РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА
X-RAY TUBE

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским трубкам открытого типа для рентгеноэлектронной спектроскопии.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является острофокусный источник рентгеновского излучения, содержащий катод, анод с тонкопленочной мишенью и направляющий рентгеновское излучение трубчатый капиллярный элемент [1].
Электроны, покидающие катод в процессе термоэмиссии, посредством электростатического поля направляются на анод с нанесенным на него слоем мишени и бомбардируют его. В результате возникает рентгеновское излучение. Источник содержит анод в виде стержня, расположенный вокруг него кольцеобразный катод и нанизанный на анод капилляр. При этом оси всех указанных элементов совпадают. Описанная конструкция и взаимное расположение электродов обеспечивают равномерность тепловой нагрузки на анод. В то же время цилиндрическая форма капилляра благодаря своим геометрическим свойствам обусловливает фокусировку всех рентгеновских квантов с определенной длиной волны и углом вылета, не превышающим угол полного отражения, и их попадание на образец.
Недостатком известной рентгеновской трубки является то, что кванты, обладающие углом вылета из анода, превышающим критическое значение, или пролетают мимо капилляра, или поглощаются его стенками и в результате не попадают на образец. Их доля при этом достаточно велика.
Известна рентгеновская трубка, содержащая анод, катод, экран и кожух, отличающаяся тем, что анод имеет боковой выступ на стороне, обращенной к выпускному отверстию кожуха, выполненный в виде треугольной призмы с вогнутым по окружности на глубину, не превышающую максимальную высоту выступа, ребром [2]. Описанная конструкция трубки позволяет получить высокую интенсивность рентгеновского излучения, фокусируемого на образце.
Недостатком данной рентгеновской трубки является то, что локальный перегрев и плавление ребра анода в области максимальной концентрации на нем катодных электронов не позволяют нагрузить анод на полную мощность. Данная проблема решается обеспечением более равномерной тепловой нагрузки на аноде путем распределения катодных электронов по большей его поверхности. Фокусировка термоэмиссионных электронов производится только в одной плоскости, что вызывает уширение рентгеновских лучей, идущих в сторону образца.
Цель изобретения - повышение интенсивности характеристического излучения, направленного на образец.
Поставленная цель достигается тем, что анод представляет собой алюминиевый цилиндр, на внутренней поверхности которого выполнено углубление в виде сферического пояса, имеющего центр кривизны, совпадающий с центром образца, расположенного параллельно плоскости открытого торца анода и закрепленного в плоскости, параллельной торцу образцедержателя, ближнему к открытому торцу анода, катод, выполненный в виде кольца, помещенный соосно в тороидальный, прямоугольного сечения, бокс, открытый в сторону охлаждаемого торца анода и ограничивающий углы вылета термоэлектронов с катода и пропускания рентгеновского излучения, испускаемого поверхностью углубления анода, бомбардируемой термоэмиссионными электронами, на поверхность образца.
В предлагаемой рентгеновской трубке взаимное расположение бокса катода и анода выполнено таким образом, что благодаря создаваемой ими конфигурации электростатического поля катодные электроны направляются на поверхность углубления внутренней стороны анода, выполненную в виде сферического пояса, центр кривизны которого совпадает с положением центра образца, при этом характеристическое излучение бомбардируемой поверхности, испускаемое преимущественно в перпендикулярном направлении к излучающей поверхности, фокусируется на образце. Таким образом, в рентгеновской трубке реализуется трехмерная фокусировка рентгеновского излучения в отличие от двумерной фокусировки трубки [2]. Распределение пятна, излучающего рентгеновские кванты, по всей внутренней поверхности углубления анода, приводит к значительному по сравнению с [2] увеличению площади излучающей поверхности. В результате увеличивается интенсивность характеристического излучения, направленного на образец. Стремление уменьшить фоновый фототок за счет снижения количества фотоэлектронов, выбитых из элементов рентгеновской трубки несфокусированным характеристическим и тормозным излучением, попадающих в область движения фотоэлектронов образца, накладывает ограничение на ширину щели, пропускающей рентгеновское излучение на образец. Тем самым ограничивается угол влета квантов, измеряющийся между образующими конусов, проведенными через центр образца и точками, расположенными на внешних ребрах торцов образцедержателя и бокса катода. Значение угла не должно превышать 30 градусов. В результате, в сторону образца проходит большая часть характеристического излучения и отсекается основная часть тормозного рентгеновского излучения. Ширина щели определяется расстоянием между торцом образцедержателя, вблизи которого закреплен образец, и открытым торцом бокса катода. Таким образом, описанные выше особенность формы поверхности анода, взаимное расположение образцедержателя и бокса катода обеспечивают повышение интенсивности характеристического излучения, направленного на образец, а также уменьшение фонового тока.
На фиг. 1 приведен вид рентгеновской трубки в разрезе.
Внутри кожуха 1 размещен анод 2, имеющий углубление в виде сферического пояса на внутренней стороне, катод в виде кольца 3, помещенный в тороидальный, прямоугольного сечения, бокс 4, напротив образцедержателя 5, внутри которого на керамическом изоляторе зафиксирован образец 6. Образцедержатель закреплен металлическими винтами через керамические трубчатые изоляторы 7 внутри анода.
Рентгеновская трубка работает следующим образом. Электроны, испускаемые катодом в результате термоэмиссии, ускоряются электростатическим полем и, бомбардируя анод 2, вызывают как характеристическое, так и тормозное излучение. Основная часть тормозного излучения отсекается щелью, созданной образцедержателем и боксом катода, в то время как большая часть характеристического излучения проходит через эту щель и благодаря особой геометрии углубления на внутренней поверхности анода направляется на образец. При этом образцедержатель и бокс катода предотвращают движение фотоэлектронов образца на анод, экранируя электростатическое поле анода, не уменьшая тем самым регистрируемый фототок с поверхности образца.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить рентгеновскую трубку с повышенной интенсивностью характеристического излучения, направленного на образец.
Список литературы
1. Авторское свидетельство СССР, N 1783593, кл. H01J 35/02, 1992.
2. Патент Российской Федерации, №2158042, МПК H01J 35/08, H05G 1/64.