РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Заявляемая полезная модель относится к рентгенотехнике, в частности к области разработки рентгеновских трубок, и может быть использовано в медицинской рентгенодиагностике.
Одним из основных параметров, определяющих качество получаемых рентгеновских изображений при проведении рентгенодиагностических исследований в медицине, является размер фокусного пятна рентгеновской трубки [Лагунова И.Б., Чикирдин Э.Б., Ставицкий Р.В. и др. Технические основы рентгеновской диагностики. - М.: Медицина, 1973. - 457 с.]. Чем меньше размер фокусного пятна, тем выше резкость и контраст изображения мелких и малозаметных деталей, распознаваемость которых в большинстве клинических случаев имеет решающее значение для ранней и точной установки диагноза.
Например, для распознавания трабекулярного рисунка при диагностике механических травм мелких костей конечностей, остеоартрозов, термических поражений костной ткани и т.д. необходимо использование рентгеновской трубки с размером фокусного пятна 0,02-0,05 мм. Использование такого фокусного пятна позволяет реализовать перспективную схему съемки с увеличением изображения в несколько раз, что обеспечивает раннюю и точную диагностику при целом ряде заболеваний [Васильев А.Ю. Рентгенография с многократным увеличением в клинической практике. - М.: ИПТК «Логос», 1998. - 148 с.].
Для реализации схемы съемки с увеличением конструкция анодного узла трубки должна обеспечивать возможность расположения объекта съемки на минимальном фокусном расстоянии от фокусного пятна. С этой целью используется мишень прострельного типа [Быстров Ю.А., Иванов С.А. Ускорительная техника и рентгеновские приборы: Учеб для вузов. М.: Высш. шк., 1983, стр.206]. Мишень устанавливается в торце пролетной трубы, на которую сверху одевается магнит. Сочетание электростатической (встроенной) и магнитной (внешней) фокусирующих систем позволяет уменьшить размеры фокусного пятна до нескольких десятков микрон при токе трубки до нескольких сот микроампер (Малогабаритные источники рентгеновского излучения. Обзоры по электронной технике. Сер. IV. Иванов С.А., Йофе Ю.К., Кириенко С.В., Щукин В.А.) [4].
Однако уменьшение размеров фокусного пятна обуславливает уменьшение тока рентгеновской трубки, поскольку существуют естественные физические ограничения мощности, подводимой к мишени трубки электронным пучком малого размера и рассеиваемой на ней. Уменьшение тока трубки приводит к уменьшению интенсивности генерируемого рентгеновского излучения, что, в свою очередь, накладывает существенные ограничения на размеры и плотность объектов медицинской диагностики.
Ток современных рентгеновских трубок с пятном указанных размеров равен около 100 мкА. При этом токе время просвечивания крупных объектов: головы, тазобедренного сустава, брюшной полости, грудной клетки и т.д. может составлять от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, что недопустимо на практике вследствие естественного движения внутренних органов или тремора пациента.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели используется микрофокусная рентгеновская трубка серии БС [4, стр.5]. Она состоит из металлостеклянного баллона, катодного и анодного узлов. Внутри баллона размещен катодный узел, включающий в себя прямонакальный вольфрамовый катод V-образной формы и фокусирующий электрод.
На противоположном металлическом торце баллона закреплен вынесенный за его пределы анодный узел, включающий в себя анодную пролетную трубу и мишень анода. На пролетную трубу (вблизи мишени) снаружи надет фокусирующий магнит.
Вследствие естественных физических ограничений мощности, подводимой к неподвижной мишени в электронном пучке малого размера интенсивность рентгеновского излучения в таких трубках невелика (мощность современных микрофокусных рентгеновских трубок с неподвижным анодом не превышает 10 ватт) [4, стр.5-7].
В основу полезной модели поставлена задача разработки микрофокусной рентгеновской трубки, мощность которой существенно превышает мощность прототипа.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение мощности рентгеновской трубки.
Для получения указанного технического результата в рентгеновской трубке, включающей в себя анодный узел, катодный узел на основе прямонакального катода и вакуумный баллон с выходным окном, анод выполнен вращающимся, в виде металлического диска, при этом по периметру диска расположена мишень прострельного типа в виде кольца, продольная ось пучка электронов параллельна оси вращения анода и перпендикулярна плоскости мишени, а также плоскости выходного окна.
На фиг.1 представлена конструкция заявляемой рентгеновской трубки, а фиг.2 - геометрическая схема, иллюстрирующая механизм увеличения мощности в рентгеновской трубке с вращающимся анодом
Рентгеновская трубка, представленная на фигуре 1 состоит из цельнометаллического вакуумного баллона 1 цилиндрической формы, в котором установлены катодный и анодный узлы. Катодный узел напаян на боковую поверхность баллона 1. Узел включает в себя высоковольтный изолятор 2, рассчитанный на полное рабочее напряжение трубки, прямонакальный катод, выполненный в виде V-образной спирали 3, и фокусирующий электрод 4. Спираль 3 крепится к изолятору 2 с помощью проволочных выводов 5. Анодный узел включает в себя жестко закрепленные на одном валу 6 вольфрамовый анод 7 и медный ротор 8 асинхронного электродвигателя, выполненные в виде массивных металлических цилиндров. Вал 6 вращается в шарикоподшипниках 9. Статорная обмотка 10 двигателя надета на стеклянную горловину 11 снаружи. Для выпуска рентгеновского излучения 12 в торцевой стенке баллона 1 предусмотрено выходное окно 13, выполненное из тонкостенного металлического диска.
B
B
Н
При подаче напряжения питания частотой 50 Гц и выше на статорную обмотку 10 возникает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение ротор 8, вал 6 и анод 7. Электронный пучок 14 формируется фокусирующим электродом 4 и внешним фокусирующим магнитом 15 из эмиттируемых накаленной спиралью 3 электронов. Под воздействием ускоряющего напряжения отрицательной полярности, приложенного к катоду, электронный пучок 14 бомбардирует прострельную мишень 16 вращающегося анода 7. Мощность, подводимая к вращающему аноду 7, распределяется по кольцевой поверхности S. При его вращении нагреванию последовательно подвергаются все новые участки кольцевой поверхности, в том время как фокусное пятно в пространстве остается неподвижным. За время полного оборота анода энергия электронного пучка выделяется на площади S большей, чем для трубки с неподвижным анодом S, при тех же размерах фокусного пятна (Фиг.2).
где а - длина действительного фокусного пятна, в - ширина действительного фокусного пятна, R - средний радиус кольцевой поверхности, бомбардируемой электронами при вращении анода.
Увеличение площади поверхности анода, бомбардируемой электронами, позволяет повысить мощность трубки. К - коэффициент увеличения допустимой мощности трубки с вращающимся анодом по сравнению с трубкой с неподвижным анодом можно определить по следующему выражению (Хараджа Ф.Н. Общий курс рентгенотехники. Л.: Энергия, 1966,стр.187) [5]
где n - число оборотов в секунду, t - время включения анодного напряжения (время экспозиции). Увеличение мощности трубки предлагаемой конструкции по сравнению с трубкой-прототипом при диаметре анода 100 мм, скорости его вращения 2800 об/мин, времени экспозиции 0,1 с и ширине фокусного пятна 0,1 мм составит более 121 раз.
Поскольку минимальное фокусное расстояние в заявляемой конструкции существенно меньше, чем в рентгеновских трубках классической конструкции [5, стр.187]. Предлагаемая трубка может быть с успехом использована в маммографии, а также в диагностических исследованиях в неонатологии и педиатрии.