Управляемая рентгеновская трубка Советский патент 1982 года по МПК H01J35/22 

(54) УПРАВЛЯЕМАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Изобретение относится к устройсгвам для получения рентгеновского излучения, в частности к управляемым рентгеновским трубкам, и может быть использовано в различных областях техники, например, для дефектоскопии, спектроскопии.

Известна рентгеновская трубка, служащая для получения рентгеновского излучения в широком диапазоне интенсйвностей. Такая рейтгановская трубка содержит герметическую вакуумированную оболочку, размещенные внутри оболочки катод, испускающий пучок электронов, анод, расположенный против катода и имекиций покрытие из материала с большим атомнБМ н вером, бомбардируемый электронами и испускающий рентгеновское излучение ij.

Недостатком известной трубки является необходимость управления интенсивностью рентгеновского излучения путем изменения тока катода. Отсутствие какой-либо защиты катода от воздействия поля анода во время электрического разряда снижает долговечность и надежность известной трубки.

Кроме того, известная трубка имеет .сравните льно низкую электрическую прочность, так как анод в ней выпол|нен в виде стержня со срезанным под , заданным углом торцом и в трубке не предусмотрена зс1щита оболочки от вторичных- электронов, выбиваемых при работе трубки с анода.

Также известна рентгеновская трубка, содержащая герметичную вакуумированную оболочку, размещенные внутри оболочки катод, испускающий пучок

10 электронов, анод расположенный про- . тив катода, имеющий покрытие из материала с большим атомньм номером, бомбардируемый электронами и искупающий рентгеновское излучение, уп15 .равляющий электрод, помещенный между катодом и анодом на пути пучка электронов 2.

Недостатке такой трубки является низкая эффективность управления то20ком катода, что приводит к значительным его потерям, составляю4им 30-50%.

Кроме того, управляющая сетка, размещенная вблиэи горячего катода, разогревается до высокой температуры,,

25 что, при наличии на сетке продуктов испарения катода, приводит к появлению дополнительной змиссии электронов с нагретой, сетки и повышению уровня фонового рентгеновского излучения в

30 запертой трубке. Управляющая сетка

случае исполненияее в виде тонкого плоского электрода недостаточно защищает катод трубки, например оксидн в момент разряда, что приводит к разрушению катода,снижению его эмиссионной способности и, следовательно к уменьшению надежности и долговечности трубки.

Наиболее близкой к предлагаемой является управляющая рентгеновская трубка, содержащая размещенные в накуумированной оболочке катод, анод и расположенный между ними управляющий электрод 3, в которой облегчено управление потоком электронов,повышена электрическая прочность трубки и обеспечено формирование фокуса необходимой формы и размеров, содержащая на аноде электрически связанный с ним экран, в котором закреплена дополнительная сетка, расположенная между анодом и управляющей сеткой на пути потока электронов и обеспечивающая создание плоскопараллельного поля между анодом и управляющей сеткой, причем дополнительная сетка имеет проницаемость больше проницаемости управляющей сетки 3.

Импульсная рентгеновская трубка работает следующим образом.

При подаче напряжения накала на катод последний разогревается до рабочей температуры и испускает поток электронов. На управляющую сетку подается отрицательное напряжение,-катод заземляется, а на анод подается положительное напряжение. В- таком . состоянии при наличии на управляющей сетке отрицательного напряжения достточной величины ток в трубке не протекает. Дополнительная сетка, электрически соединенная с анодом, создает в пространстве между анодом и управляющей сеткой плоскопараллельнр электрическое поле. При подаче на управляющую сетку импульса положительного напряжения в трубке начинает протекать электрический ток, поток электронов с катода устремляется с большой скоростью через управляющую и дополнительную сетки, бомбардирует анод и создает рентгеновское излучение при торможении электронов в материале анода.

Недостатком рассмотренной импульсной трубки является слабая защита катода, например оксидного, от воздействия электрического поля анода, а также разрядов, увеличивающих скорость испарения материала катода и снижающих надежность и долговечность рентгеновской трубки.

Кроме того, продукты.испарения с катода, попадающие на управляклдую сетку, разогретую близко расположенным термокатодом, ста1новятся инициатором электрических пробоев и термоэмиссии с сетки при наличии постоянного высокого напряжения на аноде, что снижает электрическую прочность трубки и увеличивает уровень фоновог рентгеновского излучения трубки в в запертом состоянии.

Дополнительная сетка, закрепленная на аноде, создавая плоскопараллельное поле между катодом и анодом, производит фокусировку потока электронов на анод, но не обеспечивает повышение токоотбора с катода, что ухудшает токораспределение в трубке и снижает интенсивность рентгеновского излучения.

Цель изобретения - повышение долговечности и надежности, выхода рентгеновского излучения и увеличение электрической прочности трубки. Облегчение управления потоком электронов без каких-либо изменений электрически : характеристик и режимов работы аппаратуры.

Поставленная цель достигается тем, что в управляемой рентгеновской трубке, содержащей размещенные в вакуумированной оболочке катод, анод и расположенный между ними управляющий электрод, управляющий электрод выполнен из сопряженных изолированных друг от друга диафрагмированных элементов, расположенных параллельно поверхности катода по меньшей мере в два слоя, расстояние между которыми соизмеримо с размером отверстий диафрагмированных элементов.

Предлагаемая конструкция рентгеновской трубки, благодаря тому, что диафрагмированные элементы одного слоя управляющего электрода, расположенные непосредственно у катода, экранируют сопряженные с ними элементы последующего слоя от продуктов испарения материала катода и теплового излучения последнего, имеет выскую электрическую прочность и исключает наличие термос,тимулированной эмиссии с управляющего электрода, создающей фоновое излучение прибора в запертом состоянии. Катод такой трубки лучше защищен от разрушающего воздействия высоковольтного электрического поля анода и электрических разрядов, происходящих в трубке, что повышает долговечность и надежность катода и, соответственно, трубки.

