ИМПУЛЬСНАЯ УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ КВАНТОВ

Предполагаемая полезная модель относится к малогабаритной ускорительной технике, точнее к приборам для генерации рентгеновских квантов и может быть использована при выявлении дефектов в металлических конструкциях, например, при контроле сварных швов.
Известны устройства для генерации импульсных потоков рентгеновских квантов использующие коаксиальные диодные ускоряющие системы с внутренним игольчатым анодом, охватываемым дискообразным катодом, имеющим центральное отверстие (Быстров Ю.А., Иванов С.А. Ускорители и рентгеновские приборы., М., Высшая школа, 1976, 208 с.). Главным достоинством подобных приборов является малый размер излучающей области катода.
Известна малогабаритная импульсная рентгенографическая трубка, содержащая дискообразный катод с центральным отверстием, конусообразный анод, коаксиально охватываемый катодом, расположенные в вакуумированном корпусе и конусообразный изолятор, являющийся частью корпуса (Э.-Г.В. Александрович и др. ПТЭ, №5, 1974, с.189-190). Указанное техническое решение, как наиболее близкое к заявляемому, может быть выбрано за прототип.
Недостатками прототипа являются низкая механическая прочность корпуса в области соединения изолятора, выполненного из стекла, с металлическими частями корпуса, а также малая амплитуда ускоряющего высоковольтного импульса, не превышающая 200 кВ. Указанные недостатки осложняют применение генераторов рентгеновских квантов в полевых условиях при зондировании металлических конструкций значительной толщины.
Сущность полезной модели заключается в том, что в малогабаритной импульсной рентгеновской трубке, содержащей дискообразный катод с центральным отверстием, конусообразный анод, коаксиально охватываемый катодом, расположенные в вакуумированном корпусе, окно для вывода излучения и конусообразный изолятор, являющиеся частью корпуса, изолятор выполнен из высоковольной керамики, анод имеет сферическое закругление на торце, обращенном к окну, а геометрические параметры ускоряющей системы удовлетворяют при этом следующим неравенствам:
-4
-3
5.10 м ≤ ρ ≤ 10 м,
K
5ρ≤r≤10ρ,
K
A
K
0.2r≤r<0.5r,
K
K
0.4r≤h≤1.4r.
K
A
где ρ - радиус закругления на анодном торце, r - радиус отверстия в катоде, r - радиус кругового сечения анода плоскостью, проходящей через передний торец катода, h - расстояние от переднего торца катодного диска до переднего торца анода.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение механической и электрической прочности трубки за счет использования керамического изолятора и выбора указанных пределов изменения геометрических размеров диодной ускоряющей системы, что позволяет обеспечивать работу изделия в полевых условиях при амплитудах импульса ускоряющего напряжения (300-500) кВ.
На рис.1 показан схематический разрез ускорительной трубки (а) и увеличенный фрагмент ее диодной ускоряющей системы (б), на котором обозначены ее геометрические параметры, указанные выше.
Трубка содержит металлический штенгель 1 для откачки ее рабочего объема и последующего герметичного отсоединения изделия от вакуумного поста, керамический изолятор 2, металлический защитный экран 3,
предотвращающий запыление внутренней поверхности изолятора и проникновение заряженных частиц в область рабочего объема, прилегающего к изолятору, анод ускоряющей системы 4, катодный узел трубки 5.
Предлагаемое устройство может быть реализовано с использованием доступных современных материалов и вакуумных технологий. Штенгель 1 изготавливается из меди и приваривается к корпусу электронно-лучевой сваркой. Изолятор может быть изготовлен из специальной высоковольтной керамики, например марки ВК94-1. Металлические элементы корпуса могут быть изготовлены из нержавеющей стали. Вакуумноплотное соединение изолятора с металлическими элементами корпуса может осуществляться или путем пайки с использованием серебряного припоя или путем диффузионной сварки. Электроды ускоряющей системы изготавливаются из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал). Габариты изделия могут варьироваться в следующих пределах: диаметр D=2-3 см, длина L=8-12 см.
Устройство работает следующим образом. На диодном ускоряющем зазоре ускорительной трубки формируется короткий (неск. нс) высоковольтный импульс с амплитудой (300-500) кВ. В качестве формирующей системы может быть использован импульсный трансформатор «Тесла» с разрядником обострителем на выходе. В результате взрывной эмиссии на поверхности катода образуется плазменное облако с высокой электронной концентрацией, распространяющееся со скоростью ударной волны в сторону анода. Одновременно происходит извлечение электронов из облака катодной плазмы импульсным электрическим полем и последующее их ускорение к аноду, где осуществляется генерация тормозного излучения.
Испытания предлагаемой полезной модели на Экспериментальном заводе импульсной техники показали, что в устройстве достигаются декларируемые выше параметры по амплитуде высокого напряжения на уровне (300-500) кВ и по виброударным нагрузкам на уровне (3-5)g.