Катод рентгеновской трубки
X-RAY TUBE CATHODE

Изобретение относится к рентгеновской технике, а именно к катодам рентгеновских трубок.
Известен катод рентгеновской трубки, в котором между каждым токовводом эмиттера и керамическим изолятором введена регулирующая деталь, а между изолятором и катодной чашкой установлена переходная металлическая втулка методом пайки. Регулирующая деталь выполнена в форме трубки из металла с различным поперечным сечением по длине и полусферическим утолщением в средней части. Токоввод эмиттера закреплен в нижней части трубки методом пайки. Верхняя часть трубки сделана несколько большего диаметра, чем диаметр токоввода, что обеспечивает возможность изменять положение токоввода в радиальном направлении. Изменение положения токоввода в осевом направлении обеспечивается деформированием сферического участка трубки. Патент US 5526396, H01J 35/06, 11.06.1996.
Серьезным недостатком этой конструкции является необходимость последующей фиксации положения подвижной регулирующей детали для каждого токоввода эмиттера в заданном положении, что требует введения в конструкцию катода дополнительных деталей и, следовательно, увеличивает длительность сборочной операции, а также имеется риск смещения регулирующей детали из заданного положения. Пайка токоввода эмиттера в регулирующей детали может стать причиной появления механических напряжений в других близкорасположенных паяных швах конструкции катода и привести к деформации деталей узла из-за высокой температуры, при которой происходит операция пайки, и разности коэффициентов температурного расширения используемых материалов. Так, в случае серебряного припоя она может достигать более 800°C. Также наличие большого числа паяных швов снижает надежность конструкции, особенно при необходимости иметь двух или трехфокусный катод, когда число паяных соединений возрастает в два или в три раза соответственно.
Известен катод рентгеновской трубки, в котором для изоляции эмиттеров от катодной чашки используется общий изолятор, а ножки эмиттера монтируются непосредственно в изолятор через металлические втулки. Патент US 5515413, H01J 35/14, 07.05.1996.
Существенным недостатком этой конструкции является то, что при установке эмиттера в установочном пазу катодной чашки в отсутствие токовводов повышается риск брака, связанный с поломкой эмиттера, который обычно изготавливается из вольфрама, отличающегося низкими механическими свойствами. Недостатком этой конструкции также является сложность обеспечения заданной точности установки эмиттера и недостаточная надежность крепления токовводов в условиях работы рентгеновской трубки.
Также известен катод рентгеновской трубки, в котором между каждым токовводом и керамическим изолятором расположена металлическая втулка, причем в ее центральной части выполнен поперечный фланец, а изолятор расположен непосредственно в теле катодной чашки. Каждый токоввод эмиттера фиксируется в металлической втулке методом пайки, а каждая металлическая втулка закреплена в изоляторе с обеих сторон, причем со стороны расположения токопроводящих шин втулка припаивается к изолятору через поперечный фланец. Патент US 3943393, H01J 35/02, 09.03.1976.
Недостатком этой конструкции является сложность изготовления металлической втулки и ее монтажа в керамическом изоляторе с заданной точностью. Температура эмиттера на рабочих режимах может достигать 2750°C, что приводит к его интенсивному испарению. Поэтому при длительной эксплуатации прибора возможно осаждение материала эмиттера на неэкранированные поверхности керамических изоляторов, что делает их токопроводящими. Конструкция данного катода не предусматривает защиты от напыляемого материала эмиттера, а токовводы расположены достаточно близко к токопроводящим поверхностям катодной чашки. При работе рентгеновской трубки это может стать причиной замыканий между катодной чашкой и блоком эмиттера или вызвать искрение, что отрицательно скажется на стабильности эмиссионного тока, рентгенооптических параметрах и на конечном ресурсе изделия.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является катод рентгеновской трубки, который содержит катодную чашку, блок эмиттера, состоящий из двух токовводов и закрепленного на них эмиттера, изоляторы. Каждый изолятор выполнен составным из керамической втулки и металлического фиксатора, размещенного на одном из торцов керамической втулки. Свободная часть керамической втулки размещена в посадочном месте, выполненном в катодной чашке для каждого изолятора. Крепление изолятора в катодной чашке осуществляется методом зачеканивания. Токовводы эмиттера установлены в изоляторах и фиксируются методом лазерной сварки с металлическими фиксаторами, или контактной сваркой, или обжимом, а в качестве материала металлического фиксатора может быть использована или медь, или никель, или титан, или их сплавы. ПатентRU 2530533, H01J 35/16, H01 J 35/18, 21.02.2013.
Недостатком этой конструкции является сложность, ненадежность и высокая стоимость её сборки и регулировки положения эмиттеров. Припаивание металлического фиксатора к керамической втулке является сложной, дорогой и трудоемкой задачей, поскольку пайка производится либо активным припоем в вакууме, либо металлизированной керамики в среде водорода. Зачеканивание - это расплющивание металла при локальном приложении силы, например посредством удара. При зачеканивании в зоне деформации кольцевого паза прикладывается сила, деформирующая металлический паз, но возникающие в зоне деформации напряжения передаются на керамическую втулку. Керамика является хрупким материалом, которому противопоказаны ударные нагрузки из-за его возможного разрушения. Для фокусировки эмиттеров требуется точное их позиционирование и фиксация в установочных пазах. Зачеканивание приведет к продольному сдвигу изоляторов, что изменит фокусировку рентгеновской трубки, и приведет к снижению её технических характеристик. Операции зачеканивания изоляторов в катодной чашке и сварки или обжима токовводов и втулки, исключают возможность разборки катода в случае надобности и, следовательно, повышают процент брака. Кроме этого, в данной конструкции не предусмотрена регулировка зазора между катодным узлом и анодом рентгеновской трубки при её окончательной сборке. Точное соблюдение зазора влияет на технические характеристики рентгеновских трубок, особенно, если они имеют металлокерамическое исполнение.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является:
- упрощение конструкции;
- снижение стоимости конструкции;
- упрощение сборки и разборки;
- повышение точности регулировки.
1. Указанная задача решается тем, что предложен катод рентгеновской трубки, состоящий из катодной чашки, эмиттеров, размещенных в установочных пазах катодной чашки и закрепленных на токовводах, причем токовводы установлены в керамических втулках, а керамические втулки размещены в посадочных местах, выполненных в катодной чашке, отличающийся тем, что, катодная чашка снабжена фокусирующим электродом, не менее одного токоввода каждого эмиттера установлено в керамической втулке, причем фиксация керамической втулки в посадочном месте реализована посредством разрезной металлической муфты, размещенной в посадочном месте катодной чашки и стопорных винтов, а фиксация другого токоввода, установленного в другом посадочном месте катодной чашки реализована посредством стопорных винтов.
2. Катод рентгеновской трубки по п.1, отличающийся тем, что каждая керамическая втулка состоит, по крайней мере, из двух керамических полувтулок.
3. Катод рентгеновской трубки по пп.1-2, отличающийся тем, что фокусирующий электрод снабжен элементом для фиксации и перемещения вдоль оси катодной чашки, выполненным в виде резьбового соединения.
4. Катод рентгеновской трубки по пп.3-4, отличающийся тем, что между катодной чашкой и фокусирующим электродом размещен комплект металлических регулировочных шайб.
На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 представлены чертежи, иллюстрирующие заявленное техническое решение, где на фиг.1 схематически представлена конструкция двухфокусного катода рентгеновской трубки с разрезанным по фронтальной плоскости фокусирующим электродом и условно показанным анодом, на фиг.2 представлено сечение катода с фокусирующим электродом и регулировочными шайбами, выполненное в плоскости А-А вдоль установочного паза, на фиг.3 показан общий вид керамической полувтулки и разрезной муфты.
Катод рентгеновской трубки содержит катодную чашку 1 с установочными пазами 2, эмиттеры 3, токовводы 4, керамические втулки 5, каждая из которых состоит по крайней мере из двух керамических полувтулок 6, разрезные металлические муфты 7, стопорные винты 8, фокусирующий электрод 9, металлические регулировочные шайбы 10. Катодная чашка 1 и фокусирующий электрод 9 соединены посредством резьбового соединения 11. Между катодом и анодом имеется зазор L.
Пример.
Разработана и изготовлена металлокерамическая рентгеновская трубка, на которой сборка и регулировка катода производится следующим образом.
Катодная чашка 1 крепится к керамическому катодному узлу корпуса металлокерамической рентгеновской трубки. В посадочные места катодной чашки 1 устанавливаются разрезные металлические муфты 7. Внутрь металлических разрезных муфт 7 помещаются керамические втулки 5 состоящие, по крайней мере, из двух керамических полувтулок 6. Эмиттеры 3, закрепленные на токовводах 4 помещаются в установочные пазы 2 катодной чашки 1, причем токовводы размещаются в посадочных местах катодной чашки 1. После осевого позиционирования эмиттеров 3 в установочных пазах 2, согласно требованиям конструкторской документации, производится совместная фиксация токовводов 4, разрезных муфт 7 и керамических полувтулок 6 в посадочных местах посредством стопорных винтов 8. Конструктивное исполнение разрезных металлических муфт 7 и керамических полувтулок 6 позволяют до фиксации реализовать свободное перемещение токовводов 4 с закрепленными на них эмиттерами 3 вдоль продольной оси катодной чашки 1, и исключает разрушение керамических полувтулок 6 от механических напряжений, возникающих при фиксации стопорными винтами 8. При окончательной сборке рентгеновской трубки необходимо обеспечить точное соответствие зазора L между катодом и анодом, поскольку от этого зависят её технические характеристики. Регулировка межэлектродного зазора L, осуществляемого осевым перемещением до упора фокусирующего электрода 9 относительно катодной чашки 1 по резьбе 11, производится посредством подбора высоты комплекта изготовленных из металлической фольги регулировочных шайб 10 за счет их количества.
После сборки металлокерамическая трубка подвергалась высоковакуумной откачке и температурному обезгаживанию. После установки рентгеновской трубки на испытательный стенд и её тренировки, рентгеновская трубка показывает паспортные характеристики.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать простой по конструкции и недорогой в изготовлении катод рентгеновской трубки, имеющий простую технологию многократной сборки-разборки, обеспечивающий точную регулировку зазора между катодным и анодным узлами, что позволяет получить точные и стабильные технические характеристики рентгеновских трубок.