Кроме того, изолирование диафрагмированных элементов слоев управляющго электрода позволяет улучшить токораспределение в трубке и повысить интенсивность рентгеновского излучения за счет процесса управления пространственньпи зарядом в прикатодной области и между слоями.диафрагмированных элементов управляющего электрода.

На фиг. 1 изображен один из вариантов предлагаемой трубки; на фиг. 2 - управляющий электрод. Управляемая рентгеновская трубкасодержит герметичную вакуумированную оболочку 1 с приваренными к ней флан цем 2 управляющего электрода с выводами 3 и фланцем 4 анодным. ВнутРИ оболочки размещен катод 5, установленный на катодной стойке 6. Анод 7 расположен внутри оболочки 1 напротив катода 5. На торец анода 7, Еыполненного из бериллия,нанесено по крытие 8 из материала с большим атомньпм номером, например вольфрам, рений. Конструкция анода 7 в предлагаемо трубке и материал покрытия могут быть изменены в зависимости от конкретных требований. Внутри оболочки 1 межДу катодом 5 и анодом 7 размещен управляющий электрод 9,выполненный из сопряженны диафрагмированных элементов 10, расположенных в два слоя 11 и 12. Расстояние между слоями 11 и 12 должно быть не более размера отверстия диафрагмы. Управляющий электрод 9 укреп лен на держателе 13. Держатель 13 установлен на фланце 2, электрически с ним соединен и служит для подачи на управляющий электрод 9 электрического потенциала, обеспечивающего управление потоком электронов, испускаемых катодом 5. На аноде 7 установлен металлический экран 14, выполненный в виде стакана с отверстием в дне. Экран 14 и анод 7 электрически соединены и служат для подачи на трубку ускоряоЩего напряжения. На фиг. 2 изображен управляющий электрод 9 в продольном разрезе, где сопряженные диафрагмированные элемен ты слоев 11 и 12 повторяют форму катода. Сопряженныедиафрагмированные элементы 10 слоев 11 и 12 электрически разделены изолирукяцёй прокладкой 15, что позволяет осуществлять различные варианты электрической коммутации слоев-И и 12,например, на слой 12 подается полное управляющее напряжени и смещение, на слой 11 - управляющий сигнал подается через сопротивление или емкость. Такие варианты электрической коммутации слоев 11 и 12 управ ляющего электрода 9 позволяют в широких пределах осуществлять управление областью пространственного заряда, а следовательно, токопрохождением через управляющий элекТрод 9. Возмржно исполнение управляющего электрода в виде трех сопряженных слоев, выполненных аналогично фиг.. 2 и электрически изолированных друг от друга, причем средний слой соединен с катодом трубки, а два крайних электрически соединены Между собой и на них подается управляющий потенциал Предлагаемая рентгеновская трубка работает следующим образом. На катод 5 подается напряжение накала, катод 5 разогревается до рабочей температуры и испускает поток электронов. На управляющий электрод 9 подается отрицательное напряжение. Катод. 5 заземляется, а на анод 7 по- д-.ется положительное напряжение. В таком состоянии при наличии на управляющем электроде 9 отрицательного напряжения доста,точной величины ток в трубке не протекает. Управляющий электрод 9, выполненный из сопряженных диафрагмированных элементов 10, расположенных в два слоя 11 и 12, расположен в непосредственной близости у катода 5, причем поскольку диафрагмированные элементы 10 слоя 12, расположенные непосредственно у катода 5, экранируют сопряженные диафрагмированные элементы 10 последуюцего слоя 11 от продуктов испарения с-катода 5 и теплового излучения, то при о.тсутствии тока катода 5 на анод 7 снижается уровень фонового рентгеновского излучения. . , При подаче на управляющий электрод 9 положительного напряжения в трубке начинает протекать ток. Поток электронов, испускаемый катодом 5, а также электроны пространственного заряда, находящиеся в прикатодной и межслойной областях, с большой скоростью устремляются к аноду 7. При торможении электронов в покрытии 8 возникает рентгеновское излучение. Поскольку управляющий электрод 9 выполнен из диафрагмированных элементов 10, расположенных в 2 слоя 11 и 12, то в пространстве между этими слоями происходит фокусировка потока электронов на анод 7, причем этот поток не достигает поверхности изолирующей оболочки 1, что повышает электрическую прочность, надежность и долговечность трубки. .Кроме того, управляющий электрод 9, имеющий сложную слоистую конструкцию; надежно защищает катод 5, например оксидный, от воздействия электрического поля анода 7, а также в момент электрического разряда, происходящего в трубке. Предлагаемое изобретение позволяет создать надежные долговечные трубки повышенной интенсивностью излучения. .Формула изобретения Управляемая рентгеновская трубка, содержащая размещенные в вакуумированной оболочке катод, анод и расположенный между ними управляющий электрод, отличаюшп яся тем, что, с целью повышения дол1ОБечности и надежности, выхода рентгеновского излучения и увеличения электрической прочности трубки, управляющий электрод выполнен из сопряиенных изолированных друг от друга диафрагмированных элементов, расположенных параллельно поверхности катода по меньшей мере в два слоя, расстояние между которыми соизмеримо с размером отверстий диафрагмированных элементов.

Источники информации, гринятые во внимание при экспертизе

J. Авторское свидетельство СССР 473238, кл. Н 01 J 35/22, 1972 (прототип).

,- 11 Р