РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

Полезная модель относится к рентгенотехнике, в частности, к рентгеновским трубкам, и может быть использована в медицинской диагностике и терапии, стоматологии, технической диагностике, охранных системах.
Известна рентгеновская трубка (RU 2257638, публ. 2005 г.) /1/. Трубка содержит вакуумный корпус с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, охлаждаемый с помощью патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг которого размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала, между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра. Причем, корпус в зоне выходного окна снабжен экранирующей перегородкой. Срок эксплуатации известной трубки в виде наработки трубки на отказ составляет не более 8000 циклов, притом, что установка экранирующих перегородок усложняет изготовление трубки.
Наиболее близкой к заявляемому решению является рентгеновская трубка (RU 56717, публ. 2006 г.) /2/, обладающая сроком эксплуатации - не менее 12500 циклов, с возможностями формирования размеров фокуса, не имеющая экранирующих перегородок. Указанные преимущества известной трубки /2/ достигаются за счет охлаждения анода патрубком, представляющим собой теплопроводный медный стержень, притом, что защитное протяженное отверстие выходного окна корпуса трубки выполнено в форме прямого или обратного конуса с конусностью, величина которой зависит от входного и выходного диаметров защитного протяженного отверстия, его длины, а выходной диаметр защитного протяженного отверстия зависит от диаметра катодного узла.
Практическая реализация конусности защитного протяженного отверстия
выходного окна корпуса трубки сопряжена со сложностью изготовления. Поэтому задачей настоящего технического решения является упрощение конструкции при сохранении таких преимуществ, как высокий срок эксплуатации и возможности формирования размеров фокуса.
Для этого рентгеновская трубка содержит вакуумный корпус с торцевым выходным окном, имеющим защитное протяженное отверстие, внутри корпуса расположен охлаждаемый посредством патрубка неподвижный анод с рабочим поверхностным металлическим слоем, вокруг анода размещен катодный узел, образованный двумя нитями накала, между анодом и катодным узлом смонтирован фокусирующий электрод в виде сплошного полого цилиндра. Трубка отличается тем, что диаметр теплопроводного стержня не менее, чем в два раза превышает диаметр анода, защитное протяженное отверстие имеет форму цилиндра, причем отношение диаметра протяженного защитного отверстия к его длине составляет 0,2÷0,5, а отношение диаметра катодного узла к диаметру протяженного защитного отверстия составляет 2,5÷20.
Предложенные форма и геометрия элементов трубки позволяют упростить ее конструкцию, сохранив высокий срок эксплуатации и возможности формирования размеров фокуса.
Полезная модель иллюстрируется рисунком, на котором представлена схема рентгеновской трубки.
Трубка содержит вакуумный объем 1, корпус 2 с торцевым выходным окном 3, выполненным из стали или бериллия. Внутри корпуса 2 расположен, охлаждаемый с помощью патрубка, представляющего собой теплопроводящий медный стержень, неподвижный анод 4. На поверхность анода 4 различными методами (сварка взрывом, диффузионная сварка, сварка электронным лучом в вакууме) нанесен рабочий металлический слой 7. Рабочий поверхностный слой 7 анода 4 в зависимости от задачи, под которую изготавливается рентгеновская трубка, выполняется из однородного металла: Си, Ag, Mg, Al, Pb, V, Cr, W, Fe, Rh или др. Вокруг анода 4 размещен катодный узел 6,
образованный нитями накала. Катодный узел 6 установлен ниже уровня поверхности анода 4 на 0,1-1 мм. Между анодом 4 и катодным узлом 6 смонтирован фокусирующий электрод 5, выполненный в виде сплошного полого цилиндра, охватывающего с зазором анод 4, причем уровень верхней кромки фокусирующего электрода 5 смещен вверх относительно поверхности анода 4 на 0,05-1 мм. Корпус 2 в зоне торцевого выходного окна 3, имеет защитное протяженное отверстие в форме цилиндра, формирующего требуемый размер фокусного пятна. При увеличении рабочей мощности увеличивается и диаметр катодного узла.
В качестве материала для рабочего поверхностного слоя анода могут применяться различные металлы: вольфрам - для рентгеноскопии костей и обнаружения дефектов в сталях, серебро - для диагностики и терапии остеопороза, мягкой детской рентгеноскопии, флуоресцентного анализа, алюминий и магний - для рентгенографической фотоэлектронной спектроскопии, свинец - для флуоресцентного анализа на серу и фосфор, медь, хром и железо - для рентгеноструктурного анализа и т.д.
Рентгеновская трубка работает следующим образом. Посредством токопроводов электрический ток поступает на одну из нитей накала катодного узла 6, расположенную напротив рабочего поверхностного металлического слоя неподвижного анода 4, материал которого обеспечивает генерацию излучения с требуемой длиной волны. Вокруг нагретой нити накала катодного узла 6 образуется электронное облако, которое при наличии нулевого потенциала за счет провисания электрического поля от анода 4 в зазор между фокусирующим электродом 5 и корпусом 2 вытягивается в сторону анода 4 и фокусируется на его рабочем поверхностном металлическом слое. Электроны с энергией, определяемой потенциалом анода 4, тормозятся в веществе его рабочего слоя, в результате чего возбуждается характеристическое рентгеновское излучение (в основном К серия), свойственное материалу поверхностного слоя. Рентгеновское излучение выводится через выходное окно 3, защитное протяженное отверстие которого в форме цилиндра формирует размеры фокуса.
Ниже в таблице 1 представлены примеры трубок с заявленными и отличными от заявленных размерами.Таблица
Наименование параметра трубки, ед. изм.
Трубки по примерам
1
2
3
4
5
6
Диаметр теплопроводящего медного стержня, D1, мм.
6
6
6
5
4
8
Диаметр анода, d1, мм.
3
3
3
3
3
3
Диаметр протяженного защитного отверстия, d, мм.
2.5
2,5
2.5
2.5
2.5
2.5
Длина протяженного защитного отверстия, L, мм.
12.5
6
5
20
4.1
2.5
Диаметр катодного узла, D,мм.
50
26
6.25
55
5
60
Срок эксплуатации трубки, число циклов
12500
12500
12500
8000
8000
8000
Размеры фокуса, мм.
0.5
0.2
0.1
1.5
1
2
Как видно из представленной таблицы, при соблюдении условия, что диаметр теплопроводного стержня в два раза превышает диаметр анода, отношение диаметра протяженного защитного отверстия к его длине составляет 0,2÷0,5, а отношение диаметра катодного узла к диаметру протяженного защитного отверстия составляет 2,5÷20 (примеры 1, 2, 3) достигается высокий срок эксплуатации трубки 12500 циклов и размеры фокуса, способствующие качественному разрешению. При выходе указанных размеров трубки за пределы заявленных (примеры 4, 5, 6), срок службы трубки снижается до 8000 циклов, а увеличение размера фокуса может привести к снижению разрешения. В этом случае, упрощение конструкции трубки теряет смысл.