Рентгеновская трубка Советский патент 1980 года по МПК H01J5/08 H01J35/16 

1

изобретение относится к рентгеновским трубкам.

Известна рентгеновская трубка,содержащая анод, катод и стеклянную вакуумную оболочку, внутрь которой вве- - ден проводящий цилиндр, охватывающий межэлектродный промежуток и электрически соединенный с другим проводящим цилиндром, расположенным снаружи стеклянной оболочки l .

Такая конструкция уменьшает вероятность высоковольтного пробоя оболочки трубки, но она применима при малых .ускоряющих напряжениях до 50 кВ),15 а при больших напряжениях необходимо увеличивать габариты трубки.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является рентгеновская трубка, содержащая катод и 20 анод, установленные в вакуумной оболочке из диэлектрического материала, на внутренней поверхности которой,по крайней мере,в области межэлектрояного промежутка нанесен слой из мате-- - риала, электропроводность которого выше, чем у диэлектрической оболочки 21. Этот слой представляет собой проводящее покрытие с объемной провЬдимостыо от . JO

К недостаткам известного технического решения относится малый срок службы, обусловленный невысокой электрической прочностью конструкции, D которой имеют место значительные токи утечки и увеличенная электронная бомбардировка оболочки.

Цель изобретения - увеличение срока службы трубки за счет повышения электрической прочности конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в рентгеновской трубке, содержащей анод и катод, установленные в вакуумной оболочке из диэлектрического материала, на внутренней поверхности которой, по крайней мере, в области межэлектродного промежутка нанесен слой из материала, электропроводность которого выше, чем у диэлектрической оболочки, в качестве материала слоя использован диэлектрик с объемной проводимостью от Ю Ом-см, толщина которого выбрана не меньшей длины свободного пробега электронов в материале слоя в диапазоне ускоряющих напряжений рентгеновской трубки. Сущность изобретения поясняется

чертежом.

Рентгеновская трубка содержит анод 1, катод 2, сетку 3 ивакуумную оболочку 4, на внутренней поверхности которой на участке а нанесено покрытие 5 из диэлектрического материала с объемной проводимостью от 10 до 10 ом.см толщина которого Выбрана не меньшей длины свободного прюбега электронов в материале слоя в диапазоне ускоряющих напряжений рентгеновской трубки. При работе высоковольтных электро ных приборов на поверхности и в объеме диэлектрической оболочки наблюда ется накопление электрического заряда, который способствует возникновению сквозного пробоя оболочки. Объем ный заряд накапливается на г;(убине, соответствукидей длине пробега электрона в диэлектрике. При достижении определенной величины плотности заря да, когда иоле его превысит электрическуго прочность диэлектрика, происзсодит приповерхностный пробой. Следы его проявляются в виде матовых дятен на внутренней стороне оболочки в области высоковольтного промежутка. При рассмотрении их под микроскопом видна сеть каналов приповерхностного пробоя. . На основании экспериментальных данных установлено, что .максимальная глубина таких каналов может быть определена из формулы Шонланда 1 8-2. при допущении U 0,27lJq, где Ua - анодное напряжение. В , У - плотность вещества, г/см В результате появления каналов, пробой на всю толщину стекла развивается из-за значительного усиления пол.ч на конце канала при наличии большого поверхностного заряда. След пробоя представляет собой сквозной извилистый канал диаметром до десятков микрон без следов оплавления,который может разделяться на несколько более мелких кансшов, выходящих на,внешнюю поверхность оболочки. . Существующие диэлектрические оболочки при температуре 20-5О С, соотт ветствующей условиям работы прибора р масляной изоляции, имеют низкую удельную Электропроводность (менее ). Для того чтобы сквозной пробой оболочки не произошел, необзсЬДимо не допустить накопления заряда в объёме. Этого можно достичь, ув« лиЧив проводимость оболочки на несколько порядков хотя бы в слое толщиной равной глубине проникновения электрона. А так как заряд локализуетсй на малых участках, то оказывается достаточным .рассеять его по обопбчке в узкой полосе вблизи высоковольтнрго промежутка. Важно, что при этом не происходит заметного увеличения токов утечки между электродами Увеличения проводимости достигают нанесением слоя покрытия необхрдимор толщины либо изменением электрических свойств слоя материала самой оболочки, например, за счет термодиффузии необходимого ве.щества с поверхности. Напыляя в вакууме, например, титан или железо или нанося растворы их солей на стеклянную оболочку с последующим прогреванием ее на воздухе до температуры размягчения в течение нескольких минут, можно получить за счет термодиффузии прозрачные слои, достаточной толщины проводимостью 10 -10 Ом -см, которые предохранят оболочку от пробоя. Наиболее распространенным материалом для изготовления оболочек электронных приборов является в настоящее время стекло. Это обусловлено целым рядом его положительных качеств, в том числе хорошими технологическими свойствами, дешевизной. Использование стекла со слоем повышенной проводимости устраняет сквозной пробой. Однако такое решение возможно только в приборах,в которых оболочка удалена от элек тродов на достаточное расстояние (например,при рабочем напряжении 100 кВ на расстояние больше 30 мм В приборах же с малым расстоянием между электродами и оболочкой или рабочими напряжениями больше 100 кВ, например в наиболее распространенных трубках с масляной изоляцией, возникает проблема повышения электропрочности трубок, так как стекло не обеспечивает достаточной электрической прочности высоковольтного промежутка, хотя устраняет пробой оболочки. Связано это с тем, что стекло, обладая сравнительно низкой температурой плавления и имея в своем составе различные компоненты, в том числе и легкоплавкие, недостаточно устойчиво к электронной бомбардировке, практически всегда присутствующей в реальных высоковольтных приборах. Поэтому бомбардировка как стекла обычных марок, используемых в электровакуумной промышленности, так и стекла с повышенной проводимостью приводит к выделению из стекла паров воды и кислорода, его электролизу, появлению большого количества ионов в высоковольтном промежутке, а также к активации центров автоэмиссии с отрица1тельного электрода атомами натрия и калия, вьщеляющимися из стекла при его разложении. Все эти явления могут привести к возрастанию паразитных токов и резкому падению электропрочности прибора. По этой причине для малогабаритных рентгеновских трубок или трубок с высокими напряженностяи полей на электродах с целью устранения сквозного пробоя оболочки и повышения электропрочности приборов в . целом используют нанесение покрытий на внутреннюю поверхность оболочки

