РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА
Полезная модель относится к рентгеновской технике, более конкретно - к средствам для генерирования рентгеновского излучения, а именно к рентгеновским трубкам.
Известны рентгеновские трубки с отражательной мишенью (Рентгенотехника. Снравочник. Книга 1. М., Машиностроение, 1992, с. 90-121 1), содержащие вакуумную оболочку, источник электронов, фокусируюшую электронно-оптическую систему, мишень для получения рентгеновского излучения и выводное окно. Мишень представляет собой слой металла (Си, Ag, Mo, W и др.), нанесенный на массивную подложку, имеющую принудительное жидкостное или газовое охлаждение. Мишень ориентирована так, чтобы плоскость поверхности мишени составляла некоторый угол с осью пучка электронов со стороны выводного окна. Выводное окно выполняется из металла с малым атомным номером и закреплено в оболочке трубки в области анода.
Недостатком такой конструкции является значительное расстояние от фокального пятна до поверхности выводного окна. Это приводит, в частности.
МПКНОи35/02
к невозможности использования трубки совместно с короткофокусными рентгеновскими линзами.
Известна также конструкция рентгеновской трубки, описанная в патенте США №6,282,263 (опубл. 28.08.2001) 2. Рентгеновская трубка по патенту 2 содержит вакуумную оболочку с выводным окном. Внутри вакуумной оболочки размещены источник электронов, фокусирующая система и анод с нанесенным на его поверхность слоем металла отражательной мишени. В одном из вариантов вьшолнения этой трубки поверхность анода с нанесенным на нее слоем металла мишени имеет наклон по отношению к продольной оси трубки, с которой совпадает ось пучка электронов.
Данная рентгеновская трубка специально конструируется так, чтобы к выводному окну снаружи можно было вплотную подвести вход устройства для фокусировки рентгеновского излучения. Однако выводное окно выполнено в виде рентгенопрозрачного трубчатого элемента, являющегося частью боковой стенки вакуумной оболочки и окружающего отражательную мишень. Оно расположено в боковой стенке вакуумной оболочки и поэтому не может находиться от фокального пятна на расстоянии меньшем, чем радиус мишени. Уменьшение же радиуса мишени для приближения к ее центру той части вакуумной оболочки, которой является выходное окно в виде трубчатого элемента, повлекло бы за собой уменьшение механической прочности трубки. Кроме того, при данной конструкции трубки это потребовало бы уменьшения поперечных размеров анода и привело бы к
ухудшению теплоотвода от мишени, а, следовательно, и к уменьшению мощности трубки.
Рентгеновская трубка, известная из 2, в указанном выше варианте выполнения наиболее близка к трубке по предлагаемой полезной модели.
Предлагаемая полезная модель направлена на получение технического результата, заключающегося в обеспечении малого расстояния между фокальным пятном и поверхностью выводного окна без уменьшения мощности трубки.
Для достижения этого технического результата предлагаемая рентгеновская трубка, как и указанная выше известная, наиболее близкая к ней, содержит вакуумную оболочку с выводным окном и размещенные внутри вакуумной оболочки источник электронов, фокусирующую электроннооптическую систему и анод с нанесенным на его поверхность слоем металла мишени. Поверхность анода с нанесенным на нее слоем металла мишени имеет наклон по отношению к оси пучка электронов в месте формирования последним фокального пятна.
В отличие от упомянутой известной рентгеновской трубки, в предлагаемой рентгеновской трубке анод с нанесенным на его поверхность слоем металла мишени имеет край, расположенный в торце рентгеновской трубки, противоположном источнику электронов. Выводное окно также расположено в торце рентгеновской трубки, противоположном источнику электронов, и его внутренняя поверхность примыкает к указанному краю анода. Источник электронов и фокусирующая электронно-оптическая система
выполнены и установлены с возможностью формирования пучком электронов фокального пятна на слое металла мишени, нанесенном на поверхность анода, вблизи края анода, к которому примыкает внутренняя поверхность выводного окна.
При отмеченных особенностях предлагаемой рентгеновской трубки сохраняются все возможности для отвода тепла от анода, присущие известной трубке с отражательной мишенью, металл которой нанесен на поверхность анода. Поэтому достижение малого расстояния между фокальным пятном и выводным окном, сочетается с большой мощностью трубки. Благодаря малому расстоянию между фокальным пятном и выводным окном, с наружной стороны которого может быть размещен входной торец рентгеновской линзы, расстояние от этого торца до фокального пятна минимально. Поэтому совмещение фокального пятна рентгеновской трубки с фокусом рентгеновской линзы возможно при малом фокусном расстоянии последней.
