Катод рентгеновской трубки
X-RAY TUBE CATHODE

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности, к катодам металлокерамических рентгеновских трубок.
Известен катод рентгеновской трубки, который содержит катодную чашку, блок эмиттера, состоящий из двух токовводов и закрепленного на них эмиттера, изоляторы. Каждый изолятор выполнен составным из керамической втулки и металлического фиксатора, размещенного на одном из торцов керамической втулки. Свободная часть керамической втулки размещена в посадочном месте, выполненном в катодной чашке для каждого изолятора. Крепление изолятора в катодной чашке осуществляется методом зачеканивания. Токовводы эмиттера установлены в изоляторах и фиксируются методом лазерной сварки с металлическими фиксаторами, или контактной сваркой, или обжимом, а в качестве материала металлического фиксатора может быть использована или медь, или никель, или титан, или их сплавы. ПатентRU 2530533, H01J 35/16, H01 J 35/18, 21.02.2013.
Недостатком этой конструкции является сложность, низкая функциональность, ненадежность и высокая стоимость ее сборки и регулировки положения эмиттеров. Припаивание металлического фиксатора к керамической втулке является сложной, дорогой и трудоемкой задачей, поскольку пайка производится либо активным припоем в вакууме, либо металлизированной керамики в среде водорода. Зачеканивание – это расплющивание металла при локальном приложении силы, например посредством удара. При зачеканивании в зоне деформации кольцевого паза прикладывается сила, деформирующая металлический паз, но возникающие в зоне деформации напряжения передаются на керамическую втулку. Керамика является хрупким материалом, которому противопоказаны ударные нагрузки из-за его возможного разрушения. Для фокусировки эмиттеров требуется точное их позиционирование и фиксация в установочных пазах. Зачеканивание приведет к продольному сдвигу изоляторов, что изменит фокусировку рентгеновской трубки, и приведет к снижению ее технических характеристик. Операции зачеканивания изоляторов в катодной чашке и сварки или обжима токовводов и втулки, исключают возможность разборки катода в случае надобности и, следовательно, повышают процент брака. Кроме этого, в данной конструкции не предусмотрена регулировка зазора между катодным узлом и анодом рентгеновской трубки при ее окончательной сборке. Точное соблюдение зазора влияет на технические характеристики рентгеновских трубок, особенно, если они имеют металлокерамическое исполнение. Кроме того, одним из существенных недостатков катода является то, что его полезный объем не используется для размещения геттерного элемента и, соответственно, катод лишен функции газопоглощения и длительного поддержания рабочего вакуума в рентгеновской трубке.
Известен геттерный элемент для электровакуумного прибора (патент РФ 2 379 780, H01J 7/18, 20.01.2010), который может быть размещен в катоде рентгеновской трубки, при котором на поверхность газопоглотителя из пористого геттерного вещества, помещенного в вакуумный сосуд, наносят несплошную металлическую пленку, что позволяет защитить поверхность геттерного элемента от выделения частиц, ухудшающих вакуум, и активировать геттерный элемент за счет нагрева металлической пленки путем пропускания электрического тока.
Недостатком устройства с геттерным элементом является использование электрического нагрева металлической пленки для активации пористого геттерного вещества. Чтобы осуществить подведение тока нагрева к геттерному элементу, размещенному внутри вакуумной оболочки, необходимо предусмотреть на вакуумной оболочке рентгеновской трубки вакуумноплотные электрические вводы, что значительно усложняет и удорожает конструкцию рентгеновской трубки, а также повышает процент брака при их изготовлении. Также следует отметить, что нагрев и активирование геттера посредством пропускания тока через несплошную металлическую пленку неэффективен для широкого ряда геттеров, например, цельнометаллических.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является катод рентгеновской трубки, состоящий из катодной чашки, фокусирующего электрода, эмиттеров, размещенных в установочных пазах катодной чашки и закрепленных на токовводах, причем токовводы установлены в керамических втулках, а керамические втулки размещены в посадочных местах, выполненных в катодной чашке, при этом между внешней поверхностью катодной чашки и внутренней поверхностью фокусирующего электрода выполнен кольцевой полый канал, сообщающийся с установочными пазами катодной чашки, а в кольцевом полом канале размещен геттер, выполненный из активного газопоглощающего металла или пористого газопоглотителя (Патент RU 2775545, H01J 35/20; H01J 9/395; H01J 7/18, 04.07.2022).
