МНОГОЛУЧЕВАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Заявленная полезная модель относится к рентгенотехнике и может быть использована в медицинской рентгенодиагностике: рентгенографии, томографии, маммографии, томосинтезе, а также при неразрушающем контроле.
Известна многолучевая рентгеновская трубка, содержащая вакуумированный корпус (баллон) и расположенные в нем цилиндрический анод, имеющий возможность вращения относительно продольной оси симметрии, и ряд катодных узлов, каждый из которых предназначен для испускания пучка электронных лучей и формирования фокусного пятна на соответствующей мишени анода. Каждая из мишеней анода образована конической проточкой в теле анода (см. RU 178295 U1, 29.03.2018).
Недостаток известной рентгеновской трубки состоит в сложности ее изготовления и недолговечности использования, обусловленных, в частности, необходимостью применения шарикоподшипников для вращения анода, разрушающихся при эксплуатации.
Известная рентгеновская трубка принята в качестве ближайшего аналога заявленной рентгеновской трубки.
Техническая проблема, решаемая заявленной полезной моделью, состоит в создании многолучевой рентгеновской трубки, лишенной указанных недостатков.
При этом достигается технический результат, заключающийся в обеспечении простоты изготовления и долговечности использования рентгеновской трубки при сохранении ее повышенной мощности за счет изменения формы анода и способа его перемещения в корпусе трубки.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания многолучевой рентгеновской трубки, содержащей вакуумированный корпус и расположенные в нем анод, выполненный в форме параллелепипеда и имеющий возможность линейного перемещения относительно продольной оси симметрии, и ряд катодных узлов, каждый из которых предназначен для испускания пучка электронных лучей и формирования фокусного пятна на мишени анода.
Согласно частному варианту выполнения, длина анода L определена соотношением:
L>2⋅F⋅tg(α/2),
где F - фокусное расстояние трубки, мм;
α - угол между крайними позициями рентгеновских лучей, град.
Согласно другому частному варианту выполнения, линейное перемещение анода обеспечено со скоростью:
где Р - мощность трубки, Вт;
β - угол наклона мишени, град.;
f - номинальный размер фокусного пятна в проекции на исследуемый объект, мм;
2
D - удельная нагрузка на действительное фокусное пятно, Вт⋅с/мм.
Согласно еще одному частному варианту выполнения, анод имеет мишень, представляющую собой полосу тугоплавкого металла, нанесенную на поверхность анода по центру одной из больших граней параллелепипеда параллельно длинному ребру.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, ширина полосы мишени анода определена соотношением:
H>ƒ/Sin β,
где f - номинальный размер фокусного пятна в проекции на исследуемый объект, мм;
β - угол наклона мишени, град.
Согласно еще одному частному варианту выполнения, трубка снабжена исполнительным механизмом, обеспечивающим линейное перемещение анода относительно продольной оси симметрии, и парой металлических сильфонов, один из которых связан с исполнительным механизмом, при этом каждый из сильфонов связан с соответствующим торцом анода.
Согласно еще одному частному варианту выполнения, каждый из катодных узлов включает в себя катод косвенного накала и электронно-оптическое устройство, обеспечивающее возможность включения и выключения катода и испускания пучка электронных лучей заданной формы.
Согласно предпочтительному варианту выполнения, каждый из катодов представляет собой холодный катод на основе углеродных нанотрубок.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения, каждое из электронно-оптических устройств обеспечивает возможность формирования на мишени анода фокусного пятна, по существу, в форме эллипса.
Согласно еще более предпочтительному варианту выполнения, большая ось эллипса каждого из фокусных пятен расположена перпендикулярно продольной оси симметрии мишени анода.
Далее возможные варианты исполнения полезной модели подробно объясняются со ссылкой на фигуры.
На фиг. 1 показано схематичное изображение общего вида рентгеновской трубки (продольный разрез).
На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А.
На фиг. 3а показано схематичное изображение катодного узла в одном из частных вариантов (вид сверху в разрезе).
На фиг. 3b показано схематичное изображение катодного узла в одном из частных вариантов (вид сбоку в разрезе).
Многолучевая рентгеновская трубка, показанная на фиг. 1, содержит вакуумированный корпус (баллон) 1 и расположенные в нем анод 2, выполненный в форме параллелепипеда из графита или любого иного подходящего материала, и ряд катодных узлов 3, каждый из которых предназначен для испускания пучка электронных лучей и формирования фокусного пятна на соответствующей мишени анода 2. Длина L анода определена соотношением:
L>2⋅F⋅tg(α/2),
где F - фокусное расстояние трубки;
α - угол между крайними позициями рентгеновских лучей, град.