Анод предлагаемой рентгеновской трубки может быть выполнен, в частности, в виде массивного тела со сквозным отверстием в виде усеченного конуса. Вход сквозного отверстия, соответствующий большому основанию усеченного конуса, обращен в сторону источника электронов, а слой металла мишени нанесен на стенку сквозного отверстия. Выход сквозного отверстия, соответствующий малому основанию усеченного конуса, расположен в торце рентгеновской трубки, противоположном источнику электронов, и перекрывается выводным окном. При этом кромка выхода сквозного
отверстия является тем краем анода, к которому примыкает внутренняя поверхность выводного окна.
Возможно такое выполнение предлагаемой рентгеновской трубки, при котором на поверхность выводного окна нанесен материал мишени, а расстояние от оси трубки до центра выводного окна менее суммы радиусов выводного окна и электронного пучка. В этом случае предлагаемую конструкцию можно использовать как рентгеновскую трубку с прострельным анодом.
Конкретное выполнение рентгеновской трубки по предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - конструкция рентгеновской трубки в разрезе;
на фиг. 2 - геометрия анода и выводного окна относительно электронного пучка.
Рентгеновская трубка содержит вакуумную оболочку металлокерамический баллон 1, внутри которого соосно и последовательно расположены источник электронов - катод 2 и фокусирующий электрод 3. В торцевой части трубки, противоположной катоду 2, на правом по фиг. 1 фланце укреплен анод 4. Анод 4 представляет собой массивное цилиндрическое тело с эксцентрично расположенным сквозным отверстием 5. Последнее имеет форму усеченного конуса. На стенку отверстия 5 нанесен слой металла мишени 6. Вход сквозного отверстия 5 (большое основание усеченного конуса, левое по фиг. 1) обраш.ен в сторону катода 2, а выход (малое основание усеченного конуса, правое по фиг. 1) перекрыто
бериллиевым выводным окном 7. Смещение В оси 8 сквозного отверстия 5 относительно продольной оси 9 трубки выбрано так, что формируемый с помощью фокусирующего электрода 3 пучок электронов, эмитируемых катодом 2, падает в направлении продольной оси 9 трубки на анод 4 вблизи кромки выхода сквозного отверстия 5, к которой примыкает внутренняя поверхность выводного окна 7. При этом имеет место соотнощение:
где R - радиус выводного окна, г - радиус электронного пучка,
В - расстояние от оси трубки (оси электронного пучка) до центра выводного окна (или, что то же самое - расстояние между осью трубки и осью сквозного отверстия в аноде).
Анод 4 может быть выполнен из меди и иметь принудительное жидкостное или воздушное охлаждение (средства охлаждения на чертеже не показаны).
Рентгеновская трубка работает следующим образом. При подаче питающих напряжений в области катода 2 с помощью фокусирующего электрода 3 формируется сходящийся пучок электронов круглой или прямоугольный формы, который ускоряется в направлении анода 4. Фокальное пятно формируется на нанесенном на анод слое металла мишени 6 в непосредственной близости от прозрачной (находящейся в пределах малого
.
основания усеченного конуса) части выводного окна 7. Пучок электронов тормозится в слое металла мишени 6, индуцируя рентгеновское излучение.
Часть индуцированного в мишени излучения выводится через выводное окно 7. Мощность трубки определяется условиями охлаждения анода 4 и поэтому соответствует мощности трубок с отражательным анодом, так как все условия теплоотвода, характерные для таких трубок, в предлагаемой конструкции сохранены.
Если расстояние В от оси трубки до центра выводного окна будет менее суммы Л + г радиусов выводного окна и электронного пучка (фиг. 2), то электронный пучок или его часть падает на выводное окно. В этом случае при наличии на поверхности выводного окна материала мишени предлагаемая рентгеновская трубка может работать как прострельная. Такого же результата можно достигнуть и при ином соотношении указанных выше размеров, путем такого управления электронным пучком, при котором хотя бы часть его падает на выводное окно с нанесенным на него материалом мишени.
Таким образом, техническое решение по предлагаемой полезной модели позволяет создать рентгеновскую трубку с минимально возможным расстоянием от фокального пятна до поверхности выводного окна при сохранении заданной мощности.
Источники информации
1.Рентгенотехника. Справочник. Книга 1. М., «Машиностроение, 1992, с. 90-121.