РЕНТГЕНОВСКАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ТРУБКА С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ

Предложенное техническое решение относится к медицинской технике, точнее к рентгеновской аппаратуре, и предназначено для использования в составе рентгенодиагностических аппаратов медицинского назначения, например, при исследовании тробекулярности костной ткани кистей рук у лиц, вибрационно опасных профессий.
Известна рентгеновская трубка импульсного типа (Авторское свидетельство СССР №1014067 от 30.07.81 г. [1]). содержащая вакуумированную колбу, внутри которой расположены накальный катод с фокусирующим устройством и вращающийся анод. Известная трубка предназначена для стереоскопии и не может быть использована для формирования сверхкоротких прямоугольных импульсов.
Известна также импульсная рентгеновская трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены заостренные катод и анод, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения (Рентгенотехника Справочник под редакцией проф. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1980. - С. 93 [2]).
Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией, содержащая вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод и анод в форме остроконечной иглы, изготовленные из вольфрама, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения (Патент США 6324257 от 27.11.2001 г. [3]). Данная трубка была выбрана нами в качестве прототипа.
-9
-5
В импульсных рентгеновских трубках длительность импульсов равна 2×10 - 1,5×10 с. При малой длительности рентгеновских импульсов энергию рентгеновского излучения, необходимую для регистрации наблюдаемого процесса на приемнике рентгеновского изображения, можно получить увеличением либо анодного напряжения, либо тока. Целесообразно увеличивать анодный ток, так как при этом не изменяется спектральный состав рентгеновского излучения.
Недостатком прототипа [3], как и всех известных аналогов, является то, что в его конструкции отсутствует устройство, обеспечивающее возможность регулировки анодного тока рентгеновской трубки.
Технический результат полезной модели выражается в обеспечении возможности регулировки анодного тока рентгеновской импульсной трубки с автоэлектронной эмиссией. Он достигается тем, что в рентгеновской импульсной трубке с автоэлектронной эмиссией, содержащей вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с торцевым выходным окном, внутри которой закреплены катод с игольчатыми выступами и анод, в форме стержня с заостренным торцом, изготовленные из вольфрама, соединенные с электрическими контактами, расположенными с внешней стороны стеклянной колбы, игольчатые выступы катода расположены на внутренней поверхности металлической спирали, проходящей вокруг заостренного торца анода и соединенной с контактами, выходящими из стеклянной колбы, предназначенными для подключения спирали к источнику электропитания.
На прилагаемых рисунках поясняется конструкция заявляемого устройства: фиг. 1 - вид сбоку в разрезе; фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.
Рентгеновская импульсная трубка с автоэлектронной эмиссией имеет вакуумированную стеклянную колбу 1 цилиндрической формы с торцевым выходным окном 2. Внутри колбы 1 находится катод, имеющий основу в форме спирали 3, на внутренней поверхности которой закреплены игольчатые выступы 4. Спираль 3 соединена с контактами 5 и 6, выходящими из колбы 1. Контакты 5 и 6 соединены с электрическим разъемом 7. Анод рентгеновской трубки имеет форму стержня 8 с заостренным торцом 9. Анод и катод изготовлены из вольфрама. Основание 10 стержня 8 выходит из колбы 1 и является контактом, с которым соединен электрический разъем 11. Геометрическая ось стержня 8 анода совпадает с геометрической осью спирали 3 катода.
В рабочем положении колба 1 рентгеновской трубки находится в корпусе излучателя (на фиг. не показан). Стержень 8 анода и спираль 3 катода рентгеновской трубки подключаются к высоковольтному импульсному генератору (не показан). Катод подключается к отрицательному полюсу (-) через электрический разъем 7. Анод подключается к положительному полюсу (+) генератора через электрический разъем 11.
8
Под действием сильного электрического поля напряженностью Е>10В/м с игольчатых выступов 4 катода эмитируются электроны, которые устремляются к вершине остроконечного выступа 9 анода, находящейся под более высоким электрическим потенциалом. При торможении быстрых электронов возникает тормозное рентгеновское излучение. Основная часть рентгеновских квантов проходят через выходное окно 2 стеклянной колбы 1, образуя рабочий пучок рентгеновской трубки.
Вольфрамовая спираль 3 подключена через разъем 7 к регулируемому источнику электрического питания (не показан), который позволяет изменять температуру спирали 3 катода. Чем выше температура металла игольчатых выступов 4 спирали 3, тем больше число электронов, способных проникнуть через границу металла в вакуум, тем больше автоэлектронная эмиссия и больше анодный ток рентгеновской трубки.
На математическом языке это явление описывается следующей формулой:
где;
j - плотность тока,
0
ef - работа выхода при E=О,
e - заряд электрона,
K - постоянная Больцмана,
A - постоянная Зоммерфельда,
T - температура спирали катода.
Согласно формуле (1) анодный ток очень сильно зависит от температуры катода. Так, например, при увеличении температуры катода в пять раз, анодный ток рентгеновской трубки возрастает в 25 раз.
Предложенная конструкция рентгеновской импульсной трубки с автоэлектронной эмиссией позволяет оператору (врачу рентгенологу) легко получить оптимальное значение анодного тока в каждом конкретном случае.