Рентгеновский генератор Советский патент 1980 года по МПК H05G1/10 H01J35/02 

1

Изобретение относится к рентгенртехкике, а именно к генераторам рентгеновского излучения.

Известны импульсные генераторы, содержашие рентгеновскую трубку, импульсный источник питания, повышающий спиральный волновод, установленный коаксиально с рентгеновской трубкой, что обеспечивает надежную защиту трубки и малые габариты всего генератора 1.

Такой генератор обеспечивает только импульсный режим работы и характеризуется малым сроком службы.

Известен рентгеновский генератор, содержащий двухэлектродную рентгеновскую трубку, преобразователь частоты источника питания и высококачественный повышающий трансформатор f.

Работа на высоких частотах позволяет уменьщить габариты и вес генератора, однако использование высокочастотного повыщающего трансформатора влечет за собой значительное рассеяние мощности, -в силу чего частота работы генератора составляет величину порядка кГц, что не позволяет получить существенное уменьщение габаритов и веса.

Известен рентгеновский генератор, содержащий двухэлектродную рентгеновскую трубку, преобразователь частоты источника питания (сети) и высокочастотный каскадный выпрямитель-умножитель {3}.

Использование выпрямителя-умножителя позволяет поднять рабочую частоту генератора до 10 кГц, что обеспечивает дальнейщее уменьшение габаритов генератора. Однако выполнение каскадного выпрямителя-умножителя на большие выходные напряжения (более 100 кэВ) связано с рядом технологических трудностей.

