ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к источникам рентгеновского излучения, в частности, к импульсным генераторам рентгеновского излучения наносекундной длительности и может быть использована в портативных медицинских диагностических аппаратах.
Основным параметром импульсных генераторов рентгеновского излучения является мощность излучения в импульсе, которая определяется емкостью высоковольтного конденсатора. Возможности использования таких генераторов в различных областях науки и техники определяются также их габаритно-весовыми характеристиками.
Известен, например, импульсный генератор рентгеновского излучения, содержащий импульсный высоковольтный трансформатор, разрядник-обостритель, выходную конструктивную емкость, рентгеновскую трубку, шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в металлическом корпусе [патент РФ на изобретение №2251230, H01G 1/22, 27.04.2005.]. Конденсатор представляет собой выходную конструктивную емкость, выполненную в виде трех коаксиально расположенных цилиндров, один из которых является корпусом генератора, второй соединен с импульсным высоковольтным трансформатором, а третий служит частью корпуса излучателя, включающего рентгеновскую трубку. Корпус генератора заполнен жидким диэлектриком.
Такая конструкция генератора достаточно компактна и позволяет получить достаточно большую мощность в начальный период работы генератора.
Недостатком такого генератора является нестабильность его работы во времени, обусловленная тем, что в процессе работы генератора жидкий диэлектрик, заполняющий полость корпуса нагревается и его объемное сопротивление уменьшается.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является импульсный генератор рентгеновского излучения, содержащий импульсный высоковольтный трансформатор, разрядник-обостритель, выходную конструктивную емкость, рентгеновскую трубку, шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в металлическом корпусе [патент РФ на изобретение №2331164, Н01G 1/22, 09.01.2007.]. Конденсатор представляет собой выходную конструктивную емкость, выполненную в виде трех коаксиально расположенных цилиндров, один из которых является корпусом генератора, второй соединен с импульсным высоковольтным трансформатором, а третий служит частью корпуса излучателя, включающего рентгеновскую трубку. Корпус генератора заполнен жидким диэлектриком.
Недостатком такого генератора является сравнительно небольшая мощность излучения, обусловленная тем, что объемное сопротивление жидкого диэлектрика при работе генератора уменьшается из-за нагревания. Это обстоятельство заставляет увеличивать зазор между корпусом генератора и поверхностью разрядника-обострителя, следовательно, уменьшать выходную конструктивную емкость, которая главным образом и определяет мощность рентгеновского излучения. Кроме того, увеличение зазора между корпусом излучателя и поверхностью разрядника-обострителя приводит к увеличению габаритов генератора в целом.
Задача полезной модели заключается в создании импульсного генератора рентгеновского излучения с большой мощностью излучения при меньших габаритах по сравнению с прототипом. Техническим результатом предлагаемого полезной моделью решения является увеличение электрической прочности изоляции внутри генератора, что позволяет существенно увеличить конструктивную выходную емкость, обеспечить стабильную работу генератора и уменьшить его габариты.
Достижение технического результата обеспечивается в предлагаемой полезной модели тем, что в импульсном генераторе рентгеновского излучения, содержащем высоковольтный импульсный трансформатор, разрядник-обостритель, конструктивную выходную емкость, рентгеновскую трубку и шунтирующую трубку индуктивность, коаксиально расположенные в корпусе генератора, заполненном жидким диэлектриком, корпус генератора выполнен в виде цилиндра, наружная поверхность которого выполнена из токопроводящего материала, а внутренняя - из диэлектрика, толщина которого определяется из соотношения d=U/E, где d - толщина диэлектрика, мм; U - амплитуда импульса напряжения на выходе импульсного трансформатора, кВ; Е - напряженность электрического поля, не приводящая к пробою используемого твердого диэлектрика, кВ/мм.
Таким образом, электрическая прочность изоляции внутри генератора обеспечивается за счет толщины твердого диэлектрика, а жидкий диэлектрик выполняет роль хладагента. При этом, поскольку электрическая прочность твердого диэлектрика, как правило, не зависит от температуры окружающей среды в широком диапазоне температур, зазор между токопроводящим (металлическим) наружным слоем корпуса генератора и поверхностью разрядника-обострителя может быть существенно меньше по сравнению с зазором в прототипе, и, следовательно, выходная емкость существенно больше, что обеспечивает увеличение мощности излучения генератора.
Кроме того, объем генератора в целом получается меньше, что является немаловажным обстоятельством при конструировании переносных рентгеновских приборов.
На чертеже показан один из вариантов предлагаемого импульсного генератора рентгеновского излучения.
Корпус генератора представляет собой цилиндр, наружная поверхность 1 которого выполнена из металла, а внутренняя поверхность 2 - из твердого диэлектрика. Внутри корпуса коаксиально расположены импульсный трансформатор 3, разрядник-обостритель 4, рентгеновская трубка 5 с холодным катодом и шунтирующая трубку 5 индуктивность 6. Внутренний объем генератора заполнен жидким диэлектриком 7, в качестве которого выбрано трансформаторное масло. Цилиндрическая наружная поверхность 1 корпуса генератора, корпус разрядника-обострителя 4 и корпус рентгеновской трубки 5 образуют выходную конструктивную емкость.
-8
Импульсный генератор рентгеновского излучения работает следующим образом. Импульс высокого напряжения микросекундной длительности, формируемый импульсным трансформатором 3, заряжает выходную конструктивную емкость, которая разряжается через разрядник-обостритель 4 при электрическом пробое его газового промежутка. В результате, на аноде рентгеновской трубки 5 возникает импульс высокого напряжения длительностью порядка 10 сек. При столь коротком воздействии в трубке 5 образуется плазменный факел, сопровождающийся интенсивной вспышкой рентгеновского излучения.
Заявленное техническое решение было реализовано в опытном образце переносного медицинского аппарата с динамическим напряжением срабатывания рентгеновской трубки 130-140 кВ. Генератор обладает весом 2 кг при габаритных размерах ⌀100 мм × 350 мм при выходной конструктивной емкости 50 пкФ. Указанные параметры позволяют использовать данный излучатель в качестве моноблока портативного медицинского аппарата для работы в полевых условиях.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает электрическую прочность изоляции внутри генератора и, тем самым, его стабильную работу, а также позволяет существенно увеличить конструктивную выходную емкость и, при этом, уменьшить габариты генератора.