Недостатком известного устройства является не полное использование газопоглощающего потенциала геттера, поскольку его активирование нагревом от эмиттеров наиболее эффективно производится в зоне совмещения установочных пазов катодной чашки с кольцевым полым каналом, а зоны геттера, затененные стенками установочных пазов катодной чашки от лучистого нагрева, остаются не активированными из-за недостаточной температуры. Не полное использование газопоглощающего потенциала геттера снижает время сохраняемости рабочего вакуума в рентгеновской трубке и, соответственно, снижает ее рабочий ресурс.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение емкости поглощения геттера и, соответственно, увеличение времени сохраняемости рабочего вакуума в рентгеновской трубке для увеличения ее рабочего ресурса.
Указанная задача решается тем, что предложен катод рентгеновской трубки, состоящий из катодной чашки, фокусирующего электрода, эмиттеров, размещенных в установочных пазах катодной чашки и закрепленных на токовводах, установленных в керамических втулках, размещенных в посадочных местах, выполненных в катодной чашке, кольцевого полого канала, расположенного между внешней поверхностью катодной чашки и внутренней поверхностью фокусирующего электрода, сообщающегося с установочными пазами катодной чашки и размещенным в канале геттером, отличающийся тем, что катодная чашка снабжена дополнительными окнами размещенными против эмиттеров и сообщающимися с кольцевым полым каналом и установочными пазами.
На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 представлены чертежи, иллюстрирующие заявленное техническое решение, где на фиг.1 схематически представлена конструкция двухфокусного катода рентгеновской трубки, на фиг.2 представлен разрез, выполненный в плоскости А-А, на фиг.3 показан разрез, выполненный в плоскости В-В в варианте использования геттерных пористых вставок.
Катод рентгеновской трубки содержит катодную чашку1 с установочными пазами 2, эмиттеры 3, токовводы 4, керамические втулки 5, разрезные металлические муфты 6, стопорные винты 7, фокусирующий электрод 8. Фокусирующий электрод 8 совмещен с катодной чашкой 1 посредством резьбового соединения 9, причем между ними размещен полый кольцевой канал 10. В полый кольцевой канал помещен геттер в виде кольца 11, который может быть выполнен из металлической ленты, из металлической проволоки, в виде металлопористого кольца или металлопористых вставок 12. В катодной чашке 1 выполнены окна 13, размещенные напротив эмиттеров 3 и сообщающиеся с кольцевым полым каналом 10. На кольцевом геттере 11 и на пористых вставках 12 показаны зоны лучистого нагрева С и D. Причем зона С нагревается от эмиттера 3 через установочные пазы 2, а зона D нагревается от эмиттера через окна 13.
Пример. Разработана и изготовлена металлокерамическая рентгеновская трубка, в которой обезгаживание и активирование геттера производится следующим образом.
На начальном этапе производится сборка катодного узла, в состав которого входят все детали, показанные на фиг.1.
В разработанной металлокерамической рентгеновской трубке в качестве геттерного материала использована свернутая в кольцо лента из металлического тантала, которая помещена в кольцевой канал 10. Собранный катод устанавливается на металлокерамическую рентгеновскую трубку, которая после полной сборки поступает на вакуумирование и температурное обезгаживание. Поскольку катодная чашка 1 снабжена дополнительными окнами 13, зона эффективного температурного активирования геттера 11 увеличивается более чем в два раза, т.е. к зонам С добавляются зоны D.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет создать простой по конструкции и недорогой в производстве катод рентгеновской трубки, обеспечивающий повышение емкости поглощения геттера за счет увеличения его активной поверхности при активировании и, соответственно, увеличение времени сохраняемости рабочего вакуума рентгеновской трубки. Увеличение времени сохраняемости вакуума является одним из факторов, увеличивающих ресурс рентгеновской трубки.