Широкодиапазонная рентгеновская трубка
WIDE-BAND X-RAY TUBE

Изобретение относится к источникам рентгеновского излучения для селективного получения рентгеновского излучения с различными длинами волн.
Известна рентгеновская трубка, содержащая вакуумную оболочку, фокусирующее устройство, катод и анод – выпускное окно (авторское свидетельство СССР №1117733, МПК H01J35/08 «Рентгеновская трубка для спектрального анализа» опубликовано 07.10.84). Недостатком этой рентгеновской трубки является рентгеновское излучение с единственным рабочим диапазоном длин волн. Кроме этого, известная рентгеновская трубка лишена возможности генерировать модулированные по длинам волн импульсы рентгеновского излучения, что снижает её потребительские свойства.
Известна рентгеновская трубка с модулируемым излучением, содержащая вакуумную оболочку с выводным окном, прозрачным для рентгеновского излучения, и размещенные внутри вакуумной оболочки источник электронов, фокусирующую электронную систему и анод, на поверхность которого нанесен слой металла мишени. При этом в заявленном изобретении в качестве источника электронов применяется микроканальная пластина, на вход которой подается ультрафиолетовое излучение полупроводникового фотодиода или лазера (патент РФ №2507627, МПК H01J35/02 «Рентгеновская трубка с модулированным излучением» опубликовано 20.02.2014). Недостатком данного изобретения является высокая сложность и рентгеновское излучение с единственным рабочим диапазоном длин волн. Другим недостатком заявленной рентгеновской трубки является ограничение модуляции рентгеновского излучения только по длительности и скважности, что снижает её потребительские свойства.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник рентгеновского излучения для селективного получения пучков рентгеновского излучения с различными длинами волн (авторское свидетельство СССР №1434508, МПК H01J35/04 «Рентгеновская трубка» опубликовано 30.10.88), состоящий из анода, фокусирующего электрода, окна для вывода рентгеновского излучения и герметичного корпуса. Анод выполнен в виде полого цилиндра, на торцевую поверхность которого нанесен рабочий слой в виде нескольких секторных мишеней. Фокусирующий электрод выполнен в виде электрически изолированных друг от друга секций полого цилиндра, с зазором охватывающих анод. Количество секций фокусирующего электрода равно количеству секторных мишеней анода. В своей верхней части секции фокусирующего электрода снабжены разделительными экранирующими перегородками, расположенными над торцевой поверхностью анода параллельно стыкам его секторных мишеней и прикрепленными к соответствующим секциям. Катодный узел содержит нити накала, количество которых равно количеству секторных мишеней анода. Анод, катодный узел и фокусирующий электрод размещены в герметичном корпусе с окном для вывода рентгеновского излучения.
Недостатком данного изобретения является высокая сложность конструкции, большие габариты, большой размер действительного фокусного пятна и, следовательно, низкая разрешающая способность. Перегорание одной из нитей накала приводит к утрате одного из диапазонов рентгеновского излучения. Кроме этого, известная рентгеновская трубка лишена возможности генерировать модулированные по длинам волн импульсы рентгеновского излучения, что снижает её потребительские свойства.
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, следующий:
- расширение диапазона длин волн рентгеновского излучения;
- упрощение конструкции;
- возможность модуляции по длине волн рентгеновского излучения.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что предложена:
1. Широкодиапазонная рентгеновская трубка, содержащая герметичный корпус с окном для вывода рабочего пучка рентгеновского излучения, катод, анод с мишенями, фокусирующий электрод, отличающаяся тем, что анод с мишенями выполнен поворотным и снабжен приводом обеспечивающим поворот анода на заданный угол, его фиксацию или его непрерывное, или дискретное вращение с соответствующей угловой скоростью в ту или иную сторону, причем привод выполнен в виде шагового электродвигателя.
2. Широкодиапазонная рентгеновская трубка по п.1, отличающаяся тем, что мишени выполнены массивными или прострельными.
3. Широкодиапазонная рентгеновская трубка по п.1 и п.2, отличающаяся тем, что прострельные мишени выполнены в форме кольцевых секторов, а массивные мишени выполнены в форме секторов боковой поверхности усеченного конуса.
4. Широкодиапазонная рентгеновская трубка по п.1, п.2 и п.3, отличающаяся тем, что привод снабжен управляющим устройством.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема широкодиапазонной рентгеновской трубки с массивными мишенями; на фиг.2 - вид А на поворотный анод, на фиг.3 схема широкодиапазонной рентгеновской трубки с прострельными мишенями.
Широкодиапазонная рентгеновская трубка содержит: герметичный корпус 1 с окном для выхода рентгеновского излучения 2. Внутри корпуса 1 размещен катод 3 и фокусирующий электрод 4, а также поворотный анод 5 с размещенным на нем рядом массивных мишеней 6 из различных металлов, выполненных в виде секторов боковой поверхности усеченного конуса или прострельными мишенями в виде кольцевых секторов 6. Поворотный анод 5 снабжен приводом 7, в качестве которого применяется шаговый электродвигатель. Режим работы привода 7 обеспечивается управляющим устройством 8.
Широкодиапазонная рентгеновская трубка работает следующим образом:
Пример 1.
На катод 3 подается ток накала, а на фокусирующий электрод 4 и поворотный анод 5 подается напряжение рентгеновской трубки. В результате возникновения термоэлектронной эмиссии, горячий катод 3 испускает электроны, которые фокусируются электродом 4 и, под действием электрического поля, возникшего между катодом и анодом в результате высокой разности потенциалов между ними, ускоряются и попадают на одну из мишеней 6, каждая из которых выполнена массивной в форме сектора боковой поверхности усеченного конуса. При торможении электронов на одной из мишеней 6 генерируется рабочий пучок рентгеновского излучения 9 с длиной волны, определяемой материалом мишени 6, которое через выходное окно 2 направляется на исследуемый объект. Для изменения длины волны рабочего пучка рентгеновского излучения производится поворот анода 5 на соответствующий угол относительно катода и фиксация анода 5 при помощи шагового электродвигателя 7, получающего соответствующий сигнал с управляющего устройства 8 и электронной бомбардировке подвергается другая мишень. Для получения модулированных по длине волны рентгеновских импульсов производится непрерывное или дискретное вращение анода 5 с соответствующей угловой скоростью в ту или иную сторону. Для повышения разрешающей способности, предложенная широкодиапазонная рентгеновская трубка может быть двухфокусной.
Пример 2.
Рентгеновская трубка работает, как и в примере 1, только мишень выполнена прострельной в форме кольцевых секторов.
Использование широкодиапазонной рентгеновской трубки позволяет генерировать рабочий пучок рентгеновского излучения практически всего диапазона длин волн рентгеновского излучения, что позволяет решать широкий спектр задач. Получение в широкодиапазонной рентгеновской трубке различных модулированных импульсов рабочего пучка рентгеновского излучения решается простыми методами, что также расширяет круг решаемых задач и, соответственно, расширяет потребительские свойства трубки, упрощает её конструкцию, снижает стоимость и повышает надежность работы.