из тугоплавких окислов с удельной объемной проводимостью 10-10Ъм-см Важно, что при этом основой оболочки, остается сгекло с его положительными свойствами.

Покрытий должны обладать достаточной прочностью сцепления их со стенками баллона и. высокой работой выхода электронов из материала покрытия. Такие свойства имеют покрытия из окислов алюминия, циркония, хрома, бериллия и т.п.

Рентгеновские трубки, имеющие оболочки с указанными покрытиями, обладают значительно более высокой электропрочностью их высоковольтного промежутка, чем трубки, имеющие слой с повышенной проводимостью. Кроме того, сквозные пробои оболочек предложенных трубок не зафиксированы.

Покрытия, уменьшая плотность объемного заряда в оболочке, т.е. устраняя ее разрушение,устраняют последствия бомбардировки стекла электронами. Кроме того,-в силу своей тугоплавкости эти покрытия менее подвержены разложению под действием электронной бомбардировки и, следовательно, газовыделение с них незначительно причем продукты этого разложения, имеющие работу выхода электронов, сравнимую с работой выхода из материала электродов трубки, не способны активировать эмиссионные центры на отрицательном электроде, и в приборе нет увеличения паразитных токов утечки.

умея шероховатую структуру, покрытия препятствуют образованию сплошных проводящих или полупроводящих пленок на поверхности оболочки и, устраняя тем самым возникновение

больших градиентов потенциала на ее поверхности, способствуют сохранению электрической прочности во время эксплуатации прибора, т.е. применение таких покрытий приводит к повышению долговечности приборов.

Таким образом, рентгеновская трубка, имеющая стеклянную оболочку с диэлектрическим покрытием, отличается высокой электрической прочностью при небольших габаритах, малыми токами утечки, во время ее работы не происходит сквозных пробоев ее оболочкЦ, что позволяет повысить надежность и сократить сроки высоковольтной тренировки рентгеновских трубок.

5

Формула изобретения

Рентгеновская трубка,содержащая катод и анод, установленные в вакуумной оболочке из диэлектрического

0 {атерийла, на внутренней поверхности которой, по крайней мерю, в области межэлектродного промежутка, выполнен слой из материала, электропроводность которого выше, чем у диэлектрической

5 оболочки, отличающаяся тем, что, с целью увеличения срока службы за счет повышения электриче кой прочности, в качестве материгша слоя использован диэлектрик с объемной проводимостью от 10 Ом-см,

0 толщина которого выбрана не меньшей длины свободного пробега электронов в материале слоя в диапазоне ускоря- ющих напряжений рентгеновской трубки.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 19547Т)9, кл.313-58, опублик.1934.

2.Патент США 2516663, кл.31358, опублик. 1950 (прототип).

0