Наиболее близким техническим решением является рентгеновский генератор, содержащий источник переменного напряжения, резонансный трансформатор с обмоткой воз15буждения и повышающей обмоткой, рентгеновскую трубку, содержащую герметичную обмотку, анод, катод, фокусирующую диафрагму, причем рентгеновская трубка размещена внутри повышающей обмотки 20 резонансного трансформатора, катод трубки соединен с высоковольтным выходом, а анод - с корпусом резонансного трансформатора 4. П(.лостатк{)м известного устройства являются г иачнтельные габариты и вес резонансного трансформатора, обусловленные необходимостью поддержания определеиной толщины газовой изоляции между повышающей обмоткой и корпусом резонансного трансформатора. Цель изобретения заключается в том, чтобы уменьшить габариты и вес генератора. Поставленная цель достигается тем, что в рентгеновском генераторе, содержащем ис-точник переменного напряжения, резонансный трансформатор, рентгеновскую трубку с проводящей герметичной оболочкой, анодом и катодом, в корпус трубки введен диэлектрический цилиндр, на одном конце которого установлен анод рентгеновской трубки, а другой конец цилиндра герметично соединен с корпусом трубки, причем в полости диэлектрического цилиндра размещены обмотка возбуждения и повышающая обмотка резонансного трансформатора, вь соковольтный конец которой соединен с анодом трубки, а низковольтный - с проводящей герметичным корпусом трубки, так что повыщающая обмотка и проводящая оболочка образуют вторичный колебательнь1Й контур резонансного трансформатора. На чертеже показан генератор, в котором осуществлен торцовый вывод рентгеновского излучения. Рентгеновский генератор содержит источник 1 переменного питающего напряжения, излучатель 2, включающий р1ентгеновскую трубку 3, металлический корпус 4, который одновременно является корпусом резонансного трансформатора, повыщающую обмотку 5, выполненную в виде спирали, и обмотку 6 возбуждения резонансного трансформатбра, размещенные внутри диэлектрического цилиндра 7, являющегося элементом оболочки рентгеновской трубки 3 и герметично соединенного с анодом 8 и корпусом 4 трубки, Напротив анода 8 внутри трубки, последовательно по ее оси расположены соединенные с корпусом 4 фокусирующая диафрагма 9, сетчатый катод 10 и выпускное окно 11. Рентгеновская трубка 3 сочленена с системой охлаждения, включающей центробежный насос 12, воздущный вентилятор 13, радиатор 14, электропривод 15, диэлектрическую трубку 15 и кожух 17 излучателя, являющийся одновременно воздухопроводом. Повышающая обмотка 5 высоковольтным концом подсоединена к аноду 8, а низковольтным -- к корпусу 4 через низкоомный измерительный элемент 18, с помощью которого измеряются ток в основании повышающей обмотки 5 и нагГряжение на аноде 8. Обмотка возбуж денйГ расположена у низковольтного конца повышающей обмотки. переменного питающего напряжения состоит из однолампового задающего генератора 19 и двухтактного усилителя 20 мощности с трансформаторным выходом. Связь между задающим генератором 19 и усилителем 20 мощности также выполнена трансформаторной. Включение и выключение генератора 19 осуществляется ключом 21. Анодные цепи генератора 19 питаются напряжением Ед, сеточные- напряжением Ер. Выход источника переменного питающего напряжения 1 подсоединен через коаксиальный кабель к обмотке 6 возбуждения- От измерительного элемента 18 сделан отвод к внешнему измерительному прибору. Рентгеновский генератор работает следующим образом. При замыкании кл1оча 21 начинает работать задающий генератор 19 и усилитель 20 мощности. Переменное напряжение с выхода источника переменного питающего напряжения 1 поступает к обмотке возбуждения б, причем частота переменного напряжения соответствует основной резонансной частоте резонансного трансформатора. В повышающей обмотке 5 индуцируется ускоряющее напрян ение, приложенное между анодом 8 трубки 3 и ее сетчатым катодом 10. Под действием этого напряжения электроны эмиттированные сетчатым катодом 10, ускоряются в направлении анода 8, фокусируются на его поверхности фокусйрующей диафрагмой 9 и инициируют при соударении с анодом рентгеновское излучение, которое выходит за пределы вакуумного объема трубки через прозрачный для рентгеновского излучения сетчатый катод 10 и выпускное окно 11. При этом ионы, возникающие вблизи анода, бомбардируют только среднюю часть сетчатого катода, составляю щую единицы процентов его площади, и не снижают эмиссионной способности катода. С одной стороны, обеспечивается высокая надежность катода рентгеновской трубки, и с другой стороны, обеспечивается возможность использовать для катода материалы, нестойкие к ионной бомбардировке, но позволяющие получить большую электронную эмиссию. При работе устройства в обмотках 5 и 6 резонансного трансформатора, а также на поверхности анода 8 выделяется мощность, которая отводится в окруи ающее пространство с помощью системы охлаждения. По замкнутому жидкостному контуру системы охлаждения циркулирует жидкий диэлектрик, который прокачивается центробежным насосом 12 через радиатор 14, тело повышающей обмотки 5, анод 8 и диэлектрическую трубку 16. Тепло, переданное жидким диэлектриком радиатору 14, отводится от него воздушным потоком, создаваемым вентилятором 13. Центробежный насос 12 и вентилятор 13 приводятся в действие электроприводом 15. Направления дви женин электронов, жидкого диэлектрика и воздуха показаны на чертеже стрелками. Как видно из чертежа, поток ипзлухя олиовременно о.хлаждяет корпус: 4 труГжм. пыподы сетчатого катода 10 и выпускное окно 11. Толщина стенки корпуса 4 труб.ки вблизи анода 8 позволяет использовать выходящее через эту стенку рентгеновское излучение, например, для панорамного просвечивания. Преимущества предложенной конструкции рентгеновского генератора по сравнению с известным сводятся к .следующему: уменьщаются масса и габар11ты излучателя, так как вместо диэлектрика повышающая обмотка 5 отделена от корпуса 4 вакуумным промежутком и уменьшен объем диэлектрика; масс излучателя на 300 кэВ, изготовленного по предлагаемому принципу, составляет около 7 кг при длине излучателя 80 см и диаметре 14 см, возрастает диапазон применения по выявлению дефектов в труднодоступных местах контролируемых изделий. Поскольку предложенное устройство является портативным, целесообразно сравнить его.с устройствами того же назначения, имеющими примерно такие же массу и габариты. К этим устройствам относятся импульсные автоэмиссионные рентгеновские аппараты. Преимущества предложенного устройства по сравнению с импульсными за лючаются в следующем: мощность дозы повышается в десятки раз, так как конструкция анода в предложенном устройстве позволяет принудительно его охлаждать в отличие от известных устройств; больший срок службы (более 200 ч, непрерывной работы) и большая стабильность, так как отсутствуют разрядники, снижающие время непрерывной работы импульсных рентгеновских аппаратов до единиц часов;возможность регулирования энергии-рентгеновского излучения, так как используется не автоэмиссионный, а накаливаемый катод, эмиссия которого не зависит от напряженности электрического поля у поверхности катода. большая средняя жесткость спектра излучения, так как ток нагрузки меньше влияет на амплитуду ускоряющего напряжения, чем у импульсных аппаратов. На основе изобретения изготовлены действующие образцы рентгеновских генераторов со следующими параметрами: -максимальная мощность до; ы излучения на расстоянии 0,7 м от анода трубки 8 р/мин; максимальная энергия излучения 300 кэВ диаметр фокусного пятна 3 мм; диапазон регулировки максимальной энергии излучения 100-300 кэВ; масса излучателя 7 кг; длина излучателя 80 см; диаметр излучателя 14 см. Формула изобретения Рентгеновский генератор, содержащий источник переменного напряжения, резо иансный трансформатор с обмоткой возбуждения и повышающей обмоткой, рентгеновскую трубку с проводящим герметичным корпусом, анодом и катодом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса генератора, в корпус трубки введен диэлектрический цилиндр, на одном конце ItoTopioro установлен анод рентгеновской трубки, а другой конец цилиндра герметично соединен с корпусом трубки, причем в полости диэлектрического цилиндра размещены обмотки возбуждения и повышающая обмотка резонансного трансформатора, высоковольтный конец которой соединен с анодом трубки, а низковольтный - с проводящим герметичным корпусом трубки, так что повыщающая обмотка и проводящий корпус образуют вторичный колебательный контур резонансного трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3970884, кл. 3J3-55, опублик. 1976. 2.Выложенная заявка ФРГ №2128248, кл.21 G 20/01, опублнк. 1973. 3.Выложенная заявка ФРГ № 2444193, кл. Н 05 G 1/12, опублик. 1975. 4.Альбертинский Б. И. и др. Передвнж ная рентгеновская установка на базо резонансного трансформатора, «Дефектоскопия, № 5, 1971 (прототип).

.:...-.-..-. - --rtggg

О)