Вращающийся анод рентгеновской трубки Советский патент 1981 года по МПК H01J35/10 

(54) ВРАЩАЮЩИЙСЯ АНОД РЕНТГЕНОВСКОЙ ТРУБКИ

Изобретение относится к рентгено- технике, в частности к вращающимся анодам рентгеновских трубок. Одним из факторов, существенно влиякщих на резкость получаемого диагностического изображения, является наличие афокального излучения, обусловленного торможением отклонившихся от основной траектории пучка первичных электронов, возвратившихся на анод под действием ускоряющего напря жения рассеянных электронов и электронов вторичной эмиссии из материала фркусной дорожки анода. Одним из методов уменьшения влияния афокального излучения на резкост получаемого диагностического изображ ния является использование глубинной диафрагмы lj . Однако такое решение не обеспечивает уменьшение собственно афокально ,го излучения, которое является резул татом дополнительной бомбардировки фокусной дорожки электронами, что, в целом., приводит к увеличению нагрузки на фокусную дорожку. Известна рентгеновская трубка, со держащая вращающийся анод и накальный катод, между которыми расположено тело с OTBepcTHHNiH для пропускани к аноду первичного электронного пучка и вывода рентгеновского пучка от места падения на анод электронного пучка. Из-за близости расположения тела с отверстиями к поверхности вращаняцегося анода афокальное излучение в трубке практически отсутствует . Недостатком данной трубки является ее конструктивная сложность по сравнению с обычными рентгеновскими трубками для диагностических аппаратов, обусловленная необходимостью введения в вакуумный корпус трубки тела определенной конфигурации, его закрепления в строгом пространственном положении относительно анода и т.д. Наиболее близким по технической сущности к предлагаекюму является вращаюпщйся анод рентгеновской трубки, содержащий тело анода в виде диска из материала с высокой теплопроводностью, кольцевую мишень из тугоплавкого материала, расположенную в теле анода 3j . Недостатком известного технического решения является наличие значи тельного афокального излучения.

Цель изобретения - повышение качества изображения за счет уменьшения выхода афокального излучения.

Поставленная цель достигается тем, что во вра1цающемся аноде рентгеновской трубки, содержащем тело анода в виде диска, расположенную в теле анода кольцевую мишень, на мишень нанесен слой графита, толщиной не большей длины свободного пробега первичных электронов для минимальной энергии электронного пучка в рабочем диапазоне ускоряющихся напряжений и не меньше половины эффективной длины свободного пробега вторичных и рассеянных электронов для максимальной энергии электронного пучка в рабочем диапазоне ускоряющих напряжений.

При этом толщина слоя графита для диапазона ускоряквдих напряжений от 40 до 125 кВ выбрана от 2 до 6 мкм.

Нанесенный на мишень слой можеТ быть выполнен из монокристашлического графита, ориентированного одним из главных кристаллографических направлений вдоль направления первичного электронного пучка.

При этом толщина слоя графита для диапазона от 40 до 125 кВ выбрана от 8 до 12 мкм.

Как известно энергетический спектр вторичных и рассеянных электронов содержит два максимума, один из которых соответствует наиболее вероятной энергии медленных электронов, а второй практически соответствует энергии первичных электронов (упругое рассеяние) , причем между максимумами распределения электронов практически равномерное.

Кроме того, рассеяние электронов ядрами элементов пропорционально , где Z -атомный номер рассеивающего элемента, а U - ускоряющее напряжение.

На чертеже приведена схема вращающегося анода.

Вращающийся анод рентгеновской трубки содержит тело 1 анода из материала с высокой теплопроводностью, например графита, кольцевую анодную мишень 2, закреплённую в теле 1 анода, и покрытие 3 на мишени 2, выполненное из- графита и нанесенное одним из известных методов.

Толщина покрытия 3 выбрана не большей длины свободного пробега первичных электронов для минимальной энерги и электронного пучка в рабочем диаnateoHe ускоряющих напряжений (при 40 кВ) и не меньшей половины эффективной длины свободного пробега для спектра вторичных и рассеянных электронов, соответс:твую1цего максимальной энергии электронного пучка в рабочем диапазоне ускоряющих напряжений (при 125 кВ)- При условии учета практического удобства реализации толщину покрытия выбирают от 2 до 6 мкм.

Выбор первого условия объясняется необходимостью практической прозрачности покрытия для электронного пучка во всем диапазоне ускоряюгцих напряжений, т.е. критичным является его проницаемость для наименее энергетических электронов. Расчет глубины проникновения электронов в вещество представляет собой сложную расчетную задачу. Пользуясь приближениями, изложенными в работе, можно сделать расчет, что средняя приближенная глубина проникновения электронов при ускоряющем напряжении 40 кВ составляет величину порядка 12 мкм для графита. При ориентировании монокристгшлического графита эта глубина за счет эффекта каналирования несколько увеличивается (по косвенным данным примерно на 40%) и может составлять 16-17 мкм.

При нанесении на поверхность мишени (как правило, вольфрамовой) графитового покрытия резко уменьшается количество рассеянных электронов в соответствии с приведенной выше зависимостью (Z углерода 6, а Z вольфра- ма 74). Кроме того, рассеяние на поверхности раздела вольфрам-графит также будет уменьшенным, поскольку оно зависит от некоторого эффективного атомного номера этой поверхно.сти, который также будет существенно ниже атомного номера вольфрама.

Использование именно монскристаллического графита обеспечивает следующие преимущества.

Каналированию подвергаются электроны первичного пучка, идущие в уз-, ком угловом диапазоне относительно кристаллографического направления графита, т.е. происходит по краней мере частичное устранение ненаправленных электронов, также дающих вклад в афокальное излучение.

Каналирование также накладывает ограничения и на выход вторичных и рассеянных электронов, поскольку предпочтительными направлениями выхода будут также каналы кристаллической решетки покрытия. Идущие в другом направлении электроны будут поглощаться сильнее, причем вышедшие в противоположном направлении электронному первичному пучку электроны будут давать минимальный вклад в афокальное излучение.

Каналирование приводит к большей локальности выделения энергии электронами по глубине, т.е. надлежащим выбором толщины покрытия для заданной энергии можно получить наиболее благоприятное по глубине мишени распредение выделения энергии первичного электронного пучка.

Таким образом, высокоэнергетическая составляющая, обусловленная- упруго рассеянными электронами, будет существенно ослаблена (особенно при 125 кВ в соответствии с указанной зависимостью). Это означает, что )ффективная энергия спектра вторичных и рассеянных электронов, приближенно определяемая выражением

ЕЭЯ 1/Етах J п(Е) Е -dE. о

где п(Е) - количество вторичных и рассеянных электронов с энергией S, максимальная энергия электрЬнов в спектре, будет смещена сильно в сторону малых энергий. Теперь достаточно толщину слоя графита выбрать не меньшей половини эффективной длины свободного пробега электронов (эффективная длина волны соответствует эффективной энергии электронов в спектре) для того, чтобы большая часть вторичных и рассеянных электронов не смогла снова достичь поверхности мишени и поглотилась бы в графитовом покрытии.

При этом графитовое покрытие будет дополнительно служить средством теплоотвода с поверхности мишени. Также оно не сказывается сколько-нибудь заметно на интенсивности рентгеновского пучка. Сами трубки при использовании такого анода конструктивно не меняются.

Формула изобретения

диска, расположенную в теле анода кольцевую мишень, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изображения за счет уменьшения выхода афокгшьного излучения, на мишень нанесен слой графита, толщиной не больше длины свободного пробега первичных электронов для минимальной энергии электронного пучка в рабочем диапазоне ускоряющих напряжений и не меньше половины эффек0тивной длины свободного пробега вторичных и рассеянных электронов для максимальной энергии электронного пучка в рабочем диапазоне ускоряющих напряжений.

5

0 первичного электронного пучка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 Будапешт, АН Венгрии,1973,с.75 (прототип) .

У