Рентгеновская трубка 1 снабжена исполнительным механизмом (линейным актуатором) 4, обеспечивающим линейное перемещение анода 2 относительно продольной оси симметрии, и парой металлических сильфонов 5, один из которых связан с исполнительным механизмом 4, в частности, посредством винтовой передачи (не показана). Каждый из сильфонов 5 связан с соответствующим торцом анода 2 через высоковольтный изолятор 6.
Линейное перемещение анода обеспечено со скоростью:
где Р - мощность трубки, Вт;
β - угол наклона мишени, град.;
f - номинальный размер фокусного пятна в проекции на исследуемый объект, мм;
2
D - удельная нагрузка на действительное фокусное пятно, Вт⋅с/мм.
Анод 2 имеет мишень 7, представляющую собой полосу тугоплавкого металла (например, вольфрама или молибдена), нанесенную на поверхность анода 2 по центру одной из больших граней параллелепипеда параллельно длинному ребру.
Ширина полосы мишени 7 анода 2 определена соотношением:
H>ƒ/Sin β,
где: f - номинальный размер фокусного пятна в проекции на исследуемый объект, мм;
β - угол наклона мишени, град.
1
2
В частном варианте, показанном на фиг. 3а и 3b, каждый из катодных узлов 3 включает в себя катод 8 косвенного накала (в частности, холодный катод на основе углеродных нанотрубок) и электронно-оптическое устройство 9, обеспечивающее возможность включения и выключения катода 8 и испускания пучка электронных лучей 10 заданной формы и формирования, вследствие этого, на мишени 7 анода 2 фокусного пятна 11. Фокусное пятно формируется, предпочтительно, по существу, в форме эллипса, где L - размер большой оси эллипса, L - размер малой оси эллипса.
Еще более предпочтительно, большая ось эллипса каждого из фокусных пятен 11 расположена перпендикулярно продольной оси симметрии мишени 7 анода 2.
Заявленную рентгеновскую трубку используют следующим образом.
После подачи питания на рентгеновский аппарат, в котором установлена трубка, на катоды 8 подают накальное напряжение пониженного уровня - напряжение разогрева, которое поддерживают в режиме ожидания проведения процедуры. На управляющие электроды (не показаны) катодных узлов 3 подают запирающие напряжения - отрицательные относительно катодов 8.
Для проведения процедуры при нажатии кнопки «Экспозиция» рентгеновского аппарата на катоды 8 подают полное напряжение накала. По окончании процесса разогрева катодов 8 до рабочей температуры на управляющий электрод первого из катодов 8 подают отпирающее напряжение - положительное относительно катода 8. Его значение выбирают таким, чтобы получить пучок электронных лучей заданной формы, обеспечивающей формирование фокусного пятна 11 необходимого размера. Одновременно на анод 2 подают высокое напряжение. Когда электронные лучи проникают в материал анода 2, происходит испускание рентгеновских лучей. Одновременно с подачей на анод 2 высокого напряжения включают линейный актуатор 4, обеспечивающий линейное перемещение анода 2 во время экспозиции, в результате чего многократно может быть увеличена удельная нагрузка на фокусное пятно 11 и, соответственно, повышена мощность рентгеновской трубки.
По окончании первой экспозиции на управляющий электрод первого из катодов 8 подают запирающее напряжение - отрицательное относительно катода 8, а линейный актуатор 4 переводят в режим обратного хода, возвращая анод 2 в исходное положение.
Плоскопанельный детектор 12 (также входящий в состав рентгеновского аппарата) переходит в режим считывания первого изображения. По окончании процесса считывания детектор выставляет сигнал готовности, и на управляющий электрод второго из катодов 8 подают отпирающее напряжение - положительное относительно катода 8; происходит испускание рентгеновских лучей по второму из катодов 8. Одновременно с подачей на управляющий электрод второго из катодов отпирающего напряжения вновь включают линейный актуатор 4, обеспечивающий линейное перемещение анода во время второй экспозиции.
По окончании второй экспозиции на управляющий электрод второго из катодов 8 подают запирающее напряжение - отрицательное относительно катода 8, а линейный актуатор 4 вновь переводят в режим обратного хода, возвращая анод 2 в исходное положение.
Плоскопанельный детектор 12 переходит в режим считывания второго изображения. Аналогичные циклы производятся последовательно по всем катодам 8.
По завершении процедуры трубка переходит в режим ожидания.
Выполнение анода 2 заявляемой трубки в форме параллелепипеда и обеспечение возможности его линейного перемещения относительно продольной оси симметрии (взамен вращения цилиндрического анода) позволяет обеспечить, в свою очередь, простоту изготовления и долговечность использования трубки при сохранении ее повышенной мощности.