронов, благодаря чему обеспечивается электрическая прочность трубки.