ДЛИННОФОКУСНАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Полезная модель относится к области рентгеновской техники и предназначена для использования в рентгеновских аппаратах. В частности, рассматривается конструкция длиннофокусной рентгеновской трубки для возбуждения характеристического излучения атомов веществ при проведении рентгеноструктурного анализа.
Известна длиннофокусная рентгеновская трубка выполненная в виде вакуумного прибора, в состав которого входят анод с мишенью, изолирующая втулка, многоштырьковая ножка, катодный узел с формирователем электронного потока на мишень и выходного окна, прозрачного для рентгеновского излучения (С.А. Иванов и Г.А. Щукин «Рентгеновские трубки технического назначения», Л, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, Ленинградское отделение, 1989, стр. 181, 182, копия прилагается). Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Устройство такой длиннофокусной рентгеновской трубки представлено на фиг. 1 и 2.
Массивный цилиндрический анод 1, выполнен из теплопроводного металла, например, меди, на внутреннюю поверхность которого нанесена мишень 2. Вдоль образующей поверхности анода расположен протяженный катод 3, состоящий из отдельных спиралей, закрепленный на специальном держателе 4, установленный смещено относительно оси анода ближе к какой-либо отдельной части его внутренней поверхности. Между катодом и анодом установлен формирователь электронного потока 5, выполненный в виде металлической планки с продольной щелью, охватывающей катод, и формирующий плоский продольный электронный поток определенной ширины, направленный на мишень. Катод и формирователь изолированы друг от друга изоляторами 6, закреплены на массивной ножке 7 и соединены с тремя отдельными выводами 8 (трехштырьковая ножка). Анод и катодная ножка изолированы диэлектрической втулкой 9. Вдоль образующей цилиндра анода прорезано выходное отверстие 10 для вывода рентгеновского излучения и загерметизировано окном 11, например, из бериллия.
Работа трубки происходит следующим образом. Электроны, испускаемые катодом (отдельными частями катода), формируются в плоский узкий поток, и направляются на анод, попадают на мишень и приводят к генерации рентгеновского излучения с поверхности мишени.
Часть рентгеновского излучения проходит через продольное отверстие и окно, направляется на какой-либо объект, обладающий свойством ренгенфлуорисценции, для определения свойств этого объекта или обнаружения и выделения его среди других объектов, не обладающих подобными свойствами.
В таких устройствах к излучению рентгеновских трубок предъявляется ряд требований, таких как высокая интенсивность излучения в заданном телесном угле, равномерность распределения излучения в поперечном сечении потока и его стабильность. Известная рентгеновская трубка обладает перечисленными свойствами.
Но для достижения этих качеств, ее конструкция достаточно сложна - формирование равномерного электронного потока осуществляется применением специального электрода.
Этот формирующий электрод выполняет основную функцию - обеспечивает необходимую интенсивность излучения и достаточно высокую равномерность плотности интенсивности рентгеновского излучения в пределах заданного пространственного угла. Решению этой задачи, способствует также расположение катода и формирующего электрода на достаточно малом расстоянии от поверхности анода и мишени. Такое расположение повышает вероятность электрического пробоя и вынуждает применять режим работы рентгеновской трубки по анодному напряжению ниже требуемого. Кроме того, применение формирующего электрода снижает использование тока катода, и вынуждает повышать его температуру для повышения тока эмиссии для получения необходимой интенсивности рентгеновского излучения. Подобный режим работы катода повышает распыляемость его материала и снижает надежность и долговечность рентгеновской трубки.
Целью настоящей полезной модели является создание конструкции длиннофокусной рентгеновской трубки, обладающей положительными качествами известной, но свободной от ее недостатков. Это достигается за счет новой конструкции катодного узла, а также анода с мишенью и их оптимального расположения, что повышает эффективность работы катода и трубки в целом. Упрощает ее конструкцию за счет исключения формирующего электрода.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции за счет изменения конструкции анода и катода для исключения формирующего электрода и оптимизации их расположения.
Указанный технический результат достигается тем, что в длиннофокусной рентгеновской трубке, содержащей цилиндрический анод с нанесенной на его внутреннюю поверхность мишенью, катодную ножку с изолированными выводами, на которой установлен в держателе протяженный прямонакальный катод, изолятор между цилиндрическим анодом и катодной ножкой, при этом в цилиндрическом аноде выполнено протяженное вдоль этого анода выходное отверстие с окном, закрытое материалом, прозрачным для рентгеновского излучения, для вывода рентгеновского излучения протяженный прямонакальный катод установлен коаксиально в тепловом цилиндрической формы экране, выполненном с продольной щелью, напротив которой на внутренне стенке цилиндрического анода выполнен выступ, соответствующий по длине протяженному прямонакальному катоду, при этом высота выступа выбрана из соотношения расстояния между упомянутым катодом и противолежащей образующей цилиндрического анода у основания выступа и расстоянием между поверхностью выступа и упомянутым катодом более единицы в пределах 1,1-1,5.
При этом с целью повышения используемой выходной мощности излучения и равномерности плотности интенсивности излучения в пределах пространственного угла отбора мощности, катод выполнен может быть в виде сплошного эмитирующего электроны тела, длиной не менее длинны мишени на аноде и длины выходного окна. Поперечный размер катода выполнен в пределах от 0,1 до 1,5 ширины анодного выступа, А ширина выступа выбрана равной или менее ширины выходного отверстия окна.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 представлена рентгеновская трубка по прототипу, продольный разрез;
фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1;
фиг. 3 - представлена рентгеновская трубка согласно настоящей полезно модели, продольный разрез;
фиг. 4 - сечение Б-Б по фиг. 3.
Согласно настоящей полезно модели рассматривается конструкция длиннофокусной рентгеновской трубки.
Схематическое устройство предлагаемой нами полезной модели рентгеновской трубки представлено на (фиг. 3 и 4).
Цилиндрический анод 1 (из теплопроводного металла, например, меди) с нанесенной на его внутреннею поверхность мишенью 2 соединен через диэлектрическую втулку 9 (изолирующую втулку) 6 с трехштырьковой ножкой, которая выполнена в виде изоляторами 6, закреплены на массивной ножки 7 с закрепленными в ней изоляторами 6, через которые пропущены выводы 8, связанные проводами, которые подсоединены к катоду и формирователю.
Протяженный прямонакальный катод 3 состоит из отдельных спиралей (изготовленный, например, из вольфрамовой проволоки), смонтированных на цилиндрическом держателе 12, и закреплен внутри теплового экрана 13 (в виде стакана) через кольцевые изоляторы 14, которые отделяют торцевые части цилиндрического держателя от теплового экрана, выполненного цилиндрической формы. Цилиндрический держатель размещен коаксиально оси трубчатого или стаканообразного теплового экрана, который выполнен с продольной щелью для вывода излучения на мишень.
Тепловой экран 13 и катодный узел присоединены через фланец 15 к катодной ножке 7. Катод и тепловой экран электрически через проводники соединены с проходными изоляторами 8 трехштырьковой ножки.
Напротив протяженного катода 3 на аноде 1 выполнен выступ 16 в виде продольно расположенного вдоль внутренней стенки анода (соответствующий по длине протяженному катоду) по форме параллелепипеда или в виде зуба высотой h и шириной b. На поверхность выступа нанесена мишень 2. При этом высота выступа выбрана из соотношения расстояния между катодом и противолежащей образующей цилиндрического анода у основания выступа и расстоянием между поверхностью выступа и катодом более единицы, в пределах 1,1-1,5.
Поперечный размер катода выполнен в пределах от 0,1 до 1,5 ширины анодного выступа, а ширина выступа выбрана равной или менее ширины выходного отверстия окна.
С целью повышения используемой выходной мощности излучения и равномерности плотности интенсивности излучения в пределах пространственного угла отбора мощности, катод выполнен в виде сплошного эмитирующего электроны тела, длиной не менее длинны мишени на аноде и длины выходного окна.
Для вывода рентгеновского излучения из трубки в аноде сделано выходное отверстие 10 шириной а. А для обеспечения герметичности всей трубки выходное отверстие 10 закрыто окном 11, изготовленным из материала, прозрачным рентгеновскому излучению (например, из бериллия).
Работа рентгеновской трубки происходит следующим образом.
При подаче напряжения накала, катод 3 нагревается и испускает, эмитирует электроны. При подаче на анод 1 высокого напряжения создается электрическое поле в пространстве «анод-катод». Из-за разного расстояния между катодом 3 и мишенью 2 на выступе анода 1 и между катодом и остальной поверхностью анода, напряженность электрического поля в области «катод-мишень» устанавливается существенно выше. В силу этого явления происходит фокусировка электронов на поверхности выступа и мишени.
Практически все электроны, испускаемые (эммитируемые) катодом замыкаются на аноде на поверхности выступа и взаимодействуют с материалом мишени. Так как в процессе фокусировки действует поле между двумя электродами: катодом и анодом, то анодный ток практически равен току эмиссии катода без каких либо ограничений.
Вследствие того, что в предлагаемой нами конструкции отсутствует формирующий электронный поток электрод, в ней отсутствует жесткое требование по расстоянию между катодом и анодом. Следовательно, катод может быть установлен на большем расстоянии от анода по сравнению с известной длиннофокусной рентгеновской трубкой, что позволяет создать большую электрическую прочность и подавать на анод более высокое напряжение без возможных пробоев.
Таким образом, разработанная и предложенная конструкция длиннофокусной рентгеновской трубки, включающая в себя новую конструкцию анода и катодного узла без формирующего электрода, позволила достичь поставленной цели - упростить конструкцию всей трубки, оптимизировать работу катода, повысить надежность и высоковольтность прибора, при этом сохранить все известные достоинства прототипа, обеспечив выполнение